本发明属于跟踪系统与复杂变量控制系统配合使用技术领域，尤其涉及高精度高稳定性光电实时跟踪系统与方法。
背景技术：
传统的跟踪系统主要有：定位跟踪系统、无线电跟踪系统和图像跟踪系统等，它们各自的功能单一，精度低，使用场合和环境也有限，无法得到普遍的应用。很难满足日益增长的高精度高稳定性光电实时跟踪系统的技术需求。
高精度高稳定性光电实时跟踪系统是光学和电子学相互交叉融合而形成的，是集激光、计算机、信息处理和控制等多种技术为一体的现代技术产品。在伺服稳定平台上安装了由可见光到红外波段的传感器，形成了具有全天候作用、高精度、高稳定性特点的光电实时跟踪系统。
光电实时跟踪系统可装载在飞行器、船舶、移动车辆或者固定在阵位上，载体状态的变化、震动和风阻等诸多因素会造成光电探测系统视轴指向不稳定，导致对目标的自动识别与动态跟踪误差增大，降低系统跟踪目标的能力，减小系统的作用距离；引起视轴与目标之间的角运动有两种情况：一种是目标的运动，一种是载体的运动；通常当目标距离较远时，由目标运动引起的相对运动较小，载体状态的变化会完全传递给成像系统的瞄准线，造成的相对角速度很大；当目标距离较近或相对速度较大时，由目标运动而引起的相对运动较大：本套高精度高稳定性光电跟踪系统通过在结构上的设计可以有效解决由诸多因素影响所带来的稳定性问题，以此来提高跟踪系统的精度。
高精度高稳定性光电实时跟踪系统是跟踪系统技术领域的一场革命，它具有传统跟踪系统所无法比拟的优势：它综合了传统跟踪系统的功能特点，功能多样，采用自动化控制系统，方便实现远程操作，可以应用于多种场合。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种能针对多种载体和复杂环境，使用光电传感器和探测器对目标进行实时捕捉和跟踪，且在跟踪过程中具有较高稳定性和精确性的跟踪系统。
本发明的核心在于针对于不同载体、不同环境，提出了一种高精度高稳定性光电实时跟踪系统与跟踪方法，采用复杂变量控制系统和高稳定平台基座，结合陀螺伺服控制系统以及高空间分辨率、高图像清晰度的焦平面探测器，工作过程具有高精度、高稳定性的特点。该系统可以完成对载体周围目标的实时监测，既可以采取自动模式，也可采取手动模式对目标进行捕捉、放大、锁定和跟踪，自动化程度高。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：高精度高稳定性光电实时跟踪系统，包括光学舱模块、电子舱模块、操控显示系统模块和电源系统模块；电子舱模块分别与光学舱模块、操控显示系统模块连接，电源系统模块为操控显示系统模块、电子舱模块和光学舱模块供电。
在上述的高精度高稳定性光电实时跟踪系统中，光学舱包括伺服稳定平台和光电探测系统；
伺服稳定平台采用陀螺稳定平台，包括俯仰组件和水平方位组件；俯仰组件包括俯仰轴系、俯仰陀螺部件、俯仰电机部件、俯仰编码器、载架、u型支架和侧盖板，用于实现光学舱的俯仰角度转动，并通过俯仰编码器实时解算出光学舱的俯仰角度；水平方位组件包括水平方位轴系、水平方位电机、水平方位陀螺、水平方位加锁部件、方位壳体，用于实现光学舱的水平方位角度转动，并通过方位编码器实时解算出光学舱的水平方位角度；
光电探测系统位于载架中间，包括红外传感器、电视传感器和激光测距仪；红外传感器通过前端的红外光学镜头接收来自场景的红外波段信息，通过内置的探测器将红外波段信息转化为标准视频信号；电视传感器通过前端的普通光学镜头接受来自场景的可见光波段信息，通过内置的探测器将可见光波段信息转化为标准的视频信号；电视传感器还具备光学连续变焦及电子变倍功能；激光测距仪通过发射激光来测量目标与光电跟踪系统的距离。
在上述的高精度高稳定性光电实时跟踪系统中，电子舱包括计算机综合板、二次电源板、方位加锁机构、母板、图像跟踪板和功放板；
