CN109827754A - 一种基于系留悬停无人机的机场papi灯光校验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于系留悬停无人机的机场PAPI灯光校验系统，包括：飞行平台、地面平台和控制模块，控制模块与飞行平台和地面平台通信连接，飞行平台与地面平台通过光电复合缆连接；控制模块指令控制飞行平台在预设的两个采集点垂直地面上升获取PAPI灯光的图像和无人机三维位置信息，并将PAPI灯光图像信息转换为HDMI/SDI信号后再转换为PAPI灯光图像光信号后和相应的三维位置信息通过光电复合缆传输发送至地面平台，地面平台将PAPI灯光图像光信号转换为PAPI灯光图像HDMI/SDI信号后，根据PAPI灯光图像HDMI/SDI信号指示的PAPI灯光图像和无人机三维位置信息确定PAPI灯光为预设颜色时的无人机高度，并将无人机高度与预设的高度阈值进行比较，根据比较结果对PAPI的角度进行调整。

Description

一种基于系留悬停无人机的机场PAPI灯光校验系统

技术领域

本发明涉及灯光校验技术领域，尤其涉及一种基于系留悬停无人机的机场PAPI灯光校验系统。

背景技术

精密进近航道指示器(Precision Approach Path Indicator,PAPI)系统对航班的飞行安全具有重要意义。该仪器通常由四盏灯组成，被安置在飞机着陆方向跑道的左侧，每盏灯的灯光分别以2.42°、2.75°、3.25°、3.58°的仰角向飞机下滑道投射，用来为非精确逼近环境中的飞行员提供视觉滑行斜率制导。飞行员在不同的下滑角度，将看到不同的红色或白色PAPI灯光组合，若飞行员的进近角度是正确的，看到的PAPI灯光应显示为两白两红，若看到三白一红或四颗白灯，则表示飞机进近时角度过高无法降落；若一白三红或四颗红灯，则代表飞机高度过低有坠机危险。PAPI灯的指示角度可能会因为更换零件或受外在环境影响等因素而产生误差，这些误差若不能被及时发现并校正，将对飞机安全降落造成隐患。

目前采用载人机进行校验的方法是通过校验飞机飞测检验，由飞行员肉眼辨别，人工输入，计算机搜集汇总飞机其他参数进行综合评估。这种方法因人为因素导致误差的可能性较高，且校验必须长时间关闭跑道，操作过程复杂，费用高昂，难以定点反复观测以寻找到准确PAPI灯光指示角度的阈值临界点。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种基于系留悬停无人机的机场PAPI灯光校验系统；

本发明提出的一种基于系留悬停无人机的机场PAPI灯光校验系统，包括：飞行平台、地面平台和控制模块，控制模块分别与飞行平台和地面平台通信连接，飞行平台与地面平台通过光电复合缆连接；

飞行平台，包括无人机、图像模块、定位模块、第一转换模块、发送模块和机载电源转换模块；图像模块，用于将获取的PAPI灯光图像信息转换为PAPI灯光图像HDMI/SDI信号；定位模块，用于获取无人机三维位置信息；第一转换模块，用于将PAPI灯光图像HDMI/SDI信号转换为PAPI灯光图像光信号；发送模块，用于将PAPI灯光图像光信号和无人机三维位置信息通过光电复合缆传输至地面平台，机载电源转换模块，用于将通过光电复合缆传输来的高压直流电转换为供飞行平台使用的低压直流电；

地面平台，包括接收模块、第二转换模块和地面电源模块；接收模块，用于接收PAPI灯光图像光信号和无人机三维位置信息；第二转换模块，用于将PAPI灯光图像光信号转换为PAPI灯光图像HDMI/SDI信号；地面电源模块，用于将市电或发电机产生的低压交流电转换为高压直流电通过光电复合缆传输给机载电源；

控制模块，用于指令控制飞行平台在预设的两个采集点垂直地面上升获取PAPI灯光的图像和无人机三维位置信息，并将PAPI灯光图像信息转换为HDMI/SDI信号后再转换为PAPI灯光图像光信号后和相应的三维位置信息通过光电复合缆传输发送至地面平台，地面平台将PAPI灯光图像光信号转换为PAPI灯光图像HDMI/SDI信号后，根据PAPI灯光图像HDMI/SDI信号指示的PAPI灯光图像和无人机三维位置信息确定PAPI灯光为预设颜色时的无人机高度，并将无人机高度与预设的高度阈值进行比较，根据比较结果对PAPI的角度进行调整。

