CN108896169A - 一种助航灯光强实时高速检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种助航灯光强实时高速检测系统。其主要包括照度探测序列、色度传感模块、测量校准系统和零位探测序列，其中照度探测序列和零位探测序列均基于硅光电池构成，测量校准系统由视频导航、惯性导航和激光准直系统组成。本发明提供的实时高速光强检测系统可以实时、快速、准确的判断助航灯光的光强分布，在检测过程中通过对检测系统的匀速移动，一次性检测出待测助航灯光的照度信息、距离信息和颜色信息，通过误差修正和信息融合得到其等光强图，实时判断其发光状态。因此通过该检测系统可以大幅缩短机场助航灯的检测时间，提高检测准确率，保证机场精密助航灯光的正常和有效运行，为机场飞行安全做出贡献。
Description
技术领域
本发明涉及一种助航灯光强实时高速检测系统，特别是涉及一种便于移动、多途径校准、数据准确、高速检测、实时处理的机场助航灯光强检测系统。
背景技术
随着国民经济的高速发展，空中交通的日渐繁荣，交通流量的逐年增加，我国的空中交通管理和机场管理都面临着越来越大的压力，因此保证空中交通的安全成为重中之重。根据统计得出，超过半数的飞行事故都出自起飞和降落两个阶段。而机场目视助航灯光系统就是为机组人员在夜间、低能见度或者其它复杂天气条件下提供引导，保障飞机进行起飞、着陆、滑行时安全的必要助航设施，为飞机保驾护航。目前，国内机场主要使用人工巡检的方式对机场助航灯进行检测，但是人工巡检存在由于视觉误差和视觉暂留等生理原因而引起的大量误差，而且这种方法仅能判断助航灯的亮灭，不能得到标准的等光强图。同时人工巡检的检测速度也过低，难以适应许多大型机场多条跑道的需求。另一种方法是通过机场助航灯的输入功率情况来判断助航灯工作状态，这种方法虽然可以通过其供电回路快速检测出助航灯的通断情况，但是依旧不能得到助航灯的等光强图，难以完整判断其发光状态。
国际民航组织规定了机场目视助航灯光系统四要素，即构型、光强、颜色和有效范围，并通过绘制等光强图进行表达。因此，需要采用一种新型系统可以高速、准确的检测助航灯光系统的发光状态，绘制完整等光强图。
本发明通过采用多途径校准的机场助航灯光实时高速光强检测系统，一次性得到待测机场助航灯的照度信息、距离信息和颜色信息，通过国际民航组织规定的计算方法，进行实时处理，快速得到其等光强图，进而准确判断机场助航灯的发光状态，解决了上述方法存在的耗时耗力、精度低等问题，并且具有测量速度快，数据准确等特点，为机场精密助航灯光的正常运行提供保障，确保机场飞行安全。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种便于移动、多途径校准、数据准确、高速检测、实时处理的机场助航灯光系统光强检测系统。
为达上述目的，本发明提供的多途径校准的机场助航灯光实时高速光强检测系统包括安装在前方的照度探测序列、色度传感模块及测量校准系统、安装在下方的零位探测序列。
所述检测系统由两个长方形壳体拼接而成，前方长方体形壳体竖直固定，后方长方体形壳体水平固定。前方壳体后表面两端分别安装有一滑道，后方壳体的前表面两端安装有定位钮，定位钮可在滑道中滑动及固定，构成滑动调高装置。这个结构可根据不同类型助航灯的光束出射角调整后方壳体高度，以保证对零位探测序列的杂散光遮挡，保证数据准确。
前方壳体上固定有13个水平安装的照度探测序列，其安装位置通过中心左右对称，并且相互之间距离间隔两两向外增大。照度探测序列安装位置是通过国际民航组织所提供的标准等光强图进行计算得到的，在标准等光强图中，中间椭圆内光强最强，越往外光强越弱。因此照度探测器中心位置分布更密集，越往两侧越稀松。同时，照度探测序列上方还装有一个色度传感模块及测量校准系统。后方壳体上水平均匀安装有11个零位探测序列，其通过前方壳体进行杂散光遮挡，保证数据准确。照度探测序列和零位探测序列均采用硅光电池作为探头，同时配合使用余弦校正器和三片滤光片进行校准。
