CN105005309A - 一种用于无人直升机的辅助着舰引导显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于无人直升机的辅助着舰引导显示系统，它区别于传统的无人机着舰信息显示系统，在于：不仅包含了无人直升机的飞行状态信息，而且包括了舰船运动状态信息和着舰地标位置信息，这样能够全方位的辅助无人机地面控制站的操作人员感知无人直升机所处态势，进而完成安全的着舰操作。此外，辅助着舰引导信息采用符号化的表达方式，使得地面站的显示界面更加清晰、简洁，显示内容更加直观、形象，人机界面友好。通过简单变形，本发明可用于无人直升机的着陆应用。

Description

一种用于无人直升机的辅助着舰引导显示系统

技术领域

本发明涉及一种无人直升机着舰方法，具体是一种用于无人直升机的辅助着舰引导显示系统。

背景技术

随着航空工业近年来的迅速发展，无人直升机的应用越发广泛，特别是军事领域中的舰载无人直升机，由于其兼具了无人机与直升机的双重优点：小巧灵活、机动性强、能够有效降低风险和损失，因此被委以情报搜集、监视、侦查、乃至反潜打击等任务。

然而，舰载无人直升机的安全回收是一项巨大挑战，即无人直升机在完成任务以后如何安全着舰。特别是：舰船行进间着舰、在海浪与海风的影响下着舰，显然，依靠传统地面控制站所显示的机载图像与数字式飞行参数进行着舰，无法执行精准、安全的着舰操作，甚至会造成任务延误乃至着舰事故。

因此，要进行安全、精确地着舰，就需要操作人员在着舰过程中掌握无人直升机的飞行状态信息及舰船的运动状态信息。而符号化的信息显示方式能够简化冗余的数字，形象地展示无人直升机着舰时的运动状态，便于操作人员进行安全操作。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于无人直升机的辅助着舰引导显示系统，以便直观、清晰的为无人机地面控制站的操作人员提供无人直升机着舰时的飞行状态信息以及目标舰船的运动状态信息，辅助操作人员进行安全的着舰操作，保证无人直升机的着舰安全。

本发明的目的是这样实现的，一种用于无人直升机的辅助着舰引导显示系统，其特征是：至少包括：处理单元(104)、机载传感器(101)、舰船运动解算单元(102)、着舰地标检测单元(103)和显示单元(105)；

处理单元(104)用于获取来自机载传感器(101)的无人直升机飞行状态信息；用于获取来自舰船运动解算单元(102)的舰船运动状态信息；用于获取来自着舰地标检测单元(103)的着舰地标位置信息；处理单元(104)根据以上所述的获取信息生成辅助着舰符号集，显示单元(105)对辅助着舰符号集进行显示；

所述的机载传感器(101)是一个传感器设备集，用于为无人直升机提供包括速度、加速度、高度、垂直速度、垂直加速度、航向、俯仰、滚转、风速风向、可见光及红外图像信息；

