CN111679285A - 一种飞机尾涡光学探测方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种飞机尾涡光学探测方法，包括通过摄像头获取观测区域的视频图像；摄像头的拍摄方向与测风激光雷达的测量方向相同，摄像头与测风激光雷达相对固定；当从视频图像中检测出飞机进入观测区域时，通过电机驱动摄像头和测风激光雷达在观测区域内跟随飞机；通过测风激光雷达测量飞机后方的风场回波数据；根据风场回波数据检测飞机的尾涡。通过摄像头可以使得测风激光雷达始终朝向飞机进行风场回波数据的测量，并从该风场回波数据中检测飞机的尾涡。由于测风激光雷达始终朝向飞机，保证始终可以捕获到尾涡的轨迹，具有较高的观测效率。本发明还提供了一种装置，同样具有上述有益效果。

Description

一种飞机尾涡光学探测方法及装置
技术领域
本发明涉及测风激光雷达技术领域，特别是涉及一种飞机尾涡光学探测方法以及一种飞机尾涡光学探测装置。
背景技术
飞机尾涡是由于飞机飞行时，由于飞机翼尖上下表面的压力差形成的一对绕着翼尖的狭长闭合涡旋，其强度大小则与飞机重量、飞行速度等许多因素相关。尾涡在飞机起飞和进近阶段会对其后跟随的飞机产生潜在的危害，因飞机在着陆和起飞阶段中的运行速度接近其失速速度，且与近地面没有充足的机动空间，尾涡湍流在该阶段的危害性极大。为了保护飞机免受尾涡危害，相关条例规定了飞机起飞和进近时的最小间隔，但这也限制了机场的吞吐量。目前，尾涡特征可以通过一些技术手段实现探测，高时空分辨率的多普勒相干激光雷达能够精确反演风场信息，飞机尾涡的参量可以通过激光雷达的探测反演得到，进而保证特定情况下的安全飞行间距，能在高峰期提高运输能力，降低机场的饱和度。
目前大部分激光雷达对飞机尾涡的监测是执行脚本扫描，即预先配置激光雷达扫描的方位角和俯仰角的执行脚本，在执行脚本的控制下对观测区域循环往复扫描。激光雷达传统扫描方式分为两种，一种是固定仰角，改变方位角的扫描模式，即PPI扫描模式；另一种是固定方位角，改变仰角的扫描模式，即RHI扫描模式。尾涡测量时主要应用RHI测量模式，对飞机飞行轨迹上的尾流进行垂直的剖面测量，进而对飞机尾涡的位置、特征、演变和消散过程进行解析。
但是，飞机进入雷达扫描区域的时间也未知，导致激光雷达在执行脚本循环扫描时并不能完全与飞机飞行时间同步，就会发生尾涡的缺测或者测量不完整的问题。另外，由于飞机起飞和着陆时通常需要逆风飞行，随着风向的改变，飞机的飞行轨迹也在变化，需要根据观测区域的变化进行人为干预调整脚本，改变雷达的方位和俯仰角再对目标区域进行扫描。执行脚本单一且编写复杂，实时监控飞机调整脚本造成大量人力物力消耗，大量的激光雷达测量数据和飞机进近和着陆时间无法匹配，造成观测效率低下，并不能有效捕捉尾涡以保障飞机飞行安全。因此，如何提高测风激光雷达的观测效率是本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种飞机尾涡光学探测方法，具有较高的观测效率；本发明的另一目的在于提供一种飞机尾涡光学探测装置，具有较高的观测效率。
为解决上述技术问题，本发明提供一种飞机尾涡光学探测方法，包括：
通过摄像头获取观测区域的视频图像；所述摄像头的拍摄方向与测风激光雷达的测量方向相同，所述摄像头与所述测风激光雷达相对固定；
当从所述视频图像中检测出飞机进入所述观测区域时，通过电机驱动所述摄像头和所述测风激光雷达在所述观测区域内跟随所述飞机；
通过所述测风激光雷达测量所述飞机后方的风场回波数据；
根据所述风场回波数据检测所述飞机的尾涡。
