CN105959630A - 基于远距离光电摄像的飞机姿态近距离观测系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于远距离光电摄像的飞机姿态近距离观测系统和方法，属于飞机平显校准技术领域。本发明利用遥控器操控安放在飞机机头顶端侧前方25~30米处的光电水平跟踪仪，跟踪仪在将飞机姿态拍摄下来形成视频信号后，通过数据传输技术把飞机姿态视频信号传送到千斤顶调节人员近前的显示器上，使调节人员可以近距离直接观察飞机姿态，从而在利用千斤顶调节飞机姿态时更具有全局性和趋向性，当在显示器上观察到的机头和机尾处的靶尺的刻度相同并且左右机翼处的靶尺的刻度相同时，即认为飞机处于整体水平状态。本发明克服了传统飞机平显校准方法中千斤顶调节人员无法直接观测飞机姿态的弊端，提高了飞机平显校准工作的效率。

Description

基于远距离光电摄像的飞机姿态近距离观测系统与方法

技术领域

本发明属于飞机平显校准自动化领域，涉及基于远距离光电摄像的飞机姿态近距离观测系统与方法。

背景技术

在传统的飞机平显校准方法中，飞机姿态观测和调节工作由观测人员和调节人员借助于3个千斤顶、靶尺和水准仪等设备协作完成，其中，千斤顶被分别放置于机头、左右机翼下方指定的位置，用来调节飞机的姿态；靶尺被分别放置于机头、机尾、左右机翼下方指定的位置，用来标志飞机的姿态；水准仪被放置于飞机机头顶端侧前方25～30米处，用来观测靶尺的刻度。在实际工作时，观测人员通过水准仪目视观察各个靶尺的刻度来掌握飞机的整体姿态，而千斤顶调节人员却无法观察到飞机的姿态，后者完全依赖于前者的指挥来调节各个千斤顶，两者之间距离较远，需要反复的语言沟通和调节才能使飞机姿态最终达到水平状态，整个工作过程效率较低。

发明内容

本发明的目的是针对传统方法中千斤顶调节人员无法直接观察飞机姿态的弊端，提出了一种基于远距离光电摄像的飞机姿态近距离观测系统和方法，利用所提出的系统和方法能够使千斤顶调节人员近距离直接观察飞机整体姿态，从而在调节飞机姿态时具有全局性和趋向性，可省去传统方法中的飞机姿态观测人员，节省了人力的同时提高了飞机姿态观察和调节工作的效率。

本发明的基本原理是根据飞机平显校准技术的要求，采用光电摄像技术在离飞机较远距离处采集飞机姿态视频，再通过数据传输技术和视频显示技术将飞机姿态视频呈现在千斤顶调节人员眼前，使调节人员可以近距离直接目视观察飞机姿态并对飞机姿态进行调节，当调节人员观察到机头与机尾处的靶尺的刻度相同并且左右机翼处的靶尺的刻度相同时，即认为飞机处于整体水平状态。

本发明提出一种基于远距离光电摄像的飞机姿态近距离观测系统，具体包括光电水平跟踪仪、显示器和遥控器。

所述光电水平跟踪仪由摄像装置、转台、数据传输装置组成：摄像装置水平安装在转台上，用来采集飞机姿态视频；转台依据遥控器发出的控制指令自动调节摄像装置的光轴指向；数据传输装置用来实时向显示器传输摄像装置采集的飞机姿态视频和接收遥控器发出的控制指令；

显示器用来实时接收并显示光电水平跟踪仪传输过来的飞机姿态视频；

遥控器用来向光电水平跟踪仪发送控制指令。

优选的，所述摄像装置为一台带长焦距镜头的摄像机，摄像机能够分辨30米处0.5毫米的刻度。

优选的，所述转台底部装有转台升降与旋转控制器，控制器通过控制转台的垂直升降与水平旋转来调整摄像装置光轴的高度与方向。

优选的，所述数据传输装置包括视频信号发射装置和指令信号接收装置，前者用来向显示器实时传输视频数据，后者用来接收来自遥控器的控制指令。

优选的，所述显示器装有视频信号接收装置，用来实时接收光电水平跟踪仪传输过来的视频，显示器的显示屏分为左上、右上、左下、右下四个显示区域，每个区域都可以用来显示显示器接收到的视频。

