CN110672091B - 一种时间域飞机柔性拖曳吊舱定位系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于航空吊舱定位技术领域，具体涉及一种时间域飞机柔性拖曳吊舱的定位系统。所述的定位系统包括视频捕获设备和无线电测距设备，视频捕获设备跟踪吊舱的角度信息，无线电测距设备捕获吊舱相对于参考点的距离。不会因电磁干扰的原因降低任务系统的探测精度，可时刻获取接收吊舱视频信息，且工程上容易实现。

Description

一种时间域飞机柔性拖曳吊舱定位系统
技术领域
本发明属于航空吊舱定位技术领域，具体涉及一种时间域飞机柔性拖曳吊舱的定位系统。
背景技术
本发明时间域航空电磁测量法是一种高效、高精度的航空地球物理探测方法，在航空地球物理探测领域应用广泛。时间域飞机的航空电磁测量系统通常是将一个一匝或多匝电缆构成的发射线圈支挂在飞机的左右机翼翼尖下方和前后机身支架上，由发射机向发射线圈提供脉冲电流，从而在周围空间产生强大的脉冲一次电磁场。接收线圈安装在拖曳于飞机后下方的吊舱中，在发射脉冲间断期间测量地下异常体受此激发产生的二次场水平分量或全部的空间三分量。通过研究大地电阻率的变化，获得地下异常体的分布情况，用于金属矿物勘察、地质填图、水资源普查等。
因电磁测量系统勘探精度与平台飞行高度成反比，要求飞行平台有较好的低空运行能力。在低空飞行的情况下，由于目前国内外所有的时间域航空电磁系统飞行平台均未装备吊舱定位系统，为避免接收吊舱与复杂的地面环境(山地、树木、房屋)产生碰撞，规避可能发生的危险，最低作业高度均高于250m。
因为缺少吊舱定位系统，限制了飞机的最低作业高度，影响了探测的精度。
发明内容
本发明解决的技术问题：提供一种时间域飞机柔性拖曳吊舱定位系统，解决现有技术中，因缺乏定位对该类飞机作业高度的限制，提高探测作业的精度。
本发明的技术方案：一种时间域飞机柔性拖曳吊舱定位系统，所述的定位系统包括视频捕获设备和无线电测距设备，视频捕获设备跟踪吊舱的角度信息，无线电测距设备捕获吊舱相对于参考点的距离。不会因电磁干扰的原因降低任务系统的探测精度，可时刻获取接收吊舱视频信息，且工程上容易实现。
优选地，飞机四分之一平均气动弦弦线与飞机对称中心面的交点为参考点，视频捕获设备跟踪吊舱的角度信息为所述参考点与吊舱连线相对飞机对称中心面的夹角。便于飞行员直观掌握吊舱相对飞机的方位信息，平衡飞机重心。
优选地，所述无线电测距设备捕获吊舱相对于参考点的距离，所述参考点位于飞机上。便于飞行员直观掌握吊舱相对飞机的位置信息，平衡飞机重心。
优选地，视频捕获设备的镜头和无线电测距设备的天线距离小于30cm。降低解算难度，提高系统的探测精度。
优选地，所述定位系统还包括数据解算设备，所述的视频捕获设备和无线电测距设备与数据解算设备的距离小于1m。减少信号传输衰减。
优选地，所述的视频捕获设备和无线电测距设备布置在飞机后段，按航向来说，位于吊舱悬挂点的前方。便于在运行的全过程捕获接收吊舱的位置信息。
优选地，所述的系统还包括吊舱位置指示页面，所述的页面内包括吊舱角度信息、吊舱相对于所述参考点的水平方向和垂直方向距离信息。精准直观掌握吊舱位置信息。
优选地，通过双向飞行时间法解算无线电测距信息。通过成熟技术准确捕获相对距离。
优选地，所述定位系统还包括数据解算设备，所述的数据解算设备采用NvidiaJetson TX2计算平台。提升解算精度和效率。
附图说明
图1为吊舱定位系统原理结构图。
图2为视频捕获设备跟踪吊舱的角度α示意图。
图3吊舱收放过程运动轨迹示意图。
图4为吊舱定位系统逆航向视图.