所述检测系统的测量校准系统由视频导航、惯性导航和激光准直系统构成。其中视频导航通过装配的摄像头拍摄路面及环境的局部图像，通过图像处理技术，进行图像特征识别、距离估计等，达到导航目的，保证检测系统中心沿助航灯所在直线前进。惯性导航通过陀螺仪形成一个导航坐标系并给出航向和姿态角，通过加速度计来测量检测系统本身的加速度，经过积分和运算得到其速度和位置，从而达到对检测系统导航定位的目的，得到检测系统与助航灯之间的距离信息。同时，视觉导航为惯性导航提供误差补偿信息，弥补了惯性误差随时间漂移的不足。而惯性导航凭借系统数据更新率高，不受光照等环境影响且短时定位精度高的优势，弥补了视觉导航处理实时性不足的缺陷。而激光准直系统由安装在检测系统上方中央的激光瞄准器和和摆放在所检测机场助航灯光系统末端的目标靶面组成。激光瞄准器利用了激光准直性好、能量集中的优点，通过激光位置可判断检测系统的位置是否发生偏移。因此在被检测机场助航灯光系统末端放置有一目标靶面，该目标靶面由面阵CCD和视频捕捉卡组成。面阵CCD作为激光瞄准目标，其中心有一“十”标记为激光光斑理想位置。在检测过程中，通过采用重心法得到实测时光斑位置的中心坐标，通过对比两个坐标之间的距离，即可得到检测系统偏离理想位置的距离，输出该误差值。可以将误差值和通过视频导航、惯性导航的结果相融合以得到更准确的结果，也可以在惯性导航受磁场干扰时为检测提供可靠误差分析。因此，在测量校准系统中采用了多途径融合的方法，尽可能的降低测量误差对检测结果造成的影响，以保证检测结果的准确性，进一步符合机场助航灯光系统的精密性。
本发明提供的机场助航灯光实时高速光强检测系统，可以安装在任何可移动设备上，比如汽车、AGV小车和手推车等，方便机场工作人员操作。通过在机场助航灯光系统上快速移动，可以一次性检测出灯具各角度光照度和与灯具之间的距离，同时根据测量校准系统引导保证系统中心沿灯具所在直线移动。如果出现偏差时，一方面对于较大偏差实时报警提示用户进行修正，另一方面针对小偏差可以通过测量校准系统输出的中线偏离值进行误差修正，保证数据的准确性。在每检测完一盏机场灯，配备的电脑将实时根据采集数据计算出该助航灯的等光强图。因此，可以大幅提高机场助航灯的检测速度和准确率，机场精密助航灯光的正常运行，为机场飞行安全做出贡献。
附图说明
图1为本发明提供的一种助航灯光强实时高速检测系统立体图。
图2为本发明提供的一种助航灯光强实时高速检测系统侧视图。
图3为本发明提供的一种助航灯光强实时高速检测系统中的照度探测序列的位置示意图。
图4为本发明提供的一种助航灯光强实时高速检测系统的检测过程示意图。
图5为本发明提供的一种助航灯光强实时高速检测系统的激光准直系统工作示意图。
图6为使用本发明并参考国际民航组织提供的等光强图标准计算得到纵向间距15米跑道中线灯的光度分布图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种助航灯光强实时高速检测系统进行详细说明。
如图1、图2所示，本发明提供的实时高速光强检测系统包括照度探测序列1、零位探测序列2、色度传感模块3、测量校准系统4、前方垂直的长方体型壳体6、后方水平放置的长方体型壳体7，以及两个壳体之间的滑动调高装置5。所述的照度探测序列1位于检测系统的前方壳体6前部，每个照度模块由硅光电池配合余弦修正器、滤光片组成。照度探测序列安装位置为左右对称，由中心向两边距离逐渐增大。其主要用于在系统移动过程中，可以对机场助航灯光光束的不同角度的光照度进行测量。所述的零位探测序列2位于后方水平壳体7下方，每个零位探测模块也是由硅光电池配合余弦修正器、滤光片组成。零位探测序列均匀安装在壳体上，主要负责对系统的距离探测进行零点定位，避免累积误差。色度传感模块3组用于对机场助航灯光颜色进行测量，判断发光颜色是否符合标准。测量校准系统4是使用视频导航、惯性导航和激光准直系统配合使用，视频导航通过装配的摄像头拍摄路面及环境的局部图像，通过图像处理技术，进行图像特征识别、距离估计等，达到导航目的，保证检测系统中心沿助航灯所在直线前进。