计算机综合板用于伺服稳定平台控制、传感器控制、图像跟踪控制、人机接口通讯以及流程管理；二次电源板包括dc-dc模块和电源滤波器；方位加锁机构安装于电子舱内部，通过涡轮涡杆传动将整个光学舱锁定在一个水平方位角上；母板用于外部电缆输入信号、输入电源与内部电路板的连接；图像跟踪板用于对光学舱已锁定目标进行跟踪控制；功放板用于放大伺服稳定平台控制系统的指令信号以驱动电机，完成伺服稳定平台控制系统的操作。
在上述的高精度高稳定性光电实时跟踪系统中，操控显示系统为用户与光学舱的人机接口，包括显示屏和操控台，显示屏用于实时显示光学舱捕捉到的目标画面；操控台包括电源开关、按键、led状态指示灯和摇杆手柄，用于发布指令；操控台和显示屏采用整体形式或独立形式。
在上述的高精度高稳定性光电实时跟踪系统中，电子舱的下部安装于高稳定平台基座或固定基座；高稳定平台基座采用多轴多框架的机械结构形式，光电实时跟踪系统安装于移动载体时采用高稳定平台基座；光电跟踪系统固定安装时采用固定基座。
本发明还提供了高精度高稳定性光电实时跟踪系统的操作方法，包括以下步骤：
步骤1、光电实时跟踪系统通电，系统初始化，对光学舱进行解锁，解锁完成后，默认进入手动模式，系统进行自检并将结果显示于显示屏上；操作人员根据系统自检的结果，判断系统的工作是否正常；如果正常，进行后续工作准备状态，系统自动进入手动模式；如果不正常，即切断电源，按照故障代码对故障点进行维修，维修完成后重新进行上述操作；
步骤2、启动光学舱中的电视传感器、红外传感器和激光测距仪，当进行目标探测时，按下操控台上随动模式按钮，实时调整光电探测系统的视轴到目标出现的区域；当光学舱视轴进入指定区域后，再次按下随动模式按钮进入手动模式；若发现目标，则通过电子变倍和连续变焦等手段，获得较清晰的可识别查证的图像；按下激光测距仪的开关，获得目标至实时跟踪系统之间的距离；如果距离大于安全警戒距离，忽略目标的行动；如果距离小于安全警戒距离，则切换成跟踪模式，按下操控台上的捕获以及跟踪按钮；如需发出警告，操控人员可通过无线电或其他光学信号向目标发出警告信息，使目标及时纠正运行线路；如若目标退到安全警戒距离之外，操控人员按下操控台的停止跟踪按钮，系统退出跟踪模式，自动进入手动模式，实时跟踪系统进入到待命状态；反之，实时跟踪系统继续凝视目标，并发出报警信息；操控人员将实时跟踪系统获得的目标方位以及距离信息发送至对应的控制指挥系统；
步骤3、光电实时跟踪系统结束工作进入待机状态时，按下操控台上的归零模式按钮，调整光学舱的光轴指向载体正前方；再次按下归零模式按钮进入手动模式；按下操控台上加锁模式按钮，启动锁销完成机械加锁，固定光学舱后，系统自动进入手动模式；关闭电源系统和操控台电源开关系统断电。
本发明的有益效果：1、可应用于多种载体、多种环境，使用光电传感器和探测系统对目标进行实时捕捉和跟踪；在捕捉和跟踪的过程中根据目标状态信息发出不同的指令，使其能实时对目标进行跟踪，跟踪效率高，跟踪效果好，具有高精度的优点；
2、结构稳定可靠、功耗少、体积小、隐蔽性好、分辨率高和抗干扰性强。
附图说明
图1为本发明一个实施例光电实时跟踪系统的结构示意图：
图中：1-光学舱模块；2-电子舱模块；3-操控显示系统模块；4-电源系统模块；5-通信数据电缆线；6-高稳定平台基座。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。