可选的，所述通过所述测风激光雷达测量所述飞机后方的风场回波数据包括：
通过所述测风激光雷达基于RHI扫描模式扫描所述飞机后方的空间，以测量所述飞机后方的风场回波数据。
可选的，所述根据所述风场回波数据检测所述飞机的尾涡包括：
根据所述风场回波数据提取出速度谱数据，以生成谱宽图像；
二值化所述谱宽图像以确定所述飞机的尾涡数据。
可选的，所述二值化所述谱宽图像以确定所述飞机的尾涡数据包括：
二值化所述谱宽图像以定位所述尾涡的两个涡核坐标；
所述通过所述测风激光雷达基于RHI扫描模式扫描所述飞机后方的空间包括：
固定所述测风激光雷达的方位角，以预设的中心俯仰角为中心，通过调整所述测风激光雷达的俯仰角对所述飞机后方的空间进行垂直的剖面扫描；
根据两个所述涡核坐标确定所述两个所述涡核坐标之间的中点坐标；
将所述中心俯仰角更新为所述中点坐标的俯仰角，循环执行所述以预设的中心俯仰角为中心，通过调整所述测风激光雷达的俯仰角对所述飞机后方的空间进行垂直的剖面扫描，至所述将所述中心俯仰角更新为所述中点坐标的俯仰角的步骤，直至所述测风激光雷达的扫描区域中的所述尾涡消散。
可选的，所述当从所述视频图像中检测出飞机进入所述观测区域时，通过电机驱动所述摄像头和所述测风激光雷达在所述观测区域内跟随所述飞机包括：
当从所述视频图像中检测出飞机进入所述观测区域时，计算所述飞机的飞机坐标与所述视频图像中预设的原点像素坐标之间的偏差值；
根据所述偏差值控制所述电机驱动所述摄像头和所述测风激光雷达转动，以使所述偏差值小于预设阈值；
当所述测风激光雷达的扫描区域中的所述尾涡消散，判断所述飞机是否仍位于所述观测区域，若是，则循环所述计算所述飞机的飞机坐标与所述视频图像中预设的原点像素坐标之间的偏差值，至所述判断所述飞机是否仍位于所述观测区域的步骤。
可选的，所述通过调整所述测风激光雷达的俯仰角对所述飞机后方的空间进行垂直的剖面扫描包括：
通过调整所述测风激光雷达的俯仰角对所述飞机后方的空间进行垂直的往复剖面扫描。
可选的，所述测风激光雷达俯仰角的调整范围不大于25°，所述测风激光雷达的扫描速度不大于2°/s。
本发明还提供了一种飞机尾涡光学探测装置，包括摄像头、测风激光雷达、电机和控制器；所述摄像头的拍摄方向与所述测风激光雷达的测量方向相同，所述摄像头与所述测风激光雷达相对固定；所述电机与所述摄像头和/或所述测风激光雷达驱动连接；
所述控制器用于：
通过摄像头获取观测区域的视频图像；
当从所述视频图像中检测出飞机进入所述观测区域时，通过电机驱动所述摄像头和所述测风激光雷达在所述观测区域内跟随所述飞机；
通过所述测风激光雷达测量所述飞机后方的风场回波数据；
根据所述风场回波数据检测所述飞机的尾涡。
可选的，所述摄像头固定于所述测风激光雷达的外壳体。
可选的，所述测风激光雷达与飞机跑道之间距离不小于1km。
本发明所提供的一种飞机尾涡光学探测方法，包括通过摄像头获取观测区域的视频图像；摄像头的拍摄方向与测风激光雷达的测量方向相同，摄像头与测风激光雷达相对固定；当从视频图像中检测出飞机进入观测区域时，通过电机驱动摄像头和测风激光雷达在观测区域内跟随飞机；通过测风激光雷达测量飞机后方的风场回波数据；根据风场回波数据检测飞机的尾涡。通过摄像头可以使得测风激光雷达始终朝向飞机进行风场回波数据的测量，并从该风场回波数据中检测飞机的尾涡。由于测风激光雷达始终朝向飞机，使得测风激光雷达测量数据和飞机的运动轨迹相互匹配，从而保证始终可以捕获到尾涡的轨迹，具有较高的观测效率。