图5为吊舱定位系统右视图。
图6为视频捕获设备与无线电测距设备逆航向详图。
图7为吊舱组件右视图详图。
图8为吊舱位置指示页面。
1为视频捕获设备。2为无线电测距设备。3为吊舱组件。4为蒙皮。5为设备挂架。6为光电吊舱云台。7为摄像机。8为吊舱整流面。9为吊舱挂架。10为吊舱。11为飞机标识。12为水平方向距离数字指示。13为吊舱角度指针。14为垂直方向距离数字指示。15为吊舱角度刻度盘。
具体实施方式
计算条件如下：
(1)线缆直径10mm，线缆密度1.42g/cm3；
(2)飞行速度按典型作业任务巡航速度取值，不考虑吊舱阻力作用；
(3)考虑线缆阻力对线缆拉力的影响；
(4)通过风洞试验数据获取空气阻力系数；
(5)吊缆长度取200m；
(6)吊舱重量设置为40kg。
计算结果示意图见图3。结合图3确定吊舱在工作过程中运动轨迹与垂直方向的夹角范围，及相对飞机对称中心面左右偏转的夹角范围。
结合图6，视频捕获设备由光电吊舱云台与摄像机组成。光电吊舱云台由三自由度云台及高清图像采集监控模块集成，搭载一枚18倍光学变焦摄相机。结合图4、5、6，在飞机后段右侧机腹部位布置设备挂架，安装光电吊舱云台与摄像机。选用视频采集卡获取所搭载摄像机的视频图像，使用串口通信通过相关协议完成控制数据发送以及姿态角数据查询。光电吊舱云台在复位状态下逆航向捕获视频信息，确定吊舱相对飞机的角度。控制精度为±0.03°，对于200m距离误差为±0.1m，满足精度要求。滚转方向可实现-40°至40°间连续偏转，俯仰方向可实现-120°至30°间连续偏转，水平方向可实现-170°至170°间连续偏偏转，包络计算、分析获得的吊舱运动范围，满足要求。
结合图4、5、6，在设备挂架上安装无线电测距设备。对设备挂架附近1米范围内进行摸排，确定未安装与无线电测距设备相近工作频率的天线。使用UWB min 35Plus定位开发套件，并根据双向飞行时间法(TW-TOF法)进行计算，其测距原理如下：
S＝C*[(Ta2-Ta1)-(Tb2-Tb1)]/2
其中，C为光速，每个模块从启动开始即会生成一条独立的时间戳。
模块A的发射机在其时间戳上的Ta1发射请求性质的脉冲信号，被模块B在Tb1时刻接收；模块B在Tb2时刻发射一个相应性质的信号，被模块A在自己的时间戳Ta2时刻接收。据此可以计算出脉冲信号在两个模块之间的飞行时间，从而确定飞行距离S。
结合图7，吊舱组件由吊舱整流面、吊舱挂架和吊舱组成。结合图4、5、7，在飞机后段右侧布置吊舱挂架，在吊舱挂架上安装吊舱整流面，布置吊舱。吊舱挂架应位于视频捕获设备后方，确保捕获范围可以覆盖整个可能区域，并根据飞行试验的实际情况调整。
解算设备布置在机舱内部右侧，与视频捕获设备和无线电测距设备距离小于1m。选用Nvidia Jetson TX2计算平台。所有信息采集、图像处理以及数据计算均在此平台下进行，不引入其余嵌入式平台。使用微软Xbox360手柄。自身具有较多的按钮以及摇杆，可通过编写程序任意选用组合完成项目需求。
算法描述：运用深度学习算法，实现在全画面内自动分析图像并且根据探测物体特征进行物体检测。通过目标图像识别算法得到物体位置，进行光电吊舱云台自动控制，实现无人参与的自动光电吊舱云台跟踪。
在驾驶舱中央操纵台上安装吊舱定位信息显示器，将解算设备输出的信息在显示器上显示。结合图8，吊舱角度指针指向标有数字标识的角度刻度盘，驾驶员可结合飞机标识下方的水平方向距离数字指示，读取吊舱在水平方向上相对飞机的位置信息，结合页面右上方的垂直方向距离数字指示，读取吊舱在垂直方向上相对飞机的位置信息，最终确定吊舱的相对位置。