所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其它工艺的可应用性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“相连”“连接"应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于相关领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本实施例要解决的问题是如何使跟踪系统在跟踪过程中具有较高的稳定性同时保证较高的精度，因此提出一种高精度高稳定性光电实时跟踪系统与方法，能够克服传统跟踪系统方法的弊端；针对多种载体、复杂环境，使用光电传感器和探测器对目标进行实时捕捉和跟踪；在捕捉和跟踪的过程中根据目标状态信息发出不同的指令，使其能实时对目标进行跟踪，达到很好的跟踪效果。
本实施例提出的光电实时跟踪系统，采用高自动化和高稳定性的伺服控制模块、复杂变量控制系统相互配合以及高空间分辨率、高图像清晰度的焦平面探测器，旨在解决跟踪系统在跟踪过程中的稳定性和精度问题，具体包括：光学舱模块、电子舱模块、操控显示系统模块、电源系统模块和高稳定平台基座。
光学舱模块包括伺服稳定平台和光电探测系统，该部分采用了陀螺稳定平台，光电传感器位于光电探测系统内部，透过光学镜头感知场景信息，光电探测系统随动于伺服稳定平台，实现瞄准线在俯仰、水平方位两个方向上的运动。伺服稳定平台为光电探测系统提供一个带瞄准线稳定功能的转动平台，该部分包括俯仰组件和水平方位组件：俯仰组件由俯仰轴系、俯仰陀螺部件、俯仰电机部件、俯仰编码器、载架、u型支架和侧盖板等部件组成，主要实现光学舱的俯仰角度转动，并能通过俯仰编码器实时解算出光学舱所转过的俯仰角度；水平方位组件由水平方位轴系、水平方位电机、水平方位陀螺、水平方位加锁部件、方位壳体等组件组成，主要实现光学舱的水平方位角度转动，并能通过方位编码器实时解算出光学舱所转过的水平方位角度；光电探测系统位于载架中间，包括红外传感器、电视传感器和激光测距仪三个部件；红外传感器通过前端的红外光学镜头接收来自场景的红外波段信息，由内置的探测器将接收到的红外波段信息转化为标准视频信号供人眼识别；电视传感器则通过前端的普通光学镜头接受来自场景的可见光波段信息，由内置的探测器将接收到的可见光波段信息转化为标准的视频信号供人眼观察和判断；激光测距仪通过发射激光来测量目标与光电跟踪系统的距离；光学探测系统中的电视传感器具备光学连续变焦及电子变倍功能，可以针对不同距离的目标调节不同的观测视场，对目标进行更为细致的分辨和识别，确认目标物体属性及方位信息等。
电子舱模块包括计算机综合板、二次电源板、方位加锁机构、母板、图像跟踪板和功放板。计算机综合板是整个系统的重要组件，完成伺服控制、传感器控制、图像跟踪控制、人机接口通讯以及流程管理等功能；二次电源板为电子舱内的电路板和传感器提供稳定的输入工作电压，作用相当于小型变压器，将电源系统输入的高电压转变为光学舱模块、电子舱模块、操控显示系统模块正常工作的低电压，电路由dc-dc模块和电源滤波器构成，能有效降低系统的电源输入噪声；水平方位加锁机构属于伺服稳定平台中水平方位组件的一部分，安装于电子舱内部，该机构通过电子枷锁将整个光学舱锁定在一个水平方位角上，当光学舱处于待命或关机状态时，该机构可防止光学舱体在方位上由于惯性随意转动而损坏内部的光电传感器，还具备自动/手动解锁功能；母板用于将外部的电缆输入信号和输入电源与内部电路板进行连接，提供可靠的电气连接保证；图像跟踪板用于对光学舱模块中已锁定目标进行跟踪控制；功放板是将伺服控制系统的指令信号经过功率放大器放大后，达到俯仰电机和水平方位电机的功率要求，进而驱动电机，完成伺服控制系统要求的操作。
操控显示系统模块是用户与光学舱的人机接口，该部分主要接收光学舱发回的目标信息以及显示光学舱的状态等，完成系统的上电、上位指令和操控面板指令的配发，包括显示屏和操控台。显示屏主要用于实时显示光学舱所捕捉到的目标画面；操控台主要用于发布指令，有电源开关、按键、led状态指示灯和摇杆手柄四种功能部件；操控台和显示屏既可以是一个整体，也可以是独立的两部分。