本发明还提供了一种飞机尾涡光学探测装置，同样具有上述有益效果，在此不再进行赘述。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的一种飞机尾涡光学探测方法的流程图；
图2为本发明实施例所提供的一种飞机尾涡光学探测方法的原理图；
图3为本发明实施例所提供的一种二值化后的谱宽图像；
图4为本发明实施例所提供的一种具体的飞机尾涡光学探测方法的流程图；
图5为本发明实施例所提供的一种飞机尾涡光学探测装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种飞机尾涡光学探测方法。在现有技术中，大部分激光雷达对飞机尾涡的监测是执行脚本扫描，即预先配置激光雷达扫描的方位角和俯仰角的执行脚本，在执行脚本的控制下对观测区域循环往复扫描。但是，飞机进入雷达扫描区域的时间也未知，导致激光雷达在执行脚本循环扫描时并不能完全与飞机飞行时间同步，就会发生尾涡的缺测或者测量不完整的问题。
而本发明所提供的一种飞机尾涡光学探测方法，包括通过摄像头获取观测区域的视频图像；摄像头的拍摄方向与测风激光雷达的测量方向相同，摄像头与测风激光雷达相对固定；当从视频图像中检测出飞机进入观测区域时，通过电机驱动摄像头和测风激光雷达在观测区域内跟随飞机；通过测风激光雷达测量飞机后方的风场回波数据；根据风场回波数据检测飞机的尾涡。通过摄像头可以使得测风激光雷达始终朝向飞机进行风场回波数据的测量，并从该风场回波数据中检测飞机的尾涡。由于测风激光雷达始终朝向飞机，使得测风激光雷达测量数据和飞机的运动轨迹相互匹配，从而保证始终可以捕获到尾涡的轨迹，具有较高的观测效率。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1、图2以及图3，图1为本发明实施例所提供的一种飞机尾涡光学探测方法的流程图；图2为本发明实施例所提供的一种飞机尾涡光学探测方法的原理图；图3为本发明实施例所提供的一种二值化后的谱宽图像。
参见图1，在本发明实施例中，飞机尾涡光学探测方法包括：
S101：通过摄像头获取观测区域的视频图像。
参见图2，在本发明实施例中，所述摄像头的拍摄方向与测风激光雷达的测量方向相同，所述摄像头与所述测风激光雷达相对固定。有关摄像头与测风激光雷达的具体结构将在下述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。上述摄像头的拍摄方向需要与测风激光雷达的测量方向相同，从而使得摄像头的拍摄区域与测风激光雷达的测量区域大致相同。需要说明的是，在本发明实施例中通常需要通过摄像头实时获取观测区域的视频图像，即在下述步骤中，无论摄像头如何移动，在移动的同时均需要实时获取视频图像。
在本发明实施例中，首先会在飞机跑道的上方建立观测区域，飞机常规的飞行轨迹会经过上述观测区域，并且上述摄像头的拍摄区域以及测风激光雷达的测量区域可以在观测区域内扫动。在本步骤中，首先会通过摄像头获取观测区域的视频图像。即在本发明实施例中，摄像头通常是连续的获取观测区域的图像，以防止漏掉降落或起飞的飞机。
具体的，在本发明实施例中可以根据飞机进近下滑道角度、起飞角度和测风激光雷达探测距离设定上述观测区域，以测风激光雷达安装在跑道两端着陆点之间为例，假设雷达与最近跑道的垂直距离为D，雷达与跑道着陆点距离为D1，雷达波束测量距离为R，γ为飞机飞行角度，一般飞机下滑角度为3°，飞机起飞角度为6°，可取冗余角度γ＝10°，H为观测区域高度，L为观测区域长度，另外，可通过设定激光雷达方位角范围θ来限定观测区域：
Figure BDA0002541566740000071