惯性导航通过陀螺仪形成一个导航坐标系并给出航向和姿态角，通过加速度计来测量检测系统本身的加速度，经过积分和运算得到速度和位置，从而达到对检测系统导航定位的目的，得到检测系统与助航灯之间的距离信息。而激光准直系统由安装在检测系统上方中央的激光瞄准器和和摆放在所检测机场助航灯光系统末端的目标靶面组成，如图5所示。在被检测机场助航灯光系统末端放置有一目标靶面，该目标靶面由面阵CCD和视频捕捉卡组成。面阵CCD作为激光瞄准目标，其中心有一“十”标记为激光光斑理想位置。视频捕捉卡是CCD与计算机之间的视频接口，通过接口程序对视频画面逐帧采集，传输给计算机。在检测过程中，通过采用重心法得到实测时光斑位置的中心坐标，通过对比两个坐标之间的距离，即可得到检测系统偏离理想位置的距离，输出该误差值。可以将误差值和定位导航系统得到的结果相融合以得到更准确的结果，也可以在惯性导航受磁场干扰时为检测提供可靠误差分析，提高检测结果准确率。因此，在测量校准系统中采用的多途径融合的方法，可以降低测量误差对检测结果造成的影响，以保证检测结果的准确性，进一步符合机场助航灯系统的精密性。
两个长方体型壳体之间由滑动调高装置5进行连接，前方壳体6后表面两侧装有滑道，后方壳体7上前表面两侧固定有定位钮，定位钮可以在滑道中滑动及固定，通过调整后方壳体高度来调整前方壳体对零位探测序列遮挡的高度，以保证对不同类型机场助航灯都可以进行准确测量。
使用检测系统对机场助航灯光系统进行检测的时候，需要将本发明所提出的检测系统固定于可匀速移动设备上，使系统中心位于机场助航灯系统所在直线上。如图3和图4所示，通过匀速移动检测系统，照度探测序列1水平移动过程中可以得到不同距离时助航灯不同角度的照度信息，同时通过测量校准系统4得到检测系统与被测助航灯之间的距离信息和误差信息。通过色度传感器3得到灯光的颜色信息。零位探测序列2可以对检测系统的距离测量进行零点标定，避免累积误差。因此通过以上一次性的测量工作，可以快速、准确的得到待测助航灯相应的照度信息和距离信息，然后进行实时的误差修正和信息融合。每检测完成一盏助航灯，可以根据国际民航组织对于机场助航灯等光强图的计算标准实时进行绘图，进而快速得到如图6所示的间距15米的跑道中线灯的光度分布图，完成实时、高速、准确的检测要求。
Claims (5)
1.一种助航灯光强实时高速检测系统，其特征在于：所述的多途径校准的机场助航灯光实时高速光强检测系统包括安装在系统前端的照度探测序列(1)、安装在底端的零位探测序列(2)、安装在照度探测序列(1)上方中心的色度传感模块(3)、安装在色度传感模块(3)上方的测量校准系统(4)。
2.根据权利要求1所述的多途径校准的机场助航灯光实时高速光强检测系统，其特征在于：所述的照度探测序列(1)和零位探测序列(2)的每个探测器均由硅光电池、余弦校正器和三片滤光片组成。
3.根据权利要求1所述的多途径校准的机场助航灯光实时高速光强检测系统，其特征在于：所述的测量校准系统(4)包括视频导航系统和惯性导航系统，视频导航系统通过装配摄像头拍摄路面及环境的局部图像，惯性导航系统采用9轴惯导系统，其包括加速度计、陀螺仪和磁力计。
4.根据权利要求1所述的多途径校准的机场助航灯光实时高速光强检测系统，其特征在于：所述的测量校准系统(4)还包括激光准直系统，由安装在检测系统上方中央的激光瞄准器和摆放在待检测机场助航灯光系统末端的目标靶面组成，通过判断激光打在靶面上的位置，得到检测系统偏离助航灯光系统所在直线的距离以及偏离程度，通过多途径测量校准的数据融合，使检测数据更为准确。
5.根据权利要求1所述的多途径校准的机场助航灯光实时高速光强检测系统，其特征在于：检测系统的前方竖直放置的长方体型壳体(6)和后方水平放置的长方体型壳体(7)之间通过滑动调高装置(5)连接，前方长方体型壳体(6)后表面两侧装有滑道，后方长方体型壳体(7)前表面两端固定有定位钮，可以在滑道中滑动及固定，以方便调整前方壳体对零位探测序列的遮挡高度。
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