电源系统模块，为光电实时跟踪系统中的光学舱模块、电子舱模块、操控显示系统模块和高稳定平台基座提供稳定的输入电压，以保证它们正常工作。
高稳定平台基座是保证跟踪系统稳定工作的重要部件，对电子舱和光学舱起稳定支撑的作用，结构上采用多轴多框架的机械结构形式，这种机械结构形式能保证光学舱视轴视线在复杂环境下（如各种导致光学舱晃动幅度比较大的环境）都有足够的稳定性和扫描范围，使得跟踪系统在跟踪过程中具有很高的稳定性，一般安装在电子舱下部；当光电跟踪系统装载于移动载体上时，高稳定平台基座是整套系统必不可少的部件，当光电跟踪系统固定安装时则不需采用高稳定平台基座。
该光电实时跟踪系统既可搭载于各种运动载体（如飞行器、船舶、车辆等）上，对目标进行搜索、观测、瞄准、跟踪以及预警等；也可固定安装，对目标区域进行实时搜索、监控和警戒等。
如图1所示，本实施例即针对安装在监狱围墙上所使用的高精度高稳定性光电实时跟踪系统，采用高自动化、高稳定性的伺服控制模块与复杂变量控制系统相互配合和高空间分辨率、高图像清晰度的焦平面探测器，旨在解决跟踪系统在跟踪过程中的稳定性和精度问题。该光电实时跟踪系统包括：光学舱模块、电子舱模块、操控显示系统模块、电源系统模块和高稳定平台基座。该光电实时跟踪系统能够对载体周围的目标进行监控和搜索，当发现可疑目标时，能根据指令对目标进行捕捉、放大、锁定和跟踪，以便采取相应措施，确保载体的安全。
并且，光学舱模块包括伺服稳定平台和光电探测系统，该部分采用了陀螺稳定平台，光电传感器位于光电探测系统内部，透过光学镜头感知场景信息，光电探测系统随动于伺服稳定平台，实现瞄准线在俯仰、水平方位两个方向上的运动。伺服稳定平台为光电探测系统提供一个带瞄准线稳定功能的转动平台，该部分包括俯仰组件和水平方位组件：俯仰组件由俯仰轴系、俯仰陀螺部件、俯仰电机部件、俯仰编码器、载架、u型支架和侧盖板等部件组成，主要实现光学舱的俯仰角度转动，并能通过俯仰编码器实时解算出光学舱所转过的俯仰角度；水平方位组件由水平方位轴系、水平方位电机、水平方位陀螺、水平方位加锁部件、方位壳体等组件组成，主要实现光学舱的水平方位角度转动，并能通过方位编码器实时解算出光学舱所转过的水平方位角度；光电探测系统位于载架中间，包括红外传感器、电视传感器和激光测距仪三个部件；红外传感器通过前端的红外光学镜头接收来自场景的红外波段信息，由内置的探测器将接收到的红外波段信息转化为标准视频信号供人眼识别；电视传感器则通过前端的普通光学镜头接受来自场景的可见光波段信息，由内置的探测器将接收到的可见光波段信息转化为标准的视频信号供人眼观察和判断；激光测距仪通过发射激光来测量目标与光电跟踪系统的距离；光学探测系统中的电视传感器具备光学连续变焦及电子变倍功能，可以针对不同距离的目标调节不同的观测视场，对目标进行更为细致的分辨和识别，确认目标物体属性及方位信息等。
并且，电子舱模块包括计算机综合板、二次电源板、方位加锁机构、母板、图像跟踪板和功放板。计算机综合板是整个系统的重要组件，完成伺服控制、传感器控制、图像跟踪控制、人机接口通讯以及流程管理等功能；二次电源板为电子舱内的电路板和传感器提供稳定的输入工作电压，作用相当于小型变压器，将电源系统输入的高电压转变为光学舱模块、电子舱模块、操控显示系统模块正常工作的低电压，电路由dc-dc模块和电源滤波器构成，能有效降低系统的电源输入噪声;水平方位加锁机构属于伺服稳定平台中水平方位组件的一部分，安装于电子舱内部，该机构通过电子枷锁将整个光学舱锁定在一个水平方位角上，当光学舱处于待命或关机状态时，该机构可防止光学舱体在方位上由于惯性随意转动而损坏内部的光电传感器，还具备自动/手动解锁功能；母板用于将外部的电缆输入信号和输入电源与内部电路板进行连接，提供可靠的电气连接保证；图像跟踪板用于对光学舱模块中已锁定目标进行跟踪控制；功放板是将伺服控制系统的指令信号经过功率放大器放大后，达到俯仰电机和水平方位电机的功率要求，进而驱动电机，完成伺服控制系统要求的操作。
