CN113968349A - 一种用于洒水直升机上的光电吊舱固定及信号传输装置 - Google Patents

一种用于洒水直升机上的光电吊舱固定及信号传输装置 Download PDF

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Abstract

一种用于洒水直升机上的光电吊舱固定及信号传输装置。包括用于固定光电吊舱的夹具和用于给光电吊舱传输信号的传感器仓；所述夹具包括夹具顶板、上管夹、下管夹、夹具底座、连接柱、减振顶板、减振底板、减振弹簧以及连接块；由减振顶板、减振弹簧和减振底板组成的减振系统用于将夹具底座与光电吊舱连接在一起；传感器仓包括数字姿态传感器、数据采集与通信电路板、压差测量与空速计算电路板、空速管、温度传感器、方位传感器和GPS信号接收器；传感器仓外壳与夹具顶板固定为一体。本装置独立于直升机外固定，可以搭载多种传感器并与光电吊舱进行数据传输，直升机驾驶员在本装置的帮助下能够提高吊桶洒水灭火的精准度。

Description

一种用于洒水直升机上的光电吊舱固定及信号传输装置
技术领域
本发明涉及直升机吊桶洒水灭火领域，具体地说，是涉及一种应用于直升机吊桶洒水灭火作业中的安装于直升机上的辅助装置。
背景技术
目前我国直升机吊桶洒水灭火主要依靠飞行员的经验和技术水平，然而有经验的飞行员并不多，且凭借经验操作的效果也并不太好。因此，为了使新老飞行员能够在飞行中更准确的锁定目标，就需要直升机添加一些能够辅助飞行员做出准确判断的外部辅助设备，例如可以锁定火点并测算距离的光电吊舱、可以反馈直升机飞行姿态的数字姿态传感器、可以反馈直升机在空中实时速度的空速计。但是直升机属于高精密设备，如果要在其自身结构和控制板上直接安装这些辅助设备不仅代价很大而且耗时长，所以，就需要发明一种可以直接安装在直升机外部的装置，这种装置能够搭载直升机洒水需要的若干传感器并与光电吊舱进行数据传输。
发明内容
为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供一种用于洒水直升机上的光电吊舱固定及信号传输装置，该种装置采用半封闭式的方形金属壳作为传感器仓的外壳，通过夹具经过减振后固定在直升机上的管状体处。传感器仓内搭载有数字姿态传感器、电路板和空速计控制电路盒等，传感器仓外部安装温度传感器和风速管，传感器通过电路板可以为终端提供直升机的实时飞行参数并与光电吊舱进行数据传输，同时传感器能够在直升机工作时导致的振动条件下正常工作，确保了对光电吊舱的固定及传输数据的稳定性。
本发明的技术方案是：本种用于洒水直升机上的光电吊舱固定及信号传输装置，包括用于固定光电吊舱3的夹具2和用于给光电吊舱传输信号的传感器仓1。其独特之处在于：
所述夹具包括夹具顶板4、上管夹5、下管夹6、夹具底座12、连接柱7、减振顶板11、减振底板10、减振弹簧8以及连接块9。
其中，上管夹连接孔13与顶板槽口35通过螺栓连接，下管夹连接孔36与底座槽口37通过螺栓连接，上管夹连接孔13与下管夹连接孔36通过螺栓紧密连接在一起，夹具顶板4、上管夹5、下管夹6、夹具底座12紧密连接成一个整体；夹具底座连接孔38与连接柱7通过螺栓连接，连接柱7与减振底板连接孔42通过螺栓连接，夹具底座12通过连接柱7与减振底板10连接在一起；减振底板弹簧连接孔41与减振弹簧8通过螺栓连接，减震弹簧8与减振顶板弹簧连接孔39通过螺栓连接，减振顶板连接孔40与连接块减振连接孔44通过螺栓连接，连接块吊舱连接孔43用于和光电吊舱3通过螺栓连接，由减振顶板11、减振弹簧8和减振底板10组成的减振系统用于将夹具底座12与光电吊舱3连接在一起。
所述传感器仓具有传感器仓外壳17和传感器仓顶板16以及数字姿态传感器46、数据采集与通信电路板47、压差测量与空速计算电路板48、空速管18、电缆格兰头19、温度传感器20、航空插头一14、航空插头二15、方位传感器49和GPS信号接收器51；传感器仓顶板16与传感器仓外壳17通过螺栓连接。
GPS信号接收器51通过与GPS连接孔30螺栓连接，紧固于传感器仓顶板16上，用于将卫星发射的无线电信号的电磁波能量变换成接收电子器件可摄取的信号，并将获得的数据信息传输至数据采集与通信电路板47。
所述数字姿态传感器经由穿过姿态传感器连接孔54的螺栓紧固于传感器仓外壳17，用于将三维姿态与方位输出至数据采集与通信电路板47。
