機場高空瞭望系統(tǒng)是機場對飛機起降過程進行觀察、監(jiān)視和跟蹤的重要設備，目前發(fā)達國家已普遍裝備使用本類設備，以達到監(jiān)控機場起降狀況、及時清除安全隱患、保證航空安全的目的。隨著國內(nèi)外反恐形勢的不斷變化，更突顯出對該類設備的迫切需求。深圳華瑞通研制的系統(tǒng)具有全天候、跟蹤速度快、覆蓋面廣、作用距離遠、圖像穩(wěn)定、高清晰的特點，能為飛機起降、安全控制提供裝備技術(shù)上的強力支持。

機場高空瞭望系統(tǒng)是針對跟蹤監(jiān)視飛機起降過程需要而設計的圖像穩(wěn)定綜合處理系統(tǒng)，它集成了多種高性能成像系統(tǒng)和精密伺服控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的指向器安裝在機場的跑道起降端，顯控臺安裝在控制室內(nèi)。系統(tǒng)組合采用高性能高清攝像系統(tǒng)進行觀察、搜索監(jiān)視、跟蹤目標，能高效的發(fā)現(xiàn)、識別和確認目標。

系統(tǒng)功能規(guī)劃圖：

本次無人飛機起降光電跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)，就是采用了先進的陀螺穩(wěn)定技術(shù)和計算機圖像處理及控制技術(shù)，能有效地高速鎖定目標。該系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的要求，靈活選配多種規(guī)格的光學鏡頭、高清攝像機、紅外熱像儀等。系統(tǒng)具有如下特點：

1) 采用高端圖像傳感器和智能圖像處理模塊，顯著提高產(chǎn)品性能；

2) 可以組合使用多種主被動光學傳感器，無論是在晴朗的白天、漆黑的夜間、能見度不佳的霧天，都能有效發(fā)現(xiàn)、捕獲目標；

3) 采用先進的智能圖像處理技術(shù)、自動小目標動態(tài)跟蹤技術(shù)，圖像穩(wěn)定清晰；

4) 采用標準化、模塊化設計技術(shù)，擴展性好，維修方便；

5) 采用“三防”、密封設計技術(shù)，利于惡劣環(huán)境長期使用；

6) 采用了先進的陀螺伺服穩(wěn)定技術(shù)，有效隔離強風引起的搖擺。

7) 全中文控制界面，操作直觀方便。

在機場跑道兩端安裝飛機起降安全跟蹤監(jiān)控-光電智能跟蹤監(jiān)控攝像機系統(tǒng)，對飛機起降全程進行跟蹤監(jiān)控，同時機場雷達聯(lián)動，在飛機起降過程中出現(xiàn)偏離航線時，系統(tǒng)自動識別并發(fā)出預警信號，可與飛機導航系統(tǒng)聯(lián)動，在預警后系統(tǒng)自動提示正確航線軌跡，修正導航設施，讓飛機重新回歸到正確航線；以加強飛機起降的安全管理。

規(guī)劃圖如下：

機場起降跟蹤系統(tǒng)的主要功能如下：

1）通過機場安裝的高精光學鏡頭，對機場跑道空域進行24小時成像，實時監(jiān)控機場飛機起降狀況；第三代高精度智能控制板采用對焦深度自適應快速對焦算法，實現(xiàn)超大視場自適應快速對焦，該算法在保持調(diào)焦精度的前提下，能夠在大視場內(nèi)快速聚焦，實現(xiàn)平均對焦時間小于0．5S，一次性對焦成功率高達95％。

在機場指揮中心采用智能跟蹤監(jiān)視軟件，與機場雷達聯(lián)動后實現(xiàn)對飛機的起降過程實時自動追蹤；

2）在飛機起降航線兩側(cè)設置警戒線，當飛機偏離航線越過警戒線時，系統(tǒng)自動識別并發(fā)出報警信號；

3）系統(tǒng)通過傳輸設備將前端視頻信號和數(shù)據(jù)信號接入機場指揮中心，供突發(fā)事件的指揮決策提供參考；

4）實時記錄周邊的視頻圖像資料，為現(xiàn)場情況的事后回現(xiàn)提供豐富的資料。

晝夜成像功能

可見光成像系統(tǒng)的彩色模式非常適合天氣晴朗、能見度良好的狀況下的觀察監(jiān)視識別；黑白模式則具有較高的視頻分辨率和低照度成像能力

具有手動搜索、捕獲和自動跟蹤目標的功能

該系統(tǒng)操作十分方便。通過手動操縱單桿可以在不同的轉(zhuǎn)速下對空中目標進行搜索、觀察和監(jiān)視，對需要監(jiān)視的目標可轉(zhuǎn)入自動跟蹤狀態(tài)。

具有良好的視軸穩(wěn)定功能

光電指向器采用球形結(jié)構(gòu)，具有風阻小，抗風能力強的優(yōu)點；采用陀螺穩(wěn)定系統(tǒng)能夠有效地隔離因強風造成的安裝平臺搖擺，從而保持光電攝像系統(tǒng)的穩(wěn)定，得到清晰、穩(wěn)定的圖像，而且保證目標圖像始終在電視屏幕上而不丟失。

具有目標手動、自動跟蹤鎖定功能

采用先進的圖像處理和識別技術(shù)、目標自動跟蹤技術(shù)，使要求跟蹤的目標保持在電視視場中心。

具有雷達引導跟蹤功能

通過接入雷達系統(tǒng)的引導信號實現(xiàn)雷達與光電的聯(lián)動，充分發(fā)揮雷達作用距離遠、光電系統(tǒng)成像直觀的優(yōu)點，及時捕捉到目標。

