CN106291731A - 一种轻型便携式野外全息观测系统装置 - Google Patents

Abstract

一种轻型便携式野外全息观测系统装置由圆形轨道、电动拖车、观测臂以及全自动控制系统软件四部分组成。圆形轨道是由航空铝管制成的可拆解式环形导轨，由内环轨道和外环轨道两部分组成，重量轻，便于野外实验。拖车由电机控制，带动观测臂在圆形轨道上转动，稳定性好。观测臂包括垂直固定杆和可多角度转动的旋转杆，承重大，仪器放置在观测臂末端进行全息观测。全自动控制系统软件可以控制拖车和观测臂按设定的角度和步速进行转动。轻型便携式野外全息观测系统装置配合载荷观测仪器可以获取不同方位角和天顶角的全息观测数据。

Description

一种轻型便携式野外全息观测系统装置

技术领域

本发明涉及一种轻型便携式野外全息观测系统装置，可实现全自动采集和存储不同观测天顶角和方位角条件下的观测值，配合不同的光学载荷仪器，可以获取目标地物在不同观测角度条件下的光学特征，可在地表参数反演建模与验证中发挥重要作用。

背景技术

众所周知，地球表面的自然目标大部分表现为各向异性。地物表面各组分的光学特征及光照遮荫比例空间分布的差异，使得地物目标都具有独特的各向异性特征。各向异性反射（或热辐射）是自然界中物体对电磁波反射的基本宏观现象，地表各向异性特征一般通过二向反射分布函数（Bidirectional reflectance distribution function，BRDF）来表征。准确地获取此特征对于认识地物光谱特性、研究辐射与地表相互作用机制、分析遥感影像、建立并验证BRDF模型等均起着关键性的作用。

传统的单一方向遥感测量只能得到地面目标一个方向上的投影，缺乏足够的信息来同时推断一个像元的主要材料波谱和空间结构，从而使定量遥感非常困难。与单一方向遥感测量相比，多角度观测通过对地面固定目标多个方向的观察，使得对目标的观测信息得以丰富，因而有希望从中提取比单一方向观测更为详细可靠的地面目标的三维空间结构参数，为定量遥感提供新的途径。

多角度测量是获取地表各向异性反射和热辐射模式的主要方法之一。然而，在多角度测量中，当观测角度发生变化时，仪器观测到的地物也随之发生变化，导致了观测数据的非一致性，严重限制了遥感辐射传输的机理研究。如何设计一种便携式的适用于野外不同下垫面的全息观测系统装置，在观测角度发生变化的情况下，保证测量仪器观测到的仍然是同一地物，这是本发明的主要出发点之一。

目前尚未有相关文献报道。

发明内容

针对上述现有观测实验中改变观测角度会改变观测地物的问题，本发明的目的是设计一种轻型便携式野外全息观测系统装置，能够保证观测仪器在不同天顶角和方位角条件下观测到的是同一地物，从而实现不同观测角度条件下观测仪器测量数据的一致性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种轻型便携式野外全息观测系统装置，其特征在于：包括圆形轨道、电动拖车和观测臂，其中：

所述的圆形轨道负责提供拖车环形运动的轨道，由航空铝管制成，由内环轨道和外环轨道两部分组成。铝管壁厚1mm，直径32mm。为保证拖车运动的稳定性，内外轨道之间的距离达630mm，内轨直径为2m。