Claims (6)

1.一种时间域飞机柔性拖曳吊舱定位系统，其特征为：所述的定位系统包括视频捕获设备、无线电测距设备、解算设备和吊舱位置指示页面，视频捕获设备跟踪吊舱的角度信息，无线电测距设备捕获吊舱相对于参考点的距离；
飞机四分之一平均气动弦弦线与飞机对称中心面的交点为参考点，视频捕获设备跟踪吊舱的角度信息为所述参考点与吊舱连线相对飞机对称中心面的夹角；
所述的吊舱位置指示页面内包括吊舱角度信息、吊舱相对于所述参考点的水平方向和垂直方向距离信息；
视频捕获设备由光电吊舱云台与摄像机组成，在飞机后段右侧机腹部位布置设备挂架，安装光电吊舱云台与摄像机，选用视频采集卡获取所搭载摄像机的视频图像，使用串口通信完成控制数据发送以及姿态角数据查询，光电吊舱云台在复位状态下逆航向捕获视频信息，确定吊舱相对飞机的角度；
在设备挂架上安装无线电测距设备；
吊舱组件由吊舱整流面、吊舱挂架和吊舱组成，在吊舱挂架上安装吊舱整流面，布置吊舱；
解算设备布置在机舱内部右侧，选用Nvidia Jetson TX2计算平台，所有信息采集、图像处理以及数据计算均在此平台下进行；
在驾驶舱中央操纵台上安装吊舱定位信息显示器，将解算设备输出的信息在显示器上显示。
2.根据权利要求1所述的一种时间域飞机柔性拖曳吊舱定位系统，其特征为：视频捕获设备的镜头和无线电测距设备的天线距离小于30cm。
3.根据权利要求1所述的一种时间域飞机柔性拖曳吊舱定位系统，其特征为：所述的视频捕获设备和无线电测距设备与解算设备的距离小于1m。
4.根据权利要求1所述的一种时间域飞机柔性拖曳吊舱定位系统，其特征为：所述的视频捕获设备和无线电测距设备布置在飞机上翘尾段，按航向来说，位于吊舱悬挂点的前方。
5.根据权利要求1所述的一种时间域飞机柔性拖曳吊舱定位系统，其特征为：通过双向飞行时间法解算无线电测距信息。
6.根据权利要求1所述的一种时间域飞机柔性拖曳吊舱定位系统，其特征为：所述的解算设备采用UWB min35 Plus定位开发套件。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112078811A (zh) * 2020-09-11 2020-12-15 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所 一种基于固定翼飞机的时间域航空电磁接收吊舱
CN113326837B (zh) * 2021-06-17 2022-11-01 郑州大学 基于深度学习的飞机挂架检测方法以及终端设备

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2014202300A1 (en) * 2013-04-30 2014-11-13 Jenoptik Robot Gmbh Traffic monitoring system for speed measurement and assignment of moving vehicles in a multi-target recording module
CN106595668A (zh) * 2016-12-12 2017-04-26 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种用于光电吊舱的无源定位算法
CN107462244A (zh) * 2017-04-24 2017-12-12 北京航空航天大学 一种基于gps定位和航摄图像匹配的航空遥感平台姿态角高精度测量方法
CN109816774A (zh) * 2018-12-31 2019-05-28 天合光能股份有限公司 一种基于无人机的三维重建系统及三维重建方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB880533A (en) * 1956-12-24 1961-10-25 Commw Of Australia Means for determining distance and attitude of objects by means of wide angle lens systems
JP2000346600A (ja) * 1999-06-07 2000-12-15 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 光学計測用曳航ポッド
JP2008286571A (ja) * 2007-05-16 2008-11-27 Taisei Corp 電波源特定システムおよびテンプレート
CN101833099B (zh) * 2010-05-25 2012-12-05 广州科易光电技术有限公司 直升机巡检电力线路的锁定跟踪方法
CN102417039A (zh) * 2011-11-04 2012-04-18 哈尔滨飞机工业集团有限责任公司 一种时间域飞机接收吊舱
US9684056B2 (en) * 2014-05-29 2017-06-20 Abdullah I. Khanfor Automatic object tracking camera
CN204391601U (zh) * 2014-08-01 2015-06-10 南方电网科学研究院有限责任公司 一种用于直升机巡检的光电吊舱通用系统
CN104158116A (zh) * 2014-08-01 2014-11-19 南方电网科学研究院有限责任公司 一种用于直升机巡检的光电吊舱通用系统及方法
CN105549060B (zh) * 2015-12-15 2017-12-29 大连海事大学 基于机载光电吊舱位置和姿态的目标定位系统
CN106871927B (zh) * 2017-01-05 2020-10-20 南京航空航天大学 一种无人机光电吊舱安装误差标校方法
CN207867651U (zh) * 2018-03-14 2018-09-14 黑龙江省森林保护研究所 三视窗机载林火定位与监测装置
CN108680143A (zh) * 2018-04-27 2018-10-19 南京拓威航空科技有限公司 基于远程测距的目标定位方法、装置及无人机
CN108873044A (zh) * 2018-07-05 2018-11-23 北京航空航天大学 一种用gps接收机测直升机螺旋桨相对机身姿态的方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2014202300A1 (en) * 2013-04-30 2014-11-13 Jenoptik Robot Gmbh Traffic monitoring system for speed measurement and assignment of moving vehicles in a multi-target recording module
CN106595668A (zh) * 2016-12-12 2017-04-26 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种用于光电吊舱的无源定位算法
CN107462244A (zh) * 2017-04-24 2017-12-12 北京航空航天大学 一种基于gps定位和航摄图像匹配的航空遥感平台姿态角高精度测量方法
CN109816774A (zh) * 2018-12-31 2019-05-28 天合光能股份有限公司 一种基于无人机的三维重建系统及三维重建方法

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