S102：当从视频图像中检测出飞机进入观测区域时，通过电机驱动摄像头和测风激光雷达在观测区域内跟随飞机。
在本步骤中，通常会通过图像识别技术，检测视频图像中是否有飞机。若有，则说明有飞机进入了观测区域，需要控制摄像头以及测风激光雷达跟随飞机进行拍摄。具体的，在本步骤中，当通过图像识别技术在视频图像中检测出飞机进入观测区域时，具体会控制电机来驱动摄像头和测风激光雷达在观测区域内跟随飞机。通常情况下，当飞机飞离观测区域时，通常需要驱动电极在将摄像头以及测风激光雷达调整至朝向观测区域的中间区域，以便于下次对飞机进行观测。
有关通过电机驱动摄像头以及测风激光雷达跟随飞机的具体流程将在下述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。
S103：通过测风激光雷达测量飞机后方的风场回波数据。
当测风激光雷达通过摄像头锁定到飞机之后，在本步骤中可以通过测风激光雷达来测量飞机后方空间的风场回波数据，以便根据该风场回波数据对飞机的尾涡进行检测。有关风场回波数据的具体内容可以参考现有技术，有关测风激光雷达具体的测量流程将在下述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。
具体的，在本步骤中，通常会通过RHI扫描模式对飞机后方的空间进行扫描，即本步骤可以具体为：通过所述测风激光雷达基于RHI扫描模式扫描所述飞机后方的空间，以测量所述飞机后方的风场回波数据。
进一步的，由于尾涡存在下沉情况，在本发明实施例中通常在调整俯仰角进行RHI扫描时，具体会采用往复扫描的模式，即自上而下，再自下而上的扫描方式进行扫描；此时本步骤可以具体为：通过调整所述测风激光雷达的俯仰角对所述飞机后方的空间进行垂直的往复剖面扫描。
S104：根据风场回波数据检测飞机的尾涡。
在本步骤中，通常需要根据风场回波数据检测出飞机尾涡的长度，倾斜角度等尾涡参数，以便根据该尾涡参数实现对飞机起降的调控。有关上述尾涡参数的具体内容可以根据实际情况自行设定，在此不做具体限定。
参见图3，在本发明实施例中，本步骤可以具体包括：根据所述风场回波数据提取出速度谱数据，以生成谱宽图像；二值化所述谱宽图像以确定所述飞机的尾涡数据。测风激光雷达探测出的速度谱数据是背景风场速度谱数据和尾涡速度谱数据的叠加；将探测速度谱宽f，减去背景风场速度谱宽f0，可以得到尾涡速度谱宽Δf，若没有尾涡，探测速度谱宽与背景谱宽接近，尾涡速度谱宽近似为0；若有尾涡，在尾涡区域速度谱宽值会明显变大，其计算方法为：
Δf＝f-f0。
在本步骤中，当以生成谱宽图像之后，可以对该谱宽图像进行二值化处理，其中灰度值255表示有尾涡展宽，灰度值0表示无尾涡的背景风场展宽，通过查找二值化图像灰度值为255的数据可定位尾涡大概区域，从而实现对尾涡参数的测量。
本发明实施例所提供的一种飞机尾涡光学探测方法，包括通过摄像头获取观测区域的视频图像；摄像头的拍摄方向与测风激光雷达的测量方向相同，摄像头与测风激光雷达相对固定；当从视频图像中检测出飞机进入观测区域时，通过电机驱动摄像头和测风激光雷达在观测区域内跟随飞机；通过测风激光雷达测量飞机后方的风场回波数据；根据风场回波数据检测飞机的尾涡。通过摄像头可以使得测风激光雷达始终朝向飞机进行风场回波数据的测量，并从该风场回波数据中检测飞机的尾涡。由于测风激光雷达始终朝向飞机，使得测风激光雷达测量数据和飞机的运动轨迹相互匹配，从而保证始终可以捕获到尾涡的轨迹，具有较高的观测效率。
有关本发明所提供的一种飞机尾涡光学探测方法的具体内容将在下述发明实施例中做详细介绍。