所述的电动拖车由四个橡胶轮组支撑，内外轨道均有两个轮组，平衡性好，轮组运动平滑，噪声小。拖车由电机控制运动，可双向运动，转动速度和角度均可控制。

所述观测臂包括固定杆和旋转杆，由航空铝管制成，通过调整滑套安装在拖车上，可调整高度。固定杆和旋转杆在直角处均有斜杆辅助稳定。

所述的全自动控制系统软件安装在笔记本上，用于给电机发送指令，实现远程无线控制拖车和旋转臂的转动。

所述的电动拖车底板位于滚轮之上，底板上放置电瓶箱，给电机供电，并可使整个扫描系统重心降低，提高稳定性。

所述的电动拖车沿内轨两个轮组垂直向上设置有两根垂直滑杆，高度1030mm，并用两根斜梁辅助固定以增加承重力。垂直滑杆上有调整滑套，可以上下调整高度。

所述的固定杆和旋转杆均通过卡扣固定在调整滑套上，随着拖车一起转动。

所述的旋转杆转动受电机控制，左右在天顶方向转动角度范围均为0-90度，电机安装在调整滑套上。

所述的电瓶箱在充满电情况下，可保证系统连续运动7个小时。

所述的内外轨均由8节圆弧导轨组成，安装后成360°圆形轨道。

所述的圆形轨道各节导轨之间连接方式为子母口式，通过卡扣固定，可徒手拆解，安装方便。

所述的圆形轨道可根据需求任意增减连接的轨道节数，在非完整圆形轨道下，系统能正常运行。

所述圆形轨道各节导轨下方有塑胶垫脚，防止轨道变形。

所述的调整滑套由黑色铁板制成，上下调整的范围是900mm，通过卡扣锁紧在垂直滑杆上。

所述的电机属于 86步进电机驱动，10比1的减速比，推力大。

所述的电机内置减速箱，能在拖车和旋转臂运动接近终点前，对拖车和旋转臂进行减速，准确到达指定位置。

所述的电动拖车和旋转杆可由笔记本远程模式控制运动，无线数字模块传输，在中间无墙体障碍物情况下传输距离可达30米，由友好交互的软件来设定电动旋转台旋转的角度和步速。

所述的电动拖车和旋转杆转动角度的分辨率为1°，运动坐标由电机记录，重复定位精度优于0.005°。

所述的观测臂中固定杆高度为1125mm，旋转杆高度为1000mm，外伸长度均为1000mm。

所述的全自动控制系统软件安装在笔记本上，可以远程模式控制拖车和旋转臂，并设置转动的角度和步速，通过无线数字模块传输，在中间无墙体障碍物情况下传输距离可达30米。

所述的全自动控制系统软件可以按照需求编写自动观测方案，通过系统软件不断发送指令，实现全自动观测。

附图说明

图1是本发明的总体设计框图

图2是本发明的全息观测系统示意图

图3是本发明中圆形轨道示意图

图4是本发明电动拖车示意图

图5是本发明中观测臂示意图

附图中：1. 圆形轨道，2. 拖车，3. 观测臂，4. 内环轨，5. 外环轨，6. 导轨横梁，7. 滑轮组，8. 拖车底板，9. 垂直滑杆，10. 斜梁，11.卡扣，12. 电瓶箱，13. 拖车电机，14. 减速箱，15. 固定观测臂，16. 旋转观测臂，17. 二通固定卡扣，18. 调整滑套，19. 转臂电机，20.固定圆盘。

具体实施方式

利用轻型便携式野外全息观测系统装置进行多角度全息测量的具体步骤为：

（1）如图3中，先将各节圆形轨道1通过子母扣连接起来，再用导轨横梁6将内环轨4和外环轨5锁紧固定。轨道1需放置在平整的地表上，并将轨道1中心对准待测的目标地物；

（2）如图4中，将内环轨4上的滑轮组7与外环轨5上的滑轮组7通过螺丝拧紧组成拖车2的底座，将电瓶箱12放置在拖车底板8上，并用螺丝固定。为了保证系统重心稳定，电瓶箱12一般放置在外环轨处，因为观测臂3部分的重力主要集中在内环轨4处。将两根垂直滑杆9固定在拖车底板8上，用卡扣锁紧。再通过两根斜梁10分别连接两根垂直滑杆9顶点和拖车底板8，用卡扣11锁紧，帮助固定垂直滑杆9；

（3）将调整滑套18安装在两根垂直滑杆9之间，调整好高度，并保证滑套左右两端处于同一水平线，用卡扣11锁紧；

（4）如图5中，将固定观测臂15装在调整滑套18的背面，利用卡扣11将固定观测臂15下端与圆盘20进行组合，将圆盘20上的六个螺孔与调整滑套18对准，用螺丝固定，此时固定观测臂15会处于垂直状态；

（5）将旋转观测臂16装在调整滑套18前面的旋转头上，将旋转观测臂16与圆盘20组合，再通过六个螺丝固定在旋转头上，调整滑套18上有控制旋转头转动的转臂电机19，带动旋转臂16转动；

