CN107031855B - 一种激光通信终端在飞行器上的安装调节系统及使用方法 - Google Patents

一种激光通信终端在飞行器上的安装调节系统及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明为一种激光通信终端在飞行器上的安装调节系统及使用方法，激光通信终端安装于云台并控制云台，图像传感模块与激光通信终端的光轴平行、固定于激光通信终端，图像传感模块接入计算机，计算机连接激光通信终端。其使用方法为：激光通信终端精准定位后，其图像传感模块捕获参考目标图像存储于计算机为标准图像。终端重新安装后图像传感模块再次捕获参考目标当前图像，传递到计算机比较分析当前图像和标准图像，计算二者相对误差值即终端装机误差值，终端据当前装机误差值，控制云台校正终端姿态误差；重复调整完成终端准确安装。本发明终端重装后自动进行姿态精确调节，实现即插即用；装机完成后图像传感模块即可撤离，不增加飞行器重量。

Description

一种激光通信终端在飞行器上的安装调节系统及使用方法
技术领域
本发明涉及飞行器上的激光通信终端的安装技术，具体为一种激光通信终端在飞行器上的安装调节系统及使用方法。
背景技术
激光通信终端是飞行器进行通信的重要设备。飞行器要执行不同的飞行任务，机载激光通信终端不可能一直固定装配在飞行器上，所以需要反复拆卸和重装。飞行器上有连接激光通信终端的固定安装接口，激光通信终端连接在这个固定安装接口上、与飞行器运行平台连接。连接后需要利用飞行器运行平台上的姿态传感器来确定姿态绝对值，即将飞行器姿态作为一个参考坐标，调整激光通信终端的位置。目前常用做法是先将激光通信终端连接于飞行器的固定安装接口，飞行前在地面利用各类设备仪器根据飞行器的姿态绝对值对激光通信终端的位置进行精确调节，使得激光通信终端与飞行器的装机误差尽可能小。这种激光通信终端的安装调节方式要在飞行器上进行，且耗时长、操作复杂、不利于激光通信终端在飞行器上的频繁拆装。
发明内容
本发明的目的是克服传统技术及方法的不足和缺点，提出一种激光通信终端在飞行器上的安装调节系统，激光通信终端安装于云台并控制云台，图像传感模块固定于激光通信终端，图像传感模块的数据信号线接入计算机的输入端，计算机输出的控制信号线接入激光通信终端。
本发明的另一目的是提出上述激光通信终端在飞行器上的安装调节系统的使用方法，先在激光通信终端精准定位后，获取参考目标的标志位图像作为标准图像，当激光通信终端重新安装后，图像传感模块自动捕获参考目标标志位当前图像，并传递到计算机，计算机比较分析当前图像和标准图像得到当前装机误差值，送入激光通信终端根据当前装机误差值解算得激光通信终端位置调节控制量，控制云台调整激光通信终端的姿态。重复进行图像获取比较求得误差并调节终端姿态，直至激光通信终端精准定位。利用机器视觉，自动完成激光通信终端的姿态调节，实现了激光通信终端的即插即用。
本发明设计的一种激光通信终端在飞行器上的安装调节系统，所述飞行器配有操控系统，其上有与激光通信终端相配合的固定安装接口，激光通信终端安装于云台并控制云台，云台固定安装于飞行器上。本系统还配有图像传感模块和计算机，所述图像传感模块与激光通信终端的光轴平行、固定于激光通信终端，确保图像传感模块与激光通信终端的相对位置稳固无变化，图像传感模块的数据信号线接入计算机的输入端，计算机输出的控制信号线接入激光通信终端。
所述图像传感模块为相邻像素点中心的距离小于或等于10μm的CCD相机，该CCD相机可见光识别精度达到亚像素，即满足2μm识别精度。
所述图像传感模块与激光通信终端的光轴平行度小于或等于1μrad。
所述图像传感模块固定于激光通信终端外壳。
本发明设计的一种激光通信终端在飞行器上的安装调节系统的使用方法包括如下步骤：
Ⅰ、存储标准图像