具有偏離航線預警功能

A. 水平方向航線預警

Ⅰ.雷達聯(lián)動預警：該方式預警率為100%；采用視頻圖像與機場雷達聯(lián)動，利用雷達的空管性能，當飛機在起降過程中將雷達探測到的信號提供給終端平臺，系統(tǒng)平臺通過內(nèi)置算法，通過計算自動將雷達提供的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成云臺角度值，對飛機進行鎖定跟蹤監(jiān)控，當飛機在起降過程中出現(xiàn)偏離航線的情況時，后發(fā)出告警信息給云臺控制系統(tǒng)，云臺接收到信息后鎖定報警飛機，視頻圖像重點監(jiān)控該飛機，并發(fā)出預警信號給后臺管理平臺，在監(jiān)控中心管理軟件中彈出報警界面，顯示報警飛機的重要視頻信息。

Ⅱ.視覺分析預警：如果飛機進入跑道上空后水平方向的飛行線路為直線狀態(tài)，即以跑道寬度對應到空中位置上去區(qū)域的直線，可利用視頻圖像分析系統(tǒng)，在跑道上空對應航道兩側(cè)外圍各設置一道虛擬警戒線，當飛機在起降過程中偏離航線，跨越警戒線時，視頻圖像分析系統(tǒng)設備產(chǎn)生一個觸發(fā)報警信號給終端管理系統(tǒng)，在管理監(jiān)控中心管理軟件平臺中彈出報警飛機畫面窗口，實現(xiàn)偏離航線報警功能。

B．垂直方向航線預警

對系統(tǒng)軟件做二次開發(fā)，將飛機起降時垂直方向航線軌跡數(shù)據(jù)編輯到系統(tǒng)軟件中，在系統(tǒng)軟件中預先設計出一條標準軌跡路線數(shù)據(jù)庫。監(jiān)控系統(tǒng)與雷達監(jiān)測系統(tǒng)聯(lián)動跟蹤，飛機在起飛\降落過程中，根據(jù)雷達提供的飛機在空間點對應的實時數(shù)據(jù)值（飛機空間坐標經(jīng)緯度）系統(tǒng)自動測繪出一條當前運動軌跡，該軌跡與系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫軌跡路線進行對比，當發(fā)現(xiàn)偏離時，系統(tǒng)自動做出判斷并發(fā)出預警信息；從而實現(xiàn)垂直方向偏離航線的監(jiān)控跟蹤自動識別預警功能。

如圖中所示，整個飛機起飛的全程跟蹤監(jiān)控：

系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要由安裝于室外的指向器、現(xiàn)場控制柜和安裝于指揮中心的顯控設備三部分組成，現(xiàn)場控制柜和顯控設備之間采用光纖/電纜連接。

室外指向器 可集成高性能可見光攝像傳感器、紅外熱像儀、激光照明器、兩軸轉(zhuǎn)臺、陀螺伺服穩(wěn)定系統(tǒng)等部分組成。

1) 可見光攝像傳感器由二可變長焦自動聚焦鏡頭和高性能高清攝像機組成。

2) 轉(zhuǎn)臺：由方位座、俯仰包及支撐結(jié)構(gòu)組成。

3) 陀螺伺服穩(wěn)定系統(tǒng)：由直流力矩電機、直流測速電機、陀螺、旋轉(zhuǎn)變壓器等組成。

現(xiàn)場控制柜包括：主控機箱、伺服驅(qū)動器、低壓電源等。

室內(nèi)顯控設備包括高性能工作站、軌跡球、專用的操控鍵盤（帶操控桿），以及21寸液晶顯示屏。

系統(tǒng)的組成原理框圖如下圖所示。

工作方式

（1） 單桿手動搜索方式

由操作人員手動操縱單桿，控制系統(tǒng)接收到操作員的操縱信息后，驅(qū)動指向器掃描搜索目標。

（2） 自動扇掃搜索方式

由操作人員設定一定的方位觀察范圍，自動對空搜索跟蹤目標。

（3） 手動跟蹤目標方式

操作人員在屏幕上發(fā)現(xiàn)可疑目標后，手動操縱單桿，控制系統(tǒng)接收操作人員的操縱信息，驅(qū)動指向器，使目標始終成像在光學系統(tǒng)視場中心部分。

（4） 自動跟蹤目標方式

操作人員在屏幕上發(fā)現(xiàn)感興趣的目標后，手動捕獲目標，系統(tǒng)自動鎖定目標進入自動跟蹤狀態(tài)。在目標運動過程中，不需進一步的操作干預，控制系統(tǒng)驅(qū)動精密軸系使目標始終成像在光學系統(tǒng)視場中心。

(5) 雷達引導方式

操作人員將系統(tǒng)設定為雷達導引工作狀態(tài)后，可實時接收雷達發(fā)出的目標方位和仰角信息，光電系統(tǒng)根據(jù)雷達的目標指示信息進行自動搜索、鎖定和跟蹤指定目標。

自動跟蹤原理

系統(tǒng)采用數(shù)字跟蹤技術(shù)，通過采集視頻圖像信號、數(shù)字圖像處理、目標識別，分離出目標信號和背景信息，獲得被跟蹤目標相對視軸的脫靶量。如果目標未處于視軸中心，則將脫靶量作為偏差量，經(jīng)校正控制計算后驅(qū)動隨動轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動，使視軸趨于指向目標。本系統(tǒng)設計有兩種跟蹤處理算法，可以根據(jù)實際情況選擇最佳的跟蹤方式。