（6）分别将控制拖车2的拖车电机13和控制旋转臂16的转臂电机19与电瓶箱12连接通电，连接时必须按指定的接口连接，否则控制指令就会发送错误；

（7）将观测仪器分别放置在固定杆15和旋转杆16的末端，利用螺丝或者绑带将其固定在观测臂3上，保证仪器安装稳定，不能松动；

（8）调整滑套18的高度和观测臂3的高度，保证观测仪器在不同角度下均对准轨道1的中心位置；

（9）利用笔记本上安装的全自动控制软件系统，对拖车2和旋转摆臂16的运动进行控制。设置好系统各项参数，将写好的全自动运行方案加载到系统中运行；

（10）拖车2和旋转臂16每运动一次，会停顿一定的时间，根据不同的观测仪器，设置停顿时间，保证仪器有充足的时间采集数据。

本发明未详细阐述部分属于本领域技术人员的公知技术。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种轻型便携式野外全息观测系统装置，其特征在于：包括圆形轨道、电动拖车、观测臂以及全自动控制系统软件，其中：

所述的圆形轨道负责提供拖车环形运动的轨道，由航空铝管制成，由内环轨道和外环轨道两部分组成；铝管壁厚1mm，直径32mm；为保证拖车运动的稳定性，内外轨道之间的距离为600mm，内轨直径为2m；

所述的电动拖车由四个橡胶轮组支撑，内外轨道均有两个轮组，平衡性好，轮组运动平滑，噪声小；拖车由电机控制运动，可双向运动，转动速度和角度均可控制；

所述观测臂包括固定杆和旋转杆，由航空铝管制成，通过调整滑套安装在拖车上，可调整高度；固定杆和旋转杆在直角处均有斜杆辅助稳定；

所述的全自动控制系统软件安装在笔记本上，用于给电机发送指令，可实现无线远程控制拖车和旋转臂的运动。

2.根据权利要求1所述的电动拖车，其特征在于：拖车底板位于滚轮之上，底板上放置电瓶箱，给电机供电，并可使整个扫描系统重心降低，提高稳定性。

3.根据权利要求1所述的电动拖车，其特征在于：沿内轨两个轮组垂直向上有两根垂直滑杆，高度1030mm，并用两根斜梁辅助固定增加承重力；垂直滑杆上有调整滑套，可上下调整高度。

4.根据权利要求1所述的观测臂，其特征在于：固定杆和旋转杆均通过卡扣固定在调整滑套上，随着拖车转动。

5.根据权利要求1所述的旋转杆，其特征在于：转动受电机控制，左右天顶方向转动角度范围为0-90度，电机安装在调整滑套上。

6.根据权利要求2所述的电瓶箱，其特征在于：在充满电情况下，可保证系统装置连续运动7小时。

7.根据权利要求1所述的圆形轨道，其特征在于：内外轨均由8节圆弧导轨组成，成360°圆形轨道。

8.根据权利要求1所述的圆形轨道，其特征在于：各节导轨之间连接方式为子母口式，通过卡扣固定，可徒手拆解，安装方便。

9.根据权利要求1所述的圆形轨道，其特征在于：各节导轨下方有塑胶垫脚，防止轨道变形。

10.根据权利要求1所述的调整滑套，其特征在于：由黑色铁板制成，上下调整的范围是900mm，通过卡扣锁紧在垂直滑杆上。

11.根据权利要求1所述的电机，其特征在于：86步进电机驱动，10比1的减速比，推力大。

12.根据权利要求1所述的电动拖车和旋转杆，其特征在于：转动角度的分辨率为1°，运动坐标由电机记录，重复定位精度优于0.005°。

13.根据权利要求1所述的观测臂，其特征在于：固定杆高度为1125mm，旋转杆高度为1000mm，外伸长度均为1000mm。

14.根据权利要求1所述的全自动控制系统软件，其特征在于：安装在笔记本上，可通过无线远程模式控制拖车和旋转臂，并设置转动的角度和步速，无线数字传输可在中间无墙体障碍物情况下传输距离达30米。

15.根据权利要求1所述的全自动控制系统软件，其特征在于：可按照需求编写自动观测方案，通过系统控制软件不断发送指令，实现全自动全息观测。