优选的，所述遥控器装有指令信号发射装置，用来向光电水平跟踪仪发送控制指令以调节光电水平跟踪仪摄像光轴的指向。

本发明提出一种基于远距离光电摄像的飞机姿态近距离观测方法，包括如下步骤：

1)依据传统的飞机平显校准方法的要求和规范安放好标准靶尺和千斤顶；

2)在飞机机头顶端侧前方25～30米处安放好光电水平跟踪仪；

3)启动并调试好光电水平跟踪仪、遥控器和显示器；

4)通过遥控器调节光电水平跟踪仪的光轴依次对准飞机机头、机尾、左右机翼四个测量点处的靶尺进行拍摄，完成飞机姿态的初始扫描，显示器的左上、右上、左下、右下四个显示区域依次显示四个测量点处的靶尺的视频；

5)通过遥控器调节光电水平跟踪仪的光轴对准飞机机头处的靶尺，依据显示器左上方和右上方显示区域的靶尺视频中机头、机尾处靶尺刻度的差值，调节机头处的千斤顶，当显示器中机头处靶尺的刻度与机尾处靶尺的刻度相同时，不再调节机头处的千斤顶，此时飞机前后达到水平状态；

6)通过遥控器调节光电水平跟踪仪的光轴对准飞机左侧机翼处的靶尺，依据显示器左下方和右下方显示区域的靶尺视频中左右机翼处靶尺刻度的差值，调节左侧机翼处的千斤顶，当显示器中左侧机翼处靶尺的刻度与右侧机翼处靶尺的刻度相同时，不再调节左侧机翼处的千斤顶，此时飞机达到左右水平状态；

7)观察显示器中机头处靶尺的刻度与机尾处靶尺的刻度是否相同，以及左侧机翼处靶尺的刻度与右侧机翼处靶尺的刻度是否相同，如果有不同的情况，则需要重复步骤5)～步骤6)；如果都相同，则认为飞机处于整体水平状态，飞机姿态观测和调节工作结束。

本发明的意义在于：借助于光电摄像技术、视频显示技术和数据传输技术，把远距离拍摄的飞机姿态视频传输到显示器上，千斤顶调节人员通过显示器可以近距离直观观察飞机的整体姿态，节省了人力，提高了飞机姿态观测和调节工作的效率，可用于军用飞机武器校靶、民用飞机平显及其它设备校准。

附图说明

图1为依据本发明所设计的基于远距离光电摄像的飞机姿态近距离观测方法的场景示意图。图1中：1为机头下方靶尺；2为机尾下方靶尺；3、4分别为左右机翼下方靶尺；5为机头下方千斤顶；6、7分别为左右机翼下方千斤顶；8为显示器；9为光电水平跟踪仪；10为遥控器；11为光电水平跟踪仪与显示器之间的数据传输线路；12为光电水平跟踪仪与遥控器之间的数据传输线路。

图2为依据本发明所设计的显示器的示意图。图2中：13、14、15、16分别为显示器中显示屏的左上方区域、右上方区域、左下方区域、右下方区域。

图3为依据本发明所设计的光电水平跟踪仪的示意图。图3中：17为摄像装置；18为转台；19为数据传输装置；20为转台升降与旋转控制器。

图4为依据本发明所设计的基于远距离光电摄像的飞机姿态近距离观测系统的总体结构框图。

具体实施方式

本发明的技术方案是采用光电水平跟踪仪、遥控器和显示器各一台组成基于远距离光电摄像的飞机姿态近距离观测系统。

a)光电水平跟踪仪由摄像装置、转台、数据传输装置组成：

摄像装置为视频采集模块，内置CCD摄像机，CCD传感器的分辨率高于1024×1024，要求能够分辨30米处0.5毫米的刻度，帧频为30fps，摄像装置采用长焦距镜头，具有自动变焦功能。摄像装置能够将外部视频信号经过视频采集A/D芯片数字化，并对每帧图像进行图像增强处理，生成AVI视频；

数据传输装置包括无线视频信号发射器，能够将视频通过WIFI无损压缩技术传输到显示端，可用来远距离向显示器实时传送光电水平跟踪仪采集的视频，另外，其还包括无线指令信号接收器，接收器为红外信号接收器，载波频率为36kHz，可以实时接收来自遥控器的控制指令；