优选地，所述控制模块，具体用于：

根据第一采集点的PAPI灯光图像和无人机高度，确定在第一采集点PAPI灯光为预设颜色时的无人机高度为h1A₁、h1B₁、h1C₁、h1D₁；

根据第二采集点的PAPI灯光图像和无人机高度，确定在第二采集点PAPI灯光为预设颜色时的无人机高度为h2A₁、h2B₁、h2C₁、h2D₁；

将h1A₁、h1B₁、h1C₁、h1D₁、h2A₁、h2B₁、h2C₁、h2D₁与预设的比对高度值h1A、h1B、h1C、h1D、h2A、h2B、h2C、h2D进行比较，根据比较结果对PAPI的角度进行调整。

优选地，所述飞行平台还包括UPS电源模块，UPS电源模块用于在飞行平台的供电意外中断时，为飞行平台应急供电。

本发明中，轻型系留无人机系统可长时间滞空，定点悬停，定位精确，操作便捷，图像数据传输清晰准确且不受干扰的特点，提高了机场PAPI灯验证方法的科学性和可靠性，第一转换模块将PAPI灯光图像HDMI/SDI信号转换为PAPI灯光图像光信号，通过光电复合缆无损传输至地面平台，再由地面平台的第二转换模块再次将光信号转换为HDMI/SDI信号，用以实时显示PAPI灯光图像，PAPI灯光图像传输的同时将定位模块获取的高精度无人机三维位置信息传输至地面平台，最后，根据PAPI灯光图像信息和无人机高度位置信息联合分析进行PAPI灯光校验，与传统的飞行员手动打点与机载自动数据联合分析的方式相比，整个数据记录和评估过程更加科学合理，所获取的数据为机场PAPI飞行校验提供了重要参考和可供反复播放查阅的数据档案。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于系留悬停无人机的机场PAPI灯光校验系统的模块示意图；

图2为本发明中PAPI灯结构示意图；

图3为本发明中PAPI灯号下滑视觉导航示意图；

图4为本发明中PAPI灯校验方法示意图。

具体实施方式

参照图1至图4，本发明提出的一种基于系留悬停无人机的机场PAPI灯光校验系统；

如图2所示，图2为PAPI灯结构示意图；

图2中，①为白色光源，②为红色滤光镜，③为两个透镜，④白光区域，⑤红光区域；白色光源①发出的白色光束通过灯筒内上半部分红色滤光镜②后，上半部分光束就变成了红光，再经两个透镜③的折射使得光束从灯筒射出后上半部分为呈白光的白光区域④，下半部分为呈红光的红光区域⑤；

如图3所示，图3为PAPI灯号下滑视觉导航示意图；

参照图3，飞行员在不同的下滑角度，将看到不同的红色或白色PAPI灯光组合，若飞行员的进近角度是正确的，飞行员看到的PAPI灯光应显示为两白两红；若飞行员看到的PAPI灯光应显示为三白一红或四颗白灯，则表示飞机进近时角度过高无法降落；若飞行员看到的PAPI灯光应显示为一白三红或四颗红灯，则代表飞机高度过低有坠机危险。

本发明提出的一种基于系留悬停无人机的机场PAPI灯光校验系统，包括：飞行平台、地面平台和控制模块，控制模块分别与飞行平台和地面平台通信连接，飞行平台与地面平台电连接、通信连接；

飞行平台，包括无人机、图像模块、定位模块、第一转换模块、发送模块和机载电源转换模块；图像模块，用于将获取的PAPI灯光图像信息转换为PAPI灯光图像HDMI/SDI信号；定位模块，用于获取无人机三维位置信息；第一转换模块，用于将PAPI灯光图像HDMI/SDI信号转换为PAPI灯光图像光信号；发送模块，用于将PAPI灯光图像光信号和无人机三维位置信息通过光电复合缆传输至地面平台，机载电源转换模块，用于将通过光电复合缆传输来的高压直流电转换为供飞行平台使用的低压直流电。