所述的着舰地标检测单元(103)和舰船运动解算单元(102)用于利用可见光和红外图像信息，通过算法处理获得舰船运动状态信息和着舰地标的位置信息；

显示单元(105)是地面或舰船控制站上的一个或多个显示器，为操作人员提供可视化的显示。

所述的飞行状态信息包括飞机当前时刻的速度、加速度、高度、垂直速度、垂直加速度、航向、俯仰、滚转、风速及风向信息。

所述的着舰地标位置信息包括着舰地标在舰船上的位置和着舰地标的大小范围。所述的舰船运动状态信息包括目标舰船当前时刻的速度、航向、纵荡、横荡信息。

所述的辅助着舰符号集包括无人直升机飞行状态指示符号、舰船运动状态指示符号和着舰地标指示符号。

所述的无人直升机飞行状态指示符号包括无人直升机的飞行姿态符号、速度符号、高度符号、通告信息及风速风向符号，这些符号均为二维符号。

所述的无人直升机飞行姿态符号包括航向刻度、预定航向指示符、当前航向指示符、转向指示符、俯仰刻度、俯仰范围指示符、滚转刻度、滚转符号、侧滑符号和飞机指示符号；航向刻度的显示范围为25度，同时随着当前航向值进行滚动；预定航向指示符用菱形符号表示，在航向刻度上方指示当前无人直升机的预定航向；所述的当前航向指示符是在航向刻度下方，以三角形指示刻度、以矩形框显示航向读数，显示位数为3位，精度为1度；转向指示符则用两个缺少底边的侧立三角形表示，其尖角方向从当前航向指向预定航向，标识转向趋势，在航向刻度的左下角或右下角显示；俯仰刻度位于显示界面的中轴线上，显示范围为-20～30度(10度每刻度)；俯仰范围指示符，由一个圆形和三条短线构成，其所在位置指示当前的俯仰值；滚转刻度由5条短线构成(5度/刻度)，0刻度线均分刻度范围，滚转刻度不移动；滚转符号为倒立三角形，在滚转刻度上方，随着飞机姿态左右移动，指示飞机滚转角度；侧滑符号位于滚转刻度下方，用蓝色矩形表示，其垂直平分线为黑色，用矩形的左右偏移程度表示侧滑幅度；飞机指示符号与上述俯仰范围指示符号为同一符号，但在着舰地标显示界面，该符号仅作为飞机的参考符号。

所述的速度符号包括速度刻度、速度指示符、当前速度值、加速度符号、速度标识、垂直速度刻度、垂直速度指示符、当前垂直速度值、垂直速度标识、垂直加速度刻度、垂直加速度指示符。速度刻度的显示范围为0～5m/s，每刻度为1m/s；速度指示符为侧立菱形，紧靠速度刻度，标识当前速度读数；当前速度值在速度指示符另一侧，在矩形框内显示两位读数，精度为0.1m/s；加速度则位于当前速度框的下方，以直线和斜线的不同组合形式表示正负，以短刻线表示大小，每刻度为1m/s²；速度标识位于速度刻度下方，为绿色实心圆及“GS”指示；垂直速度刻度的显示范围为-5～5m/s，每刻度为1m/s；垂直速度指示符与速度指示符相同；当前垂直速度值则在矩形框内显示两位数据，精度为0.1m/s；垂直速度标识位于垂直速度刻度下方，为“VS”；垂直加速度刻度的显示范围为-5～5m/s²，每刻度为1m/s²，垂直加速度指示符与垂直速度指示符相同，这里不显示加速度数值。

所述的高度符号包括高度刻度、高度指示符、当前高度值和高度标识，高度刻度的显示范围为0～30m，每刻度为2m，高度指示符与速度指示符相同，当前高度值则在矩形框内显示三位读数，精度为0.1m/s；高度标识位于高度刻度下方，为“H”。

所述的通告信息及风速风向符号包括着舰应答符、着舰距离数显项、风速等级符号、风速刻度、风向符号、风向与风速值，风力标识；着舰应答符为绿色实心圆以及“Accept”文字指示，它的开启表示舰船允许并准备接受无人机进行着舰；着舰距离数显项，以三位数据表示无人直升机与着舰地标的水平距离，精度为0.1m；风速等级符号由红、橙、黄、蓝四种颜色的同心圆构成，依次表示风力的强弱等级，两等级间相差2m/s，风向符号是由同心圆的圆心发出的直线表示，其长度代表风速，风向与风速值为两个数显项，其单位分别为度和m/s,精度分别为1度和0.1m/s；风力标识为绿色实心圆及“WIND”文字指示。