激光通信终端连接到飞行器的固定安装接口上，所述激光通信终端的光轴与其上固定安装的图像传感模块的光轴平行；该激光通信终端精准定位调试完成后，用其图像传感模块捕获参考目标的标志位图像，并将其图像存储于计算机作为标准图像；所述参考目标为飞行器上位置固定的参考物，如机翼、机腹或机尾等，参考目标的标志位为所确定的参考目标上的某个特定位置，如机翼的翼尖、机腹的起落架左轮或机尾的左侧尾翼等某个易于确定的特殊位置；
激光通信终端第一次安装于飞行器上，利用飞行器运行平台上的姿态传感器确定姿态绝对值，据此利用云台调整激光通信终端的位置姿态，使激光通信终端的姿态与飞行器完全一致，即精准定位；
Ⅱ、捕获参考目标的标志位当前图像
确定所述激光通信终端与其上的图像传感模块的光轴平行，将激光通信终端重新安装连接到飞行器上的固定安装接口上，所述图像传感模块自动再次捕获步骤Ⅰ选定的参考目标标志位的当前图像；
Ⅲ、图像的采集和传递
所述图像传感模块采集当前图像数据，并将该图像数据传递到计算机存储；
Ⅳ、当前图像和标准图像的比较分析
计算机将步骤Ⅲ得到的当前图像与步骤Ⅰ获得的标准图像相比较分析，计算当前图像与标准图像的相对误差值，因图像传感模块与激光通信终端的光轴平行，故所得当前图像与标准图像的相对误差值即为当前激光通信终端装机误差值，计算机将该当前装机误差值传给所述激光通信终端；
本步骤使用经典的边缘检测算法识别图像标志位的定位点，采用成熟的roberts算子检测当前图像与标准图像的相对误差值；
Ⅴ、位置校正
所述激光通信终端中的指向坐标运算器根据步骤Ⅳ的当前装机误差值，对其图像传感模块的视轴指向角度进行解算，得到当前本激光通信终端位置调节控制量，并传递到云台控制端，控制云台的俯仰和方位角变化，从而控制调整激光通信终端的姿态，校正激光通信终端的姿态误差；
Ⅵ、完成激光通信终端姿态调整
自动重复步骤Ⅱ～Ⅴ，调整所述激光通信终端位置，直至步骤Ⅳ所得的当前装机误差值小于误差阈值说明参考目标的标志位当前图像与标准图像重合，完成激光通信终端准确安装。
根据不同的飞行器、不同的装机精度、飞行器间距及飞行环境等条件，所要求的装机误差值不同，即二图像的重合度误差不同。飞行器的操控系统根据实际飞行作业情况，自动生成误差阈值。
激光通信终端准确调节完成后，即可拆除其上固定的图像传感模块，不增加飞行器重量。激光通信终端下次使用前，重新固定安装图像传感模块，并调节使二者光轴平行。
与现有技术相比，本发明一种激光通信终端在飞行器上的安装调节系统及使用方法的优点为：1、只需要在实验室装调图像传感模块与激光通信终端使二者光轴平行，之后固定图像传感模块于激光通信终端，即可基于机器视觉实现飞行器上激光通信终端的自动快速装配，激光通信终端重新安装时无需再借助飞行器平台上的姿态传感器来确定姿态绝对值，激光通信终端每次重装后就开始自动进行姿态调节，将姿态绝对值的确定与调节，转换为CCD相机中图像的识别比较，自动完成姿态的精确调节，所需时间仅为以前终端重安装时的调整时间的三分之一，实现了激光通信终端的即插即用；2、使用经典的边缘检测算法识别图像中标志位的定位点，采用基于成熟的roberts算子的方法进行检测，可迅速准确地得到当前装机误差值；3、装机误差值识别准确，可见光范围图像位置识别精度可以达到亚像素级，最小可达2μm左右，图像传感模块只需配以200mm以上的成像焦距，即可实现10μrad以内的最高识别精度；4、激光通信终端装机调节完成后，即可拆除图像传感模块，不会增加飞行器重量，影响飞行功耗。
附图说明
图1为本激光通信终端在飞行器上的安装调节系统实施例结构示意图。
图2为本激光通信终端在飞行器上的安装调节系统的使用方法实施例流程图；
图3为本激光通信终端在飞行器上的安装调节系统的使用方法实施例步骤Ⅳ中当前图像和标准图像的比较分析示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明做进一步的详细说明。
