CN105701789A - 飞机近场飞行轨迹跟踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种飞机近场飞行轨迹跟踪方法，属于飞行保障相关技术领域。包括如下步骤：(1)通过计算机引导摄像装置，实施方位解调初始化指令控制；(2)实现通过转化的雷达信号控制转台捕获目标；(3)得到视频信息后，解析处理后转换为图像进行自动跟踪；(4)跟踪控制判决：如果步骤(3)失败，检查雷达解调的相关信息，如果目标大于10Km且数据连续则转为步骤(2)；如果雷达解调的相关信息不连续或小于10Km则转为手动操控摇杆进行跟踪；(5)如果步骤(4)摇杆故障时，可应用鼠标或控制球操作跟踪；(6)全程跟踪过程中，在操作界面上显示目标参数信息。本发明能够是以直观可视化控制方式将近场飞行的工作情况实时传送给指挥员。与现有技术相比具有快捷、方便、减轻了操作人员搜索跟踪的工作难度。

Description

飞机近场飞行轨迹跟踪方法

技术领域

本发明涉及一种飞机近场飞行轨迹跟踪方法，属于飞行保障相关技术领域。

背景技术

飞机起飞着陆阶段是飞行安全的最关键阶段，而现有的飞行指挥用的信息(一次雷达、二次雷达)在起飞着陆近场飞行阶段都是盲区，在此阶段只靠飞行员白己感觉飞机工作情况和飞行轨迹信息。对科研机来说近场飞行阶段飞机的飞行轨迹及各舵面工作情况是否正常，对飞机安全有事关重要的作用，指挥员全面掌握近场飞机的起飞、着陆等阶段工作情况是非常必要的，但传统的引导模式中，指挥员无法了解上述情况。

现行的近空飞行轨迹跟踪系统的研究主要通过在预计区域上多点布置摄像系统，实时接力跟踪，其缺点在于目标脱离预计区域时，无法同时进行多点的实时调整，而近空飞机飞行机动性较人，其轨迹变化快，经常脱离预计区域。

发明内容

为了解决上述存在的技术问题，本发明提供一种飞机近场飞行轨迹跟踪方法。该方法以直观可视化控制方式将近场飞行的飞机姿态、襟付翼、起落架、舵面等工作情况以画面形式实时、连续、稳定地传送给指挥员，有效完成对飞机起飞和着路阶段实施监控，保证飞机的飞行安全，并以图像、参数等形式记录飞机近场飞行轨迹，为科研飞机的试飞提供宝贵的分析数据。

本发明是通过下述技术方案实现的：

飞机近场飞行轨迹跟踪方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)通过计算机引导摄像装置，实施方位解调初始化指令控制；

(2)实现通过转化的雷达信号控制转台捕获目标；

(3)得到视频信息后，解析处理后转换为图像进行自动跟踪；

(4)跟踪控制判决：如果步骤(3)失败，检查雷达解调的相关信息，如果目标大于10Km且数据连续则转为步骤(2)；如果雷达解调的相关信息不连续或小于10Km则转为手动操控摇杆进行跟踪；

(5)如果步骤(4)摇杆故障时，可应用鼠标或控制球操作跟踪；

(6)全程跟踪过程中，在操作界面上显示目标参数信息。

所述的步骤(1)中方位解调时，通过向转台发送指令，读取转台的俯仰、水平、镜头信息，并在解析后以模拟指针表的形式显示在人机操作界面上；所述的转台使用422接口传输转角和俯仰角的位置信息，格式为l6进制编码，指令长度固定为7字节；方位解调系统自动向转台发动查询指令，转台接收到查询指令后，自动返回当前位置信息；在工控主机上，通过R422端口采集到转台位置信息后，进行解码处理：具体过程如下：

a)转台经纬度转换为角度；

b)选雷达模式号列表，目标信息显示在列表中；

c)将各操作状态转换为转台识别的信息格式，驱动转台；

d)读取角度和焦距回传数据，并与雷达信息分析计算；

e)将各控制及回传信息送自动跟踪控制单元实施控制；

f)各控制状态故障告警提示；

g)模拟指针表的显示。

所述的步骤(2)通过转化的雷达信号控制转台大致捕获目标，采用TCP模式及时响应控制台的需求：

其具体过程如下：

a)通过TCP模式提供服务器端口，并监听来自控制台的指令；

b)收到控制台发送的模式号列表索取指令时，向控制台发送雷达视距内目标模式号列表；

c)根据控制台发送的目标信息索取指令时，向控制台发送所需的目标信息，包括目标经纬度、目标高度和目标速度；上述信息选取最后一次由雷达数据更新的目标信息；

d)收到控制台发送的目标即时信息索取指令时，向控制台发送通过插值计算得到的及时目标信息，这些信息用于控制台在计算控制速度的参考量。

本发明的有益效果：本发明采用上述方案，能够是以直观可视化控制方式将近场飞行的飞机姿态、襟付翼、起落架、舵面等工作情况以画面形式实时、连续、稳定地传送给指挥员，有效完成对飞机起飞和着路阶段实施监控，保证飞机的飞行安全，为科研飞机的试飞提供宝贵的分析数据。与现有技术相比具有快捷、方便、减轻了操作人员搜索跟踪的工作难度。