请参考图4，图4为本发明实施例所提供的一种具体的飞机尾涡光学探测方法的流程图。
参见图4，在本发明实施例中，飞机尾涡光学探测方法包括：
S201：通过摄像头获取观测区域的视频图像。
本步骤与上述发明实施例中S101基本一致，详细内容请参考上述发明实施例，在此不再进行赘述。
S202：当从视频图像中检测出飞机进入观测区域时，计算飞机的飞机坐标与视频图像中预设的原点像素坐标之间的偏差值。
在本步骤中，具体会通过图像识别技术识别出飞机在视频图像内的坐标，即飞机坐标，然后根据该飞机坐标计算与原点像素坐标之间的偏差值。上述原点像素坐标通常位于视频图像的中心，以便于通过该原点像素坐标实现对飞机的追踪。具体的，以视频图像中心像素坐标O(x0,y0)为原点，当观测区域出现飞机目标，则记录飞机在视频图像中的像素坐标A(x1,y1)，同时计算两个坐标之间的距离偏差值e：
Figure BDA0002541566740000091
S203：根据偏差值控制电机驱动摄像头和测风激光雷达转动，以使偏差值小于预设阈值。
在本步骤中，会根据上述偏差值e向电机下发对应的指令，控制激光雷达扫描头向A点转动，当像素坐标距离偏差值e减小到阈值Tc，则成功定位飞机位置。
S204：固定测风激光雷达的方位角，以预设的中心俯仰角为中心，通过调整测风激光雷达的俯仰角对飞机后方的空间进行垂直的剖面扫描。
在本步骤中，具体会通过RHI扫描方式对飞机后方的空间进行垂直的剖面扫描，以获取飞机后方的风场回波数据。
具体的，在本步骤中，为了保证测风激光雷达的扫描精度，上述测风激光雷达俯仰角的调整范围通常不大于25°，所述测风激光雷达的扫描速度通常不大于2°/s。当然在本发明实施例中对于测风激光雷达的具体扫描参数并不做具体限定，视具体情况而定。
S205：根据风场回波数据提取出速度谱数据，以生成谱宽图像。
有关从风场回波数据中提取速度谱数据，并生成对应的谱宽图像的具体内容可以参考现有技术，在此不再进行赘述。
S206：二值化谱宽图像以定位尾涡的两个涡核坐标。
在本步骤中，具体会从二值化的谱宽图像中定位出尾涡的两个涡核坐标。具体的，在本步骤中通常会通过查找二值化的谱宽图像中尾涡区域内展宽最大值的位置，作为尾涡的中心，并得到两个涡核坐标。当然，在本步骤中除了得到两个涡核坐标之外，通常还需要得到上述尾涡的长度，倾斜角度等尾涡参数。
S207：根据两个涡核坐标确定两个涡核坐标之间的中点坐标。
在本步骤中，会根据两个涡核坐标确定两个涡核坐标之间的中点坐标。有关确定该中点坐标的具体方法可以参考现有技术，在此不再进行赘述。
S208：将中心俯仰角更新为中点坐标的俯仰角。
在本步骤中，会将上述中心俯仰角更新为中点坐标的俯仰角，以便在循环过程中以上述两个涡核坐标之间的中点为中心进行RHI扫描，以使测风激光雷达的扫描可以尽可能跟随尾涡变化。
在本步骤之后，需要循环执行所述以预设的中心俯仰角为中心，通过调整所述测风激光雷达的俯仰角对所述飞机后方的空间进行垂直的剖面扫描，至所述将所述中心俯仰角更新为所述中点坐标的俯仰角的步骤，即循环执行上述S204至S208的步骤，直至所述测风激光雷达的扫描区域中的所述尾涡消散，即测风激光雷达在一次RHI扫描过程中无法检测到尾涡。
S209：当测风激光雷达的扫描区域中的尾涡消散，判断飞机是否仍位于观测区域。
在本步骤中，当尾涡在测风激光雷达进行RHI扫描时从扫描区域中消散时，意味着需要移动测风激光雷达的方位角以继续跟踪飞机。具体的，在本步骤中会判断上述飞机是否仍在观测区域内，若是，则需要循环所述计算所述飞机的飞机坐标与所述视频图像中预设的原点像素坐标之间的偏差值，至所述判断所述飞机是否仍位于所述观测区域的步骤，即循环上述S202至S209，以实现对飞机的跟踪扫描。