激光通信终端在飞行器上的安装调节系统实施例
本激光通信终端在飞行器上的安装调节系统实施例如图1所示，飞行器配有操控系统，其上有与激光通信终端相配合的固定安装接口，激光通信终端安装于云台并控制云台，云台固定安装于飞行器上。本例图像传感模块与激光通信终端的光轴平行、固定于激光通信终端外壳，本例图像传感模块与激光通信终端的光轴平行度小于或等于1μrad。图像传感模块的数据信号线接入计算机的输入端，计算机输出的控制信号线接入激光通信终端。
本例图像传感模块为相邻像素点中心的距离为为10μm的的CCD相机。激光通信终端在飞行器上的安装调节系统的使用方法实施例
本激光通信终端在飞行器上的安装调节系统的使用方法实施例，即在上述激光通信终端在飞行器上的安装调节系统的实施例上实施，本方法流程如图2所示，包括如下步骤：
Ⅰ、存储标准图像
激光通信终端第一次安装于飞行器上，该激光通信终端的光轴与其上固定安装的图像传感模块的光轴平行，该激光通信终端连接到飞行器的固定安装接口上，利用飞行器运行平台上的姿态传感器确定姿态绝对值，据此利用云台调整激光通信终端的位置姿态，使激光通信终端的姿态与飞行器完全一致，即精准定位；
激光通信终端精准定位调试完成后，用固定于其上的图像传感模块捕获参考目标的标志位图像，并将其图像存储于计算机作为标准图像；本例参考目标的标志位为飞行器的左机翼的翼尖；
Ⅱ、捕获参考目标的标志位当前图像
确定激光通信终端和图像传感模块的光轴平行，将激光通信终端重新安装连接到飞行器上的固定安装接口上，固定于激光通信终端的图像传感模块自动再次捕获步骤Ⅰ选定的飞行器的左机翼翼尖的当前图像；
Ⅲ、图像的采集和传递
图像传感模块采集当前图像数据，并将该图像数据传递到计算机存储；
Ⅳ、当前图像和标准图像的比较分析
计算机将步骤Ⅲ得到的当前图像与步骤Ⅰ获得的标准图像相比较分析，如图3所示，图3中的二直径为竖直和水平的三个圆表示标准图像，图3中另三个圆表示当前图像。计算机使用经典的边缘检测算法识别图像标志位的定位点，采用成熟的roberts算子检测计算当前图像与标准图像的相对误差值，即为当前装机误差值，计算机将该当前装机误差值传给激光通信终端；
Ⅴ、位置校正
激光通信终端中的指向坐标运算器根据步骤Ⅳ的当前装机误差值，对图像传感模块的视轴指向角度进行解算，得到当前激光通信终端位置调节控制量，并传递到云台控制端，控制云台的俯仰和方位角变化，从而控制调整激光通信终端的姿态，校正激光通信终端的姿态误差；
Ⅵ、完成激光通信终端姿态调整
自动重复步骤Ⅱ～Ⅴ，调整激光通信终端位置，直至步骤Ⅳ所得的当前装机误差值小于误差阈值说明参考目标的标志位当前图像与标准图像重合，完成激光通信终端准确安装。
飞行器的操控系统根据实际飞行作业情况，自动生成误差阈值。
本例激光通信终端准确调节完成后，拆除其上固定的图像传感模块，避免飞行器重量增加。激光通信终端下次使用前，重新固定安装图像传感模块，并调节使二者光轴平行。
上述实施例，仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。凡在本发明的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种激光通信终端在飞行器上的安装调节系统的使用方法，所述激光通信终端在飞行器上的安装调节系统的飞行器配有操控系统，其上有与激光通信终端相配合的固定安装接口，激光通信终端安装于云台并控制云台，云台固定安装于飞行器上；该安装调节系统还配有图像传感模块和计算机，所述图像传感模块与激光通信终端的光轴平行、固定于激光通信终端，图像传感模块的数据信号线接入计算机的输入端，计算机输出的控制信号线接入激光通信终端；