所述的舰船运动状态指示符号包括舰船航向指示符、舰船速度指示符、舰船横荡指示符、舰船纵荡指示符；舰船航向指示符是空心箭头，其位置在无人直升机的航向刻度上方，指示舰船航向的同时也便于与无人直升机的预定航向进行对比；舰船速度指示符是位于无人直升机速度刻度另一侧的空心箭头，同时显示当前速度值，单位为m/s，精度为0.1m/s；舰船横荡指示符是用于着舰第二阶段的辅助符号，共由五个菱形构成，中间的菱形轴线与着舰地标指示符的轴线对应，舰船发生横荡运动，着舰地标指示符也会相应运动，而舰船横荡指示符固定不动，其与地标轴线的偏差位置可以指导着舰操作，当偏差小于一个菱形大小的时候，所有菱形显示绿色，提示可以进行着舰；同理，舰船纵荡指示符也是如此，但方向与横荡指示符垂直；

所述的着舰地标指示符包括用于着舰第一阶段的三维着舰地标指示符和用于着舰第二阶段的二维着舰地标指示符；利用辅助着舰信息显示系统，着舰流程分为两个阶段：无人直升机从舰尾到着舰地标上方为第一阶段，无人直升机在舰面上进行行进间垂直着舰为第二阶段；因此第一阶段的着舰地标指示符由两个三维立方体符号和一个虚拟地标组成，以三维方式标识高度与地标位置，它跟随舰船的运动而变化；第二阶段的着舰地标指示符为二维虚拟圆形地标。

本发明的优点在于：提出了一种用于无人直升机的辅助着舰引导显示系统，它区别于传统的无人机着舰信息显示系统，在于：不仅包含了无人直升机的飞行状态信息，而且包括了着舰地标信息和舰船运动状态信息，这样能够全方位的辅助无人机地面控制站的操作人员感知无人直升机所处态势，进而完成安全的着舰操作。此外，辅助着舰引导信息采用符号化的表达方式，使得地面站的显示界面更加清晰、简洁，显示内容更加直观、形象，人机界面友好。通过简单变形，本发明可用于无人直升机的着陆应用。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是一种用于无人直升机的辅助着舰引导显示系统的结构框图；

图2是生成辅助着舰符号集的流程示意图；

图3是用于着舰第一阶段的垂直显示模式；

图4是用于着舰第二阶段的水平显示模式；

图5示出了本发明的显示单元中的着舰地标符号的显示；

图6示出了本发明的显示单元中的风速风向信息的显示。

具体实施方式

本实施例给出了图1所示的一种用于无人直升机的辅助着舰引导显示系统，至少包括：处理单元104、机载传感器101、舰船运动解算单元102、地标检测单元103和显示单元105；

处理单元104用于获取来自机载传感器101的无人直升机飞行状态信息；用于获取来自舰船运动解算单元102的舰船运动状态信息；用于获取来自着舰地标检测单元103的着舰地标位置信息；处理单元104根据以上所述的获取信息生成辅助着舰符号集，显示单元105对辅助着舰符号集进行显示。

所述的机载传感器101是一个传感器设备集，用于为无人直升机提供包括速度、加速度、高度、垂直速度、垂直加速度、航向、俯仰、滚转、风速风向、可见光及红外图像信息；

所述的着舰地标检测单元103和舰船运动解算单元102用于利用可见光和红外图像信息，通过算法处理获得舰船运动状态信息和着舰地标的位置信息，该技术较为成熟，亦不是本发明的重点，此处不作说明。

显示单元105是地面或舰船控制站上的一个或多个显示器，为操作人员提供可视化的显示。

图2说明了生成辅助着舰符号集的流程示意图。

步骤201：无人直升机通过机载传感器101获取传感器数据和传感器图像；

步骤202：处理单元104根据机载传感器提供的数据，得到无人直升机的飞行状态信息；

步骤203：舰船运动解算单元102根据机载传感器提供的图像信息解算舰船的运动状态，获取舰船运动状态参数；

步骤204：着舰地标检测单元103根据机载传感器提供的图像信息计算着舰地标位置，获取着舰地标的位置信息；

步骤205：处理单元104将无人直升机的飞行状态信息、舰船运动状态参数和着舰地标的位置信息进行融合，生成相应的符号，构成辅助着舰符号集。

图3是用于着舰第一阶段的垂直显示模式的显示实例。其内容是显示单元105输出到显示界面的信息，包括了辅助着舰符号集，其中着舰地标选取了三维着舰地标351，因此此显示模式为垂直显示模式，用于着舰的第一阶段。