飞行平台还包括UPS电源模块，UPS电源模块用于在飞行平台的供电意外中断时，为飞行平台应急供电。

在具体方案中，飞行平台内无人机采用轻型系留无人机，飞行平台最大悬停高度为300米，飞行平台由无人机、图像模块、定位模块、第一转换模块、发送模块和机载电源转换模块组成，飞行平台上还包括UPS模块作为后备电源，可在断电的情况下自动切换为UPS模块供电，为飞行平台提供5分钟额外飞行时间，确保在意外发生时飞行平台能够安全降落，飞行平台上设置的定位模块用于获取无人机三维位置信息，可以采用RTK接收来自RTK基准站和GPS的数据，实时结算飞行平台坐标，获得厘米级精确位置定位；图像模块用于将获取的PAPI灯光图像信息转换为PAPI灯光图像HDMI/SDI信号，可采用光电吊舱；第一转换模块用于将PAPI灯光图像HDMI/SDI信号转换为PAPI灯光图像光信号，可采用机载光端机，发送模块通过光电复合缆将PAPI灯光图像光信号发送至地面平台，发送模块通过光电复合缆将无人机三维位置信息发送至地面平台。

光电复合缆内含用于数据传输的光纤和用于供电的电缆，地面平台的电源模块将市电或发电机产生的低压交流电转为高压直流电通过光电复合缆传输给机载电源，机载电源转换模块将通过光电复合缆传输来的市电或高压直流电转换为供飞行平台使用的低压直流电，实现无限悬停，飞行平台获取的数据通过多路光纤传输通道与地面站进行交换，链路物理安全，不受干扰。

地面平台，包括接收模块、第二转换模块和地面电源模块；接收模块，用于接收PAPI灯光图像光信号和无人机三维位置信息；第二转换模块，用于将PAPI灯光图像光信号转换为PAPI灯光图像HDMI/SDI信号；地面电源模块，用于将市电或发电机产生的低压交流电转换为高压直流电通过光电复合缆传输给机载电源。

控制模块，用于指令控制飞行平台在预设的两个采集点垂直地面上升获取PAPI灯光的图像和无人机三维位置信息，并将PAPI灯光图像信息转换为HDMI/SDI信号后再转换为PAPI灯光图像光信号后和相应的三维位置信息通过光电复合缆传输发送至地面平台，地面平台将PAPI灯光图像光信号转换为PAPI灯光图像HDMI/SDI信号后，根据PAPI灯光图像HDMI/SDI信号指示的PAPI灯光图像和无人机三维位置信息确定PAPI灯光为预设颜色时的无人机高度，并将无人机高度与预设的高度阈值进行比较，根据比较结果对PAPI的角度进行调整。

控制模块具体用于：根据第一采集点的PAPI灯光图像和无人机高度，确定在第一采集点PAPI灯光为预设颜色时的无人机高度为h1A₁、h1B₁、h1C₁、h1D₁；根据第二采集点的PAPI灯光图像和无人机高度，确定在第二采集点PAPI灯光为预设颜色时的无人机高度为h2A₁、h2B₁、h2C₁、h2D₁；将h1A₁、h1B₁、h1C₁、h1D₁、h2A₁、h2B₁、h2C₁、h2D₁与预设的比对高度值h1A、h1B、h1C、h1D、h2A、h2B、h2C、h2D进行比较，根据比较结果对PAPI的角度进行调整；

在具体方案中，控制模块可设置于地面平台、飞行平台或其他位置。

参照图4，图4为PAPI灯校验方法示意图；

在具体方案中，为确保校验结果的准确性，应在机场进近航径上部署飞行平台和地面平台在两个不同的采集点进行校验作业；

首先根据机场发布的PAPI灯泡的阈值角度αA、αB、αC、αD及两个采集点与PAPI灯的水平距离d1A、d2A，通过三角函数h＝d*tanα算出预设临界点(比对高度值)h1A、h1B、h1C、h1D和h2A、h2B、h2C、h2D；

然后将飞行平台和地面平台在两个采集点升空至临界点附近时，若灯光角度无偏差，应观测到的处于临界点的红白混合的粉红色PAPI灯光，逐渐升高飞行平台高度逐一探测出PAPI各个灯泡阈值在第一采集点实际临界点h1A₁、h1B₁、h1C₁、h1D₁与预设临界点h1A、h1B、h1C、h1D进行对比校验；逐渐升高飞行平台高度逐一探测出PAPI各个灯泡阈值在第二采集点实际临界点h2A₁、h2B₁、h2C₁、h2D₁与预设临界点h2A、h2B、h2C、h2D进行对比校验，如此，根据对比校验结果对PAPI的角度进行调整。