当上述判断结果为否，即飞机不在观测区域内时，通常会将摄像头以及测风激光雷达的视角调整回朝向观测区域的中间，以便于下一趟飞机经过观测区域时对该飞机的尾涡进行检测。
本发明实施例所提供的一种飞机尾涡光学探测方法，具体可以通过摄像头的检测实现测风激光雷达始终跟随飞机，使得测风激光雷达测量数据和飞机的运动轨迹相互匹配，从而保证始终可以捕获到尾涡的轨迹，具有较高的观测效率。
下面对本发明实施例所提供的一种飞机尾涡光学探测装置进行介绍，下文描述的飞机尾涡光学探测装置与上文描述的飞机尾涡光学探测方法可相互对应参照。
请参考图5，图5为本发明实施例所提供的一种飞机尾涡光学探测装置的结构示意图。
参见图5，在本发明实施例中，飞机尾涡光学探测装置包括摄像头11、测风激光雷达12、电机和控制器13；所述摄像头11的拍摄方向与所述测风激光雷达12的测量方向相同，所述摄像头11与所述测风激光雷达12相对固定；所述电机与所述摄像头11和/或所述测风激光雷达12驱动连接；所述控制器13用于：通过摄像头11获取观测区域的视频图像；当从所述视频图像中检测出飞机进入所述观测区域时，通过电机驱动所述摄像头11和所述测风激光雷达12在所述观测区域内跟随所述飞机；通过所述测风激光雷达12测量所述飞机后方的风场回波数据；根据所述风场回波数据检测所述飞机的尾涡。
有关控制器13所执行的具体操作已在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。在本发明实施例中，为了保证摄像头11的拍摄方向与测风激光雷达12的测量方向相同，且摄像头11与测风激光雷达12相对固定，上述摄像头11通常固定于测风激光雷达12的外壳体，以保证摄像头11与测风激光雷达12相对固定。当然，上述摄像头11也可以通过其他的连接部件与测风激光雷达12相对固定连接，在本发明实施例中不做具体限定。
具体的，在本发明实施例中，所述测风激光雷达12与飞机跑道之间距离不小于1km，从而保证摄像头11定格画面可以拍摄飞机跑道上空足够长度范围。
本发明实施例所提供的一种飞机尾涡光学探测装置，通过摄像头11可以使得测风激光雷达12始终朝向飞机进行风场回波数据的测量，并从该风场回波数据中检测飞机的尾涡。由于测风激光雷达12始终朝向飞机，使得测风激光雷达12测量数据和飞机的运动轨迹相互匹配，从而保证始终可以捕获到尾涡的轨迹，具有较高的观测效率。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种飞机尾涡光学探测方法以及一种飞机尾涡光学探测装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种飞机尾涡光学探测方法，其特征在于，包括：
通过摄像头获取观测区域的视频图像；所述摄像头的拍摄方向与测风激光雷达的测量方向相同，所述摄像头与所述测风激光雷达相对固定；
当从所述视频图像中检测出飞机进入所述观测区域时，通过电机驱动所述摄像头和所述测风激光雷达在所述观测区域内跟随所述飞机；
通过所述测风激光雷达测量所述飞机后方的风场回波数据；
根据所述风场回波数据检测所述飞机的尾涡。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过所述测风激光雷达测量所述飞机后方的风场回波数据包括：