符号301～305表示了有关航向的信息，包括：航向刻度301，无人直升机当前航向指示及数值(单位：度)302，无人直升机预定航向指示符303，舰船当前航向指示符304，在着舰过程中，302、303和304的指向最终会发生重合，即舰船航向与无人直升机的预定航向和当前航向完全一致，这是进行着舰的必要条件。无人直升机转向指示符305，包括向左、向右两种指示形式，表明转向趋势。

符号311～315表示当前的速度与加速度信息，包括：速度刻度(每刻度为1m/s)311，舰船速度指示符及当前速度值(单位：m/s)312，无人直升机速度指示符及当前速度值(单位：m/s)313，无人直升机加速度符号314，向下的斜线代表减速，向上的斜线代表加速，速度标识315，当舰船与无人直升机的速度相同时，速度标识的圆形灯亮起并显示绿色，两者速度不同时，此灯不亮。

符号321表示风速与风向信息，在图6中进一步说明。符号351表示三维着舰地标，在图5进一步说明。符号331～332表示无人直升机的俯仰信息，包括：无人直升机俯仰刻度331，俯仰范围指示符332，表示当前的俯仰读数。符号341～343表示无人直升机的滚转信息，包括：滚转符号341，滚转刻度(5度/刻度)342，侧滑符号343。

符号361～364表示无人直升机的高度信息，包括：高度刻度(2米/刻度)361，高度指示符362，当前高度值363，高度标识364。

符号371～375表示无人直升机的垂直速度与加速度信息，包括：垂直速度刻度(1米/刻度)371，垂直加速度刻度372，垂直速度指示符及当前垂直速度值373，垂直加速度指示符374，垂直速度标识375。

符号381～383包括：着舰应答符381，无人直升机与舰船一致性指示灯382，着舰距离数显项(单位：米)383。其中，一致性指示灯在无人直升机与舰船的航向相同、速度相同，无外界特殊情况发生的情况下亮起绿色，告知操作人员可以继续进行着舰操作直到完成，如果着舰期间该灯熄灭，则操作人员需要对无人直升机执行复飞，准备重新着舰。

图4是用于着舰第二阶段的水平显示模式的显示实例。其主要显示元素与图3所示的内容完全一致，其展示内容是用于无人直升机在舰面上方的着舰过程。需要注意的是，当前航向指示符401，其含义在于无人直升机的预定航向指示符303与舰船的当前航向指示符304相同时，二者统一表示为当前航向指示符401。符号402表示二维着舰地标，在图5进一步说明。符号403表示无人直升机指示符号，指示水平面内无人直升机的当前位置，不再指示俯仰信息。

图5A示出了三维辅助着舰地标的组成元素，包括：无人直升机高度指示符501，舰面502，三维着舰地标外轮廓503，舰船纵向中轴线504，三维着舰地标中心505。图5B示出了二维辅助着舰地标的组成元素，包括：横荡指示符506，纵荡指示符507，着舰地标参考线508，无人直升机俯仰0刻度线509，在水平显示模式下，显示系统的俯仰刻度上下滚动，俯仰的读数由着舰地标参考线508与俯仰刻度线之间的偏差示出，无人直升机参考符号510，用于实时指示当前位置，当其圆心与二维着舰地标的中心重合时，无人直升机参考横荡、纵荡信息进行垂降。

图6示出了本发明中风速与风向信息的表达方式，包括：当前风向601，当前风速值(单位：m/s)602，风向符号603，风速等级及刻度604，由蓝、黄、橙、红四种颜色同心圆构成，舰船航向605，风力标识606，风力安全指示灯607，风速小于5m/s时，此灯为绿色，表示风力对无人直升机的着舰影响在安全范围内。