所述方位传感器与空速管，分别通过螺栓紧固于传感器仓外壳上，所述方位传感器用于实时提供移动物体的航向和姿态；所述压差测量与空速计算电路板，紧固于传感器仓外壳17的底部，所述压差测量与空速计算电路板用于接收空速管18传输的空气流动数据后，通过计算空气动压和静压之差来计算空气流动速度，并将空速测量结果发送至数据采集与通信电路板47。
所述温度传感器用于将测量的空气温度信息传递至数据采集与通信电路板47进行汇总与分析。
航空插头一14通过航插一中心孔28进行定位，并通过航插一连接孔21的螺栓连接紧固于传感器仓外壳17；所述航空插头一用于和光电吊舱3进行连接，将光电吊舱测量的视图信息以及距离信息汇总至数据采集与通信电路板47；航空插头二15通过航插二中心孔27进行定位，并通过航插二连接孔22的螺栓连接紧固于传感器仓外壳17。
数据采集与通信电路板47与电路板连接孔52通过螺栓连接，紧固于传感器仓外壳17的底板；
所述数据采集与通信电路板，具有如下功能：
两个RS232接口与两个北斗/GPS相连，接收光电吊舱的地理坐标信息，当只收到一个坐标时，仍可以显示其地理坐标位置；当两个RS232接口同时接收坐标信息时，计算两个坐标的均值，通过坐标信息解算出运动方位和相对于地面的运动速度；UART1接口与加速度传感器和方位传感器相连，将光电吊舱在XYZ三个方向上的加速度信息以及航向姿态信息通过UART1接口传输至MCU单片机，进行整合分析与计算，加速度信息用于短时间的惯性导航和在数据缺失的时候计算空间位置的变化；UART2接口与光电吊舱中的激光测距仪相连，可测量出光电吊舱距离地面的垂直高度；隔离485接口2，与压差测量与空速计算电路板48进行连接，将空速管的动压与静压传输给压差测量传感器及解算电路，从而获得吊舱在飞行过程中的空速，并将测量空速传递给MCU进行综合分析与汇总；隔离485接口1，与usb-485转换器68进行连接，将测量数据通过485通讯的方式上传到usb-485转换模块，通过USB接口进入上位计算机，同时可以接收来自上位机的命令，完成对光电吊舱的控制；LAN1接口用于直接与上位计算机相连或者通过usb-以太网转换器67与上位机连接；利用LAN转发电路，将LAN1的信号与LAN2信号互相转发，以使得光电吊舱的视频信号可以通过LAN2将图像数据传输到上位机；UART3接口用于和光电吊舱相连，负责控制光电吊舱的运动；数据采集与通信电路板47完成对数据的采集后，利用485总线统一向直升机的控制终端发送。
传感器仓连接孔29与夹具顶板传感器仓连接孔34通过螺栓连接，以使得传感器仓外壳17与夹具顶板4固定为一体。
此外，优选地，本装置还包括一个供电与数据转换中心58、笔记本控制终端57以及辅助屏幕56。
所述供电与数据转换中心包括：电源66、usb-以太网转换器67、usb-485转换器68、启动开关60、航空插头三62、航空插头四63、航空插头五64、转换中心顶板59以及转换中心外壳61。
所述电源能够通过航空插头二15与航空插头三62的连接通道为传感器仓1内的所有传感器以及光电吊舱供电；usb-网线转换器67用于将usb信号转换为网线信号进行传输；usb-485转换器68用于将usb信号转换为485信号进行通讯；
所述笔记本电脑控制终端与所述传感器仓之间使用USB-485转换器68和USB-以太网转换器67作为中转，在所述供电与数据转换中心得到一个RS485端口和一个100M以太网口，RS485端口用于读取传感器仓1中各个传感器的数据以及光电吊舱的姿态数据，并将吊舱控制命令发送到传感器仓1，由传感器仓1转发给光电吊舱。
所述传感器仓1、供电与数据转换中心58、笔记本控制终端57以及辅助屏幕56通过以下连接来完成控制流程：
所述笔记本控制终端通过usb-航空插头连接线与航空插头五64进行连接，所述航空插头五通过网线连接到所述usb-以太网转换器67，所述usb-以太网转换器67能够提供USB扩展端口和以太网扩展端口，USB端口再扩展一个USB-485转换器68，以太网端口用于连接光电吊舱的网口输出，USB-485转换器68端口连接光电吊舱的运动控制端口，所述USB-485转换器端口能够读取光电吊舱的三轴状态，并完成对光电吊舱运动的控制；航空插头三62与航空插头二15进行连接，为传感器仓1供电并收集测量信息，通过航空插头二15与光电吊舱的连接通道，光电