所述激光通信终端在飞行器上的安装调节系统的使用方法的特征在于包括如下步骤：
Ⅰ、存储标准图像
激光通信终端连接到飞行器的固定安装接口上，所述激光通信终端的光轴与其上固定安装的图像传感模块的光轴平行；该激光通信终端精准定位调试完成后，用其图像传感模块捕获参考目标的标志位图像，并将其图像存储于计算机作为标准图像；
Ⅱ、捕获参考目标的标志位当前图像
确定所述激光通信终端与其上的图像传感模块的光轴平行，将该激光通信终端重新安装连接到飞行器上的固定安装接口上，固定于所述激光通信终端上的图像传感模块自动再次捕获步骤Ⅰ选定的参考目标标志位的当前图像；
Ⅲ、图像的采集和传递
所述图像传感模块采集当前图像数据，并将该图像数据传递到计算机存储；
Ⅳ、当前图像和标准图像的比较分析
计算机将步骤Ⅲ得到的当前图像与步骤Ⅰ获得的标准图像相比较分析，计算当前图像与标准图像的相对误差值，即为当前装机误差值，计算机将该当前装机误差值传给所述激光通信终端；
Ⅴ、位置校正
所述激光通信终端中的指向坐标运算器根据步骤Ⅳ的当前装机误差值，对其图像传感模块的视轴指向角度进行解算，得到当前本激光通信终端位置调节控制量，并传递到云台控制端，控制云台的俯仰和方位角变化，从而控制调整激光通信终端的姿态，校正激光通信终端的姿态误差；
Ⅵ、完成激光通信终端姿态调整
自动重复步骤Ⅱ～Ⅴ，调整所述激光通信终端位置，直至步骤Ⅳ所得的当前装机误差值小于误差阈值说明参考目标的标志位当前图像与标准图像重合，完成激光通信终端准确安装。
2.根据权利要求1所述的激光通信终端在飞行器上的安装调节系统的使用方法，其特征在于：
所述图像传感模块为相邻像素点中心的距离小于或等于10μm的CCD相机。
3.根据权利要求1所述的激光通信终端在飞行器上的安装调节系统的使用方法，其特征在于：
所述图像传感模块与激光通信终端的光轴平行度小于或等于1μrad。
4.根据权利要求1所述的激光通信终端在飞行器上的安装调节系统的使用方法，其特征在于：
所述图像传感模块固定于激光通信终端外壳。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的激光通信终端在飞行器上的安装调节系统的使用方法，其特征在于：
所述步骤Ⅰ中的参考目标为飞行器上位置固定的参考物，参考目标的标志位为所确定的参考目标上的某个特定位置。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的激光通信终端在飞行器上的安装调节系统的使用方法，其特征在于：
所述步骤Ⅰ中激光通信终端第一次安装于飞行器上，利用飞行器运行平台上的姿态传感器确定姿态绝对值，据此利用云台调整激光通信终端的位置姿态，使激光通信终端的姿态与飞行器完全一致，即激光通信终端精准定位。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的激光通信终端在飞行器上的安装调节系统的使用方法，其特征在于：
所述步骤Ⅳ使用边缘检测算法识别图像标志位的定位点，采用roberts算子检测当前图像与标准图像的相对误差值。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的激光通信终端在飞行器上的安装调节系统的使用方法，其特征在于：
所述步骤Ⅳ飞行器的操控系统根据实际飞行作业情况，自动生成误差阈值。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的激光通信终端在飞行器上的安装调节系统的使用方法，其特征在于：
所述激光通信终端准确调节完成后，拆除其上固定的图像传感模块；激光通信终端下次使用前，重新固定安装图像传感模块，并调节使二者光轴平行。
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