转台为控制模块，在其上方水平安置摄像装置，转台底部装有转台升降和旋转控制器，在光电水平跟踪仪解析出接收到的遥控器指令中相应按键的码值后，控制器会执行遥控器上相应按键的功能，通过控制转台的垂直升降和水平旋转调节摄像装置光轴的高度和方向。

b)显示器为可移动装置，可安放在支架上，显示器内置无线视频信号接收器，用以接收光电水平跟踪仪传送过来的视频数据；显示器内置存储器，能够存储显示器正在显示的内容，以保证在无更新数据时，显示器仍然保持其显示的内容不变。显示器利用3D图形加速卡，采用软解压的方式将视频数据解压缩还原，并采用SDRAM来缓存视频图像数据。显示器系统包括电源、场脉冲、行脉冲、像素脉冲、8位的RGB数据线，视频图像通过VGA接口用显示屏显示，显示屏的分辨率为1024×1024，刷新频率为60Hz。

显示器作为视觉图像交互的载体，其显示屏分为4个显示区域，每个区域既可以实时显示光电水平跟踪仪拍摄的视频，也可以显示存储在显示器中的光电水平跟踪仪拍摄的视频。

显示器上供设计了7个功能按键，代表了显示器所拥有的控制功能，分别为启动键(启动显示器)、关闭键(关闭显示器)、存储键(按下存储键可以将当前显示区域中看到的视频存储到存储器中)、切换键(按下切换键可以在显示屏上切换显示区域)、播放键(按下播放键可以播放存储的视频)、暂停键(按下暂停键可以使当前显示区域播放的视频暂停播放，整个画面冻结)、清零键(按下清零键可以将当前显示器中的所有视频数据删除)。

c)遥控器为一个可移动装置，操作人员可手持，也可放在口袋中。遥控器装有红外信号发射器，载波频率为36kHz，可以利用功能按键向光电水平跟踪仪发送调节指令，从而调节光电水平跟踪仪摄像光轴的指向。

遥控器上共设计了6个功能按键，代表了遥控器所拥有的控制功能，分别为启动键(启动遥控器)、关闭键(关闭遥控器)、左转键(按下左转键可以控制光电水平跟踪仪摄像镜头左转)、右转键(按下右转键可以控制光电水平跟踪仪摄像镜头右转)、上升键(按下上升键可以升高光电水平跟踪仪摄像镜头高度)、下降键(按下下降键可以降低光电水平跟踪仪摄像镜头高度)。

严格按照飞机平显校准技术的要求和规范，借助于上述的飞机姿态观测系统，本发明的具体实施步骤如下：

1)前期准备：依据传统飞机平显校准方法，准备并安置好4把标准靶尺和3个千斤顶；

2)目测调平：通过调节机头、左右机翼下方指定位置处的千斤顶，使飞机的姿态达到目测水平状态；

3)安放光电水平跟踪仪：在距飞机机头顶端侧前方25～30米处安放好光电水平跟踪仪，确保可以同时目视观察到4把靶尺；

4)设备初始化：接好电源、启动并调试好光电水平跟踪仪、显示器和遥控器；

5)飞机姿态初始扫描：把遥控器和显示器移放在机头位置处的千斤顶附近，通过遥控器操控光电水平跟踪仪中的转台升降和旋转控制器，首先调节摄像装置的光轴对准飞机机头处的靶尺，此时显示器左上方区域显示机头处靶尺的视频；然后调节摄像装置的光轴对准飞机机尾处的靶尺，此时显示器右上方区域显示机头处靶尺的视频；再调节摄像装置的光轴对准飞机左侧机翼处的靶尺，此时显示器左下方区域显示左侧机翼处靶尺的视频；最后调节摄像装置的光轴对准飞机右侧机翼处的靶尺，此时显示器右下方区域显示右侧机翼处靶尺的视频；

6)飞机前后(纵向)水平调节：通过遥控器调节摄像装置的光轴对准飞机机头处的靶尺，依据显示器左上方和右上方显示区域的靶尺视频中机头、机尾处靶尺刻度的差值，调节机头处的千斤顶，当显示器中机头处靶尺的刻度与机尾处靶尺的刻度相同时，不再调节机头处的千斤顶，认为飞机前后达到水平状态；

7)飞机左右(横向)水平调节：把遥控器和显示器移放在左侧机翼位置处的千斤顶附近，通过遥控器调节摄像装置的光轴对准飞机左侧机翼处的靶尺，依据显示器左下方和右下方显示区域的靶尺视频中左右机翼处靶尺刻度的差值，调节左侧机翼处的千斤顶，当显示器中右侧机翼处靶尺的刻度与左侧机翼处靶尺的刻度相同时，不再调节左侧机翼处的千斤顶，认为飞机左右达到水平状态；