以上例举仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (10)

1.一种用于无人直升机的辅助着舰引导显示系统，其特征是：至少包括：处理单元(104)、机载传感器(101)、舰船运动解算单元(102)、地标检测单元(103)和显示单元(105)；

处理单元(104)用于获取来自机载传感器(101)的无人直升机飞行状态信息；用于获取来自舰船运动解算单元(102)的舰船运动状态信息；用于获取来自着舰地标检测单元(103)的着舰地标位置信息；处理单元(104)根据以上所述的获取信息生成辅助着舰符号集，显示单元(105)对辅助着舰符号集进行显示；

所述的机载传感器(101)是一个传感器设备集，用于为无人直升机提供包括速度、加速度、高度、垂直速度、垂直加速度、航向、俯仰、滚转、风速风向、可见光及红外图像信息；

所述的着舰地标检测单元(103)和舰船运动解算单元(102)用于利用可见光和红外图像信息，通过算法处理获得舰船运动状态信息和着舰地标的位置信息；

显示单元(105)是地面或舰船控制站上的一个或多个显示器，为操作人员提供可视化的显示。

2.根据权利要求1所述的一种用于无人直升机的辅助着舰引导显示系统，其特征是：所述的飞行状态信息包括飞机当前时刻的速度、加速度、高度、垂直速度、垂直加速度、航向、俯仰、滚转、风速及风向信息。

3.根据权利要求1所述的一种用于无人直升机的辅助着舰引导显示系统，其特征是：所述的着舰地标位置信息包括着舰地标在舰船上的位置和着舰地标的大小范围。所述的舰船运动状态信息包括目标舰船当前时刻的速度、航向、纵荡、横荡信息。

4.根据权利要求1所述的一种用于无人直升机的辅助着舰引导显示系统，其特征是：所述的辅助着舰符号集包括无人直升机飞行状态指示符号、舰船运动状态指示符号和着舰地标指示符号。

5.根据权利要求4所述的一种用于无人直升机的辅助着舰引导显示系统，其特征是：所述的无人直升机飞行状态指示符号包括无人直升机的飞行姿态符号、速度符号、高度符号、通告信息及风速风向符号，这些符号均为二维符号。

6.根据权利要求5所述的一种用于无人直升机的辅助着舰引导显示系统，其特征是：所述的无人直升机飞行姿态符号包括航向刻度、预定航向指示符、当前航向指示符、转向指示符、俯仰刻度、俯仰范围指示符、滚转刻度、滚转符号、侧滑符号和飞机指示符号；航向刻度的显示范围为25度，同时随着当前航向值进行滚动；预定航向指示符用菱形符号表示，在航向刻度上方指示当前无人直升机的预定航向；所述的当前航向指示符是在航向刻度下方，以三角形指示刻度、以矩形框显示航向读数，显示位数为3位，精度为1度；转向指示符则用两个缺少底边的侧立三角形表示，其尖角方向从当前航向指向预定航向，标识转向趋势，在航向刻度的左下角或右下角显示；俯仰刻度位于显示界面的中轴线上，显示范围为-20～30度；俯仰范围指示符，由一个圆形和三条短线构成，其所在位置指示当前的俯仰值；滚转刻度由5条短线构成，0刻度线均分刻度范围，滚转刻度不移动；滚转符号为倒立三角形，在滚转刻度上方，随着飞机姿态左右移动，指示飞机滚转角度；侧滑符号位于滚转刻度下方，用蓝色矩形表示，其垂直平分线为黑色，用矩形的左右偏移程度表示侧滑幅度；飞机指示符号与上述俯仰范围指示符号为同一符号，但在着舰地标显示界面，该符号仅作为飞机的参考符号。