通过所述测风激光雷达基于RHI扫描模式扫描所述飞机后方的空间，以测量所述飞机后方的风场回波数据。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述风场回波数据检测所述飞机的尾涡包括：
根据所述风场回波数据提取出速度谱数据，以生成谱宽图像；
二值化所述谱宽图像以确定所述飞机的尾涡数据。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述二值化所述谱宽图像以确定所述飞机的尾涡数据包括：
二值化所述谱宽图像以定位所述尾涡的两个涡核坐标；
所述通过所述测风激光雷达基于RHI扫描模式扫描所述飞机后方的空间包括：
固定所述测风激光雷达的方位角，以预设的中心俯仰角为中心，通过调整所述测风激光雷达的俯仰角对所述飞机后方的空间进行垂直的剖面扫描；
根据两个所述涡核坐标确定所述两个所述涡核坐标之间的中点坐标；
将所述中心俯仰角更新为所述中点坐标的俯仰角，循环执行所述以预设的中心俯仰角为中心，通过调整所述测风激光雷达的俯仰角对所述飞机后方的空间进行垂直的剖面扫描，至所述将所述中心俯仰角更新为所述中点坐标的俯仰角的步骤，直至所述测风激光雷达的扫描区域中的所述尾涡消散。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述当从所述视频图像中检测出飞机进入所述观测区域时，通过电机驱动所述摄像头和所述测风激光雷达在所述观测区域内跟随所述飞机包括：
当从所述视频图像中检测出飞机进入所述观测区域时，计算所述飞机的飞机坐标与所述视频图像中预设的原点像素坐标之间的偏差值；
根据所述偏差值控制所述电机驱动所述摄像头和所述测风激光雷达转动，以使所述偏差值小于预设阈值；
当所述测风激光雷达的扫描区域中的所述尾涡消散，判断所述飞机是否仍位于所述观测区域，若是，则循环所述计算所述飞机的飞机坐标与所述视频图像中预设的原点像素坐标之间的偏差值，至所述判断所述飞机是否仍位于所述观测区域的步骤。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述通过调整所述测风激光雷达的俯仰角对所述飞机后方的空间进行垂直的剖面扫描包括：
通过调整所述测风激光雷达的俯仰角对所述飞机后方的空间进行垂直的往复剖面扫描。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述测风激光雷达俯仰角的调整范围不大于25°，所述测风激光雷达的扫描速度不大于2°/s。
8.一种飞机尾涡光学探测装置，其特征在于，包括摄像头、测风激光雷达、电机和控制器；所述摄像头的拍摄方向与所述测风激光雷达的测量方向相同，所述摄像头与所述测风激光雷达相对固定；所述电机与所述摄像头和/或所述测风激光雷达驱动连接；
所述控制器用于：
通过摄像头获取观测区域的视频图像；
当从所述视频图像中检测出飞机进入所述观测区域时，通过电机驱动所述摄像头和所述测风激光雷达在所述观测区域内跟随所述飞机；
通过所述测风激光雷达测量所述飞机后方的风场回波数据；
根据所述风场回波数据检测所述飞机的尾涡。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述摄像头固定于所述测风激光雷达的外壳体。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述测风激光雷达与飞机跑道之间距离不小于1km。
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