8)飞机整体水平状态调节：观察显示器中机头处靶尺的刻度与机尾处靶尺的刻度是否相同，以及左侧机翼处靶尺的刻度与右侧机翼处靶尺的刻度是否相同，如果有不同的情况，则需要重复步骤6)～步骤7)；如果都相同，则认为飞机处于整体水平状态，飞机姿态观测和调节工作结束。

Claims (7)

1.一种基于远距离光电摄像的飞机姿态近距离观测系统，包括光电水平跟踪仪、显示器和遥控器，其特征在于：

所述光电水平跟踪仪由摄像装置、转台、数据传输装置组成：摄像装置水平安装在转台上，用来采集飞机姿态视频；转台依据遥控器发出的控制指令自动调节摄像装置的光轴指向；数据传输装置用来实时向显示器传输摄像装置采集的飞机姿态视频和接收遥控器发出的控制指令；

所述显示器用来实时接收并显示光电水平跟踪仪传输过来的飞机姿态视频；

所述遥控器用来向光电水平跟踪仪发送控制指令。

2.根据权利要求1所述的基于远距离光电摄像的飞机姿态近距离观测系统，其特征在于：所述摄像装置为一台带长焦距镜头的摄像机，摄像机能够分辨30米处0.5毫米的刻度。

3.根据权利要求1所述的基于远距离光电摄像的飞机姿态近距离观测系统，其特征在于：所述转台的底部装有升降与旋转控制器，控制器通过控制转台的垂直升降与水平旋转来调整摄像装置光轴的高度与方向。

4.根据权利要求1所述的基于远距离光电摄像的飞机姿态近距离观测系统，其特征在于：所述数据传输装置包括视频信号发射装置和指令信号接收装置，前者用来向显示器实时传输视频数据，后者用来接收来自遥控器的控制指令。

5.根据权利要求1所述的基于远距离光电摄像的飞机姿态近距离观测系统，其特征在于：所述显示器装有视频信号接收装置，用来实时接收光电水平跟踪仪传输过来的视频，显示器的显示屏分为左上、右上、左下、右下四个显示区域，每个区域都可以用来显示显示器接收到的视频。

6.根据权利要求1所述的基于远距离光电摄像的飞机姿态近距离观测系统，其特征在于：所述的遥控器装有指令信号发射装置，用来向光电水平跟踪仪发送控制指令以调节光电水平跟踪仪摄像光轴的指向。

7.一种基于远距离光电摄像的飞机姿态近距离观测方法，其特征在于包括如下步骤：

1)依据传统的飞机平显校准方法的要求和规范安放好标准靶尺和千斤顶；

2)在飞机机头顶端侧前方25～30米处安放好光电水平跟踪仪；

3)启动并调试好光电水平跟踪仪、遥控器和显示器；

4)通过遥控器调节光电水平跟踪仪的光轴依次对准飞机机头、机尾、左右机翼四个测量点处的靶尺进行拍摄，完成飞机姿态的初始扫描，显示器的左上、右上、左下、右下四个显示区域依次显示四个测量点处的靶尺的视频；

5)通过遥控器调节光电水平跟踪仪的光轴对准飞机机头处的靶尺，依据显示器左上方和右上方显示区域的靶尺视频中机头、机尾处靶尺刻度的差值，调节机头处的千斤顶，当显示器中机头处靶尺的刻度与机尾处靶尺的刻度相同时，不再调节机头处的千斤顶，此时飞机前后达到水平状态；

6)通过遥控器调节光电水平跟踪仪的光轴对准飞机左侧机翼处的靶尺，依据显示器左下方和右下方显示区域的靶尺视频中左右机翼处靶尺刻度的差值，调节左侧机翼处的千斤顶，当显示器中左侧机翼处靶尺的刻度与右侧机翼处靶尺的刻度相同时，不再调节左侧机翼处的千斤顶，此时飞机达到左右水平状态；

7)观察显示器中机头处靶尺的刻度与机尾处靶尺的刻度是否相同，以及左侧机翼处靶尺的刻度与右侧机翼处靶尺的刻度是否相同，如果有不同的情况，则需要重复步骤5)～步骤6)；如果都相同，则认为飞机处于整体水平状态，飞机姿态观测和调节工作结束。