附图说明

图1飞机方位解调系统工作原理图。

图2飞机近场飞行轨迹跟踪方法操作流程图。

具体实施方式

本发明方法实现的理论依据及工作原理：

(一)飞机近场飞行轨迹跟踪系统的实现方法:

飞机近场飞行轨迹跟踪系统由方位解调系统、雷达引导系统跟踪和图像解析自动跟踪三部分组成。

主要控制过程如下：

(1)转台通电初始化后，先手动校准转台基准方位；

(2)然后应用雷达信息驱动转台转向飞行监测目标的大致方向；

(3)得到视频信息后，解析处理后转换为图像进行跟踪；

(4)如果图像跟踪失败，转为雷达引导跟踪；

(5)雷达引导跟踪失败，转为手动操控摇杆进行跟踪；

(6)摇杆故障时，则应用鼠标操作跟踪。

在全程跟踪过程中，无论是否应用雷达引导跟踪，都在操作界面上显示目标的参数信息。系统控制操作流程如图2所示。

(二)工作原理:

l、方位解调工作原理：

方位解调功能通过向转台发送指令从转台读取转台(转台)的俯仰、水平镜头等信息，并在解算后以模拟指针表的形式显示在人机操作界面上。

2、雷达引导

当伺服系统接收到雷达的引导信号时，立即将转台调转到雷达指示的目标方位上，使目标进入到监控的视场。视频跟踪模块的目标跟踪角误差信号：在系统处于跟踪方式下，伺服系统接收视频跟踪模块提供的目标角误差信号控制转台跟踪目标。转台的方位/俯仰测角系统数据：伺服系统接收转台的方位/俯仰测角系统数据送给视频跟踪器，实时计算目标的方位角和俯仰角。转台的方位/俯仰速度信号：伺服系统接收转台的方位/俯仰速度信号，经校正放大后，控制转台，使转台保持水平，实现转台的稳定。传输并转化雷达信号至中央控制主机，解码雷达信号中的坐标信息以引导转台捕获监视对象。

3、图像跟踪工作原理

图像跟踪模式使用工控机(控制台)内配置的采集卡和视频跟踪模块对目标区域图像进行分析、识别锁定，并根据目标移动的幅度求出控制量，控制转台进行移动，达到跟踪的目的。

4、软件功能

控制台软件主要实现对转台、镜头的控制，以及视频采集记录，并可根据信息解析与处理提供的目标信息，计算转台姿态，使镜头指向目标。在目标进入视场内，可根据目标特征进行图像跟踪。山于控制台配置了专用操作摇杆，该摇杆通过串口共享器直接连接到转台解码器。因此在使用控制台软件进行跟踪(雷达引导、图像跟踪)时，应停止使用该摇杆，避免跟踪指令失效。

(1)飞机近场飞行轨迹跟踪系统用于记录雷达模式号及其下属的原始数据，主要完成下列功能：

a)原始雷达信息处理及记录；

b)将雷达信息16进制转十进制后显示在列表中；

c)将雷达信息角度等信息转换成经纬度；

d)为丰控提供索取后的数据(计算好的经纬度及时间)；

e)提供雷达模式号列表，记录所有数据；

f)正推数据的实时显示和时间插值处理

(2)主控机程序用于各种操作的控制，主要完成下列功能：

a)转台经纬度转换为角度；

b)选雷达模式号列表，目标信息显示在列表中；

c)将各操作状态转换为转台识别的信息格式，驱动转台；

d)读取角度和焦距回传数据，并与雷达信息分析计算；

e)将各控制及回传信息送自动跟踪控制单元实施控制；

f)各控制状态故障告警提示；

h)模拟指针表的显示。

5、基于上述理论依据及工作原理，本发明飞机近场飞行轨迹跟踪系统及方法，包括如下步骤：

(1)通过计算机引导摄像装置，实施方位解调初始化指令控制；

(2)实现通过转化的雷达信号控制转台捕获目标；

(3)得到视频信息后，解析处理后转换为图像进行自动跟踪；

(4)跟踪控制判决：如果步骤(3)失败，检查雷达解调的相关信息，如果目标大于10Km且数据连续则转为步骤(2)；如果雷达解调的相关信息不连续或小于10Km则转为手动操控摇杆进行跟踪；

(5)如果步骤(4)摇杆故障时，可应用鼠标或控制球操作跟踪；

(6)全程跟踪过程中，在操作界面上显示目标参数信息。

其中步骤(1)方位解调过程中，通过向转台发送指令，读取转台(转台)的俯仰、水平、镜头等信息，并在解算后以模拟指针表的形式显示在人机操作界面上。转台使用R422接口传输转角和俯仰角的位置信息，格式为16进制编码，指令长度固定为7字节。方位解调系统自动向转台发动查询指令，格式如下表1。转台接收到查询指令后，自动返回当前位置信息，格式如下表2。