本实施方式中，轻型系留无人机系统可长时间滞空，定点悬停，定位精确，操作便捷，图像数据传输清晰准确且不受干扰的特点，提高了机场PAPI灯验证方法的科学性和可靠性，第一转换模块将图像获取模块获取的PAPI灯光图像HDMI/SDI信号转换为PAPI灯光图像光信号，通过光缆无损传输至地面平台，再由地面平台的第二转换模块再次将光信号转换为HDMI/SDI信号，用以实时显示PAPI灯光图像，PAPI灯光图像传输的同时将定位模块获取的高精度无人机三维位置信息传输至地面平台，最后，根据PAPI灯光图像信息和无人机三维位置信息联合分析进行PAPI灯光校验，与传统的飞行员手动打点与机载自动数据联合分析的方式相比，整个数据记录和评估过程更加科学合理，所获取的数据为机场PAPI飞行校验提供了重要参考和可供反复播放查阅的数据档案。

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揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于系留悬停无人机的机场PAPI灯光校验系统，其特征在于，包括：飞行平台、地面平台和控制模块，控制模块分别与飞行平台和地面平台通信连接，飞行平台与地面平台通过光电复合缆连接；

飞行平台，包括无人机、图像模块、定位模块、第一转换模块、发送模块和机载电源转换模块；图像模块，用于将获取的PAPI灯光图像信息转换为PAPI灯光图像HDMI/SDI信号；定位模块，用于获取无人机三维位置信息；第一转换模块，用于将PAPI灯光图像HDMI/SDI信号转换为PAPI灯光图像光信号；发送模块，用于将PAPI灯光图像光信号和无人机三维位置信息通过光电复合缆传输至地面平台，机载电源转换模块，用于将通过光电复合缆传输来的高压直流电转换为供飞行平台使用的低压直流电；

地面平台，包括接收模块、第二转换模块和地面电源模块；接收模块，用于接收PAPI灯光图像光信号和无人机三维位置信息；第二转换模块，用于将PAPI灯光图像光信号转换为PAPI灯光图像HDMI/SDI信号；地面电源模块，用于将市电或发电机产生的低压交流电转换为高压直流电通过光电复合缆传输给机载电源；

控制模块，用于指令控制飞行平台在预设的两个采集点垂直地面上升获取PAPI灯光的图像和无人机三维位置信息，并将PAPI灯光图像信息转换为HDMI/SDI信号后再转换为PAPI灯光图像光信号后和相应的三维位置信息通过光电复合缆传输发送至地面平台，地面平台将PAPI灯光图像光信号转换为PAPI灯光图像HDMI/SDI信号后，根据PAPI灯光图像HDMI/SDI信号指示的PAPI灯光图像和无人机三维位置信息确定PAPI灯光为预设颜色时的无人机高度，并将无人机高度与预设的高度阈值进行比较，根据比较结果对PAPI的角度进行调整。

2.根据权利要求1所述的基于系留悬停无人机的机场PAPI灯光校验系统，其特征在于，所述控制模块，具体用于：

根据第一采集点的PAPI灯光图像和无人机高度，确定在第一采集点PAPI灯光为预设颜色时的无人机高度为h1A₁、h1B₁、h1C₁、h1D₁；

根据第二采集点的PAPI灯光图像和无人机高度，确定在第二采集点PAPI灯光为预设颜色时的无人机高度为h2A₁、h2B₁、h2C₁、h2D₁；

将h1A₁、h1B₁、h1C₁、h1D₁、h2A₁、h2B₁、h2C₁、h2D₁与预设的比对高度值h1A、h1B、h1C、h1D、h2A、h2B、h2C、h2D进行比较，根据比较结果对PAPI的角度进行调整。

3.根据权利要求1所述的基于系留悬停无人机的机场PAPI灯光校验系统，其特征在于，所述飞行平台还包括UPS电源模块，UPS电源模块用于在飞行平台的供电意外中断时，为飞行平台应急供电。