7.根据权利要求5所述的一种用于无人直升机的辅助着舰引导显示系统，其特征是：所述的速度符号包括速度刻度、速度指示符、当前速度值、加速度符号、速度标识、垂直速度刻度、垂直速度指示符、当前垂直速度值、垂直速度标识、垂直加速度刻度、垂直加速度指示符。速度刻度的显示范围为0～5m/s，每刻度为1m/s；速度指示符为侧立菱形，紧靠速度刻度，标识当前速度读数；当前速度值在速度指示符另一侧，在矩形框内显示两位读数，精度为0.1m/s；加速度则位于当前速度框的下方，以直线和斜线的不同组合形式表示正负，以短刻线表示大小，每刻度为1m/s²；速度标识位于速度刻度下方，为绿色实心圆及“GS”指示；垂直速度刻度的显示范围为-5～5m/s，每刻度为1m/s；垂直速度指示符与速度指示符相同；当前垂直速度值则在矩形框内显示两位数据，精度为0.1m/s；垂直速度标识位于垂直速度刻度下方，为“VS”；垂直加速度刻度的显示范围为-5～5m/s²，每刻度为1m/s²，垂直加速度指示符与垂直速度指示符相同，这里不显示加速度数值。

8.根据权利要求5所述的一种用于无人直升机的辅助着舰引导显示系统，其特征是：所述的高度符号包括高度刻度、高度指示符、当前高度值和高度标识，高度刻度的显示范围为0～30m，每刻度为2m，高度指示符与速度指示符相同，当前高度值则在矩形框内显示三位读数，精度为0.1m/s；高度标识位于高度刻度下方，为“H”。

9.根据权利要求5所述的一种用于无人直升机的辅助着舰引导显示系统，其特征是：所述的通告信息及风速风向符号包括着舰应答符、着舰距离数显项、风速等级符号、风速刻度、风向符号、风向与风速值，风力标识；着舰应答符为绿色实心圆以及“Accept”文字指示，它的开启表示舰船允许并准备接受无人机进行着舰；着舰距离数显项，以三位数据表示无人直升机与着舰地标的水平距离，精度为0.1m；风速等级符号由红、橙、黄、蓝四种颜色的同心圆构成，依次表示风力的强弱等级，两等级间相差2m/s，风向符号是由同心圆的圆心发出的直线表示，其长度代表风速，风向与风速值为两个数显项，其单位分别为度和m/s,精度分别为1度和0.1m/s；风力标识为绿色实心圆及“WIND”文字指示。

10.根据权利要求4所述的一种用于无人直升机的辅助着舰引导显示系统，其特征是：所述的舰船运动状态指示符号包括舰船航向指示符、舰船速度指示符、舰船横荡指示符、舰船纵荡指示符；舰船航向指示符是空心箭头，其位置在无人直升机的航向刻度上方，指示舰船航向的同时也便于与无人直升机的预定航向进行对比；舰船速度指示符是位于无人直升机速度刻度另一侧的空心箭头，同时显示当前速度值，单位为m/s，精度为0.1m/s；舰船横荡指示符是用于着舰第二阶段的辅助符号，共由五个菱形构成，中间的菱形轴线与着舰地标指示符的轴线对应，舰船发生横荡运动，着舰地标指示符也会相应运动，而舰船横荡指示符固定不动，其与地标轴线的偏差位置可以指导着舰操作，当偏差小于一个菱形大小的时候，所有菱形显示绿色，提示可以进行着舰；同理，舰船纵荡指示符也是如此，但方向与横荡指示符垂直；

所述的着舰地标指示符包括用于着舰第一阶段的三维着舰地标指示符和用于着舰第二阶段的二维着舰地标指示符；利用辅助着舰信息显示系统，着舰流程分为两个阶段：无人直升机从舰尾到着舰地标上方为第一阶段，无人直升机在舰面上进行行进间垂直着舰为第二阶段；因此第一阶段的着舰地标指示符由两个三维立方体符号和一个虚拟地标组成，以三维方式标识高度与地标位置，它跟随舰船的运动而变化；第二阶段的着舰地标指示符为二维虚拟圆形地标。