并且，操控显示系统模块是用户与光学舱的人机接口，该部分主要接收光学舱发回的目标信息以及显示光学舱的状态等，完成系统的上电、上位指令和操控面板指令的配发，包括显示屏和操控台。显示屏主要用于实时显示光学舱所捕捉到的目标画面；操控台主要用于发布指令，有电源开关、按键、led状态指示灯和摇杆手柄四种功能部件；操控台和显示屏既可以是一个整体，也可以是独立的两部分。
并且，电源系统模块，为光电实时跟踪系统中的光学舱模块、电子舱模块、操控显示系统模块和高稳定平台基座提供稳定的输入电压，以保证它们正常工作。
本实施例光电跟踪系统采用固定安装的方式，所以不需采用高稳定平台基座。
本实施例中，一般在监狱围墙四周安装多个高精度高稳定性光电实时跟踪系统，组网联机工作，可以切换不同视角，视角范围覆盖整个监狱的安全区域，其具体的实时跟踪方法如下：
1.启动电源系统模块，按下操控台的电源开关，整个实时跟踪系统通电；电子舱模块2中的二次电源板将电源系统输入的220v高电压转化为光学舱模块、电子舱模块正常工作的24v低电压，此时所有模块处于初始化状态，系统上电后，对光学舱进行解锁，确保加锁机构已脱离加锁位置，保证系统操作安全，解锁完成后，默认自动进入手动模式，整个系统会在2分钟内完成自检工作；显示屏会自动显示系统自检后的状态，操作人员根据自检后显示屏出具的报告，判断系统的工作是否正常；如果正常，就可以完成后续对目标区域监控和对目标的捕捉、跟踪的前期准备，系统自动进入手动模式工作状态；如果不正常，就要切断电源，按照故障代码对故障点进行维修，维修完成后再重新进行上述操作。
2.启动光学舱中的电视传感器、红外传感器和激光测距仪，操控人员实时调整光电探测系统的视轴到可疑目标出现的区域，当光学舱视轴进入指定区域后，通过内置的探测器对监狱四周环境进行实时监控，当发现可疑人员时，通过电子变倍和连续变焦等手段，对可疑人员进行捕捉，获得较清晰、可识别查证的目标图像，并将实时图像信息传回显示屏；操控人员按下操控台摇杆手柄上的激光测距仪的开关，激光测距仪通过发射激光获得可疑人员至光电跟踪系统之间的距离：如果可疑人员至光电跟踪系统的距离大于监狱安全警戒距离，可以忽略可疑人员的行动；如果可疑人员至光电跟踪系统之间的距离小于监狱安全警戒距离，立即将系统模式切换成跟踪模式，操控人员按下操控台上的放大以及跟踪按钮，实时跟踪系统继续通过电子变倍和连续变焦功能将目标图像信息进一步高清放大，并随着可疑人员的运动而运动，对目标实施跟踪；操控人员同时要通过语音信号向可疑人员发出警告信息，让可疑人员立即离开警戒区域：当可疑人员收到警告信息离开警戒区域，快要进入到本跟踪系统的视野盲区，此时本跟踪系统将可疑人员的方位信息传递给邻近的其他跟踪系统，继续进行跟踪监视的工作，直至可疑人员远离所有跟踪系统的警戒区域，远离监狱的安全距离，操控人员可按下操控台的停止跟踪按钮，系统退出跟踪模式，自动进入手动模式，实时跟踪系统进入到待命状态；当可疑人员收到警告信息但未远离警戒区域时，实时跟踪系统会继续跟踪目标，并发出报警信息，操控人员将实时跟踪系统获得的目标方位以及距离信息发送给警卫人员，对可疑人员采取驱离。
3.当光电实时跟踪系统结束工作后进入待机状态时，按下操控台上的归零模式按钮，将光学舱的光轴指向载体正前方，光学舱处于载体坐标下的稳定状态，可防止光学舱在手动模式下光轴的移动对机械限位的冲击，再次按下归零模式按钮进入手动模式；按下操控台上加锁模式按钮，将光学舱所处位置调整加锁位置，启动锁销完成机械加锁，此时光学舱被固定住，系统自动进入手动模式；关闭电源系统模块4，按下操控台上的电源开关，光电实时跟踪系统断电。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。