在工控主机上，通过R422端口采集到位置信息，进行解码处理。

a)转台经纬度转换为角度；

b)选雷达模式号列表，目标信息显示在列表中；

c)将各操作状态转换为转台识别的信息格式，驱动转台；

d)读取角度和焦距回传数据，并与雷达信息分析计算；

e)将各控制及回传信息送自动跟踪控制单元实施控制；

f)各控制状态故障告警提示；

g)模拟指针表的显示。

制作直观准确的指示控件，实时显示转台的各种位置信息，为跟踪系统提供保障。

其中步骤(2)，实现通过转化的雷达信号控制转台大致捕获目标，采用TCP模式及时响应控制台的需求：

a)通过TCP模式提供服务器端口，并监听来自控制台的指令；

b)收到控制台发送的模式号列表索取指令时，向控制台发送视距内目标模式号列表；

c)根据控制台发送的目标信息索取指令时，向控制台发送所需的目标信息(包括目标经纬度、目标高度和目标速度)。这些信息来自最后一次由雷达数据更新的目标信息；

d)收到控制台发送的目标即时信息索取指令时，向控制台发送通过插值计算得到的即时目标信息，这些信息用于控制台在计算控制速度的参考量。

其中步骤(3)得到视频信息后，按如下工作过程解析处理后转换为图像自动跟踪。

a)截取一帧视频图像，以此为基础，保存预选目标区域；

b)截取下一帧视频图像，比较前后图像中目标区域的差异，计算目标移动幅度；

c)根据目标移动幅度和方向，确定转台的移动方向和速度，用转台解码器的编码协议编码，发送到控制端口(串口1)；

d)重复步骤b)～c)，直到目标逃出镜头范围或转换跟踪模式；

其中步骤(4)，跟踪控制判决：雷达引导、图像跟踪和手动跟踪优先权控制运用如下判决方式：如果步骤(3)图像跟踪失败，检查雷达解调的相关信息，如果大于10Km且数据连续则转为步骤(2)；如果步骤雷达解调的相关信息不连续或小于10Km则转为手动操控摇杆进行跟踪。

其中步骤(5)，如果步骤(3)图像跟踪失败的同时，步骤(4)中摇杆出现故障时，可应用鼠标或控制球操作跟踪；

其中步骤(6)，是全程跟踪过程中，在操作界面上显示目标的重要参数信息。

本发明利用方位解调、雷达引导、图像跟踪、手动控制球操作等技术和方法，实现了飞机近场飞行轨迹跟踪处理，以直观可视化控制方式将近场飞行的飞机姿态、襟付翼、起落架、舵面等工作情况以画面形式实时、连续、稳定地传送给指挥员，有效完成对飞机起飞和着路阶段实施监控，保证飞机的飞行安全，并以图像、参数等形式记录飞机近场飞行轨迹，为科研飞机的试飞提供宝贵的分析数据。

Claims (3)

1.飞机近场飞行轨迹跟踪方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)通过计算机引导摄像装置，实施方位解调初始化指令控制；

(2)实现通过转化的雷达信号控制转台捕获目标；

(3)得到视频信息后，解析处理后转换为图像进行自动跟踪；

(4)跟踪控制判决：如果步骤(3)失败，检查雷达解调的相关信息，如果目标大于10Km且数据连续则转为步骤(2)；如果雷达解调的相关信息不连续或小于10Km则转为手动操控摇杆进行跟踪；

(5)如果步骤(4)摇杆故障时，可应用鼠标或控制球操作跟踪；

(6)全程跟踪过程中，在操作界面上显示目标参数信息。

2.根据权利要求1所述的飞机近场飞行轨迹跟踪方法，其特征在于,步骤(1)中方位解调时，通过向转台发送指令，读取转台的俯仰、水平、镜头信息，并在解析后以模拟指针表的形式显示在人机操作界面上；所述的转台使用422接口传输转角和俯仰角的位置信息，格式为l6进制编码，指令长度固定为7字节；方位解调系统自动向转台发动查询指令，转台接收到查询指令后，自动返回当前位置信息；在工控主机上，通过R422端口采集到转台位置信息后，进行解码处理：具体过程如下：

a)转台经纬度转换为角度；

b)选雷达模式号列表，目标信息显示在列表中；

c)将各操作状态转换为转台识别的信息格式，驱动转台；

d)读取角度和焦距回传数据，并与雷达信息分析计算；

e)将各控制及回传信息送自动跟踪控制单元实施控制；

f)各控制状态故障告警提示；

g)模拟指针表的显示。

3.根据权利要求1所述的飞机近场飞行轨迹跟踪方法，其特征在于，所述的步骤(2)通过转化的雷达信号控制转台大致捕获目标，采用TCP模式及时响应控制台的需求：

其具体过程如下：

a)通过TCP模式提供服务器端口，并监听来自控制台的指令；

b)收到控制台发送的模式号列表索取指令时，向控制台发送雷达视距内目标模式号列表；

c)根据控制台发送的目标信息索取指令时，向控制台发送所需的目标信息，包括目标经纬度、目标高度和目标速度；上述信息选取最后一次由雷达数据更新的目标信息；

d)收到控制台发送的目标即时信息索取指令时，向控制台发送通过插值计算得到的及时目标信息，这些信息用于控制台在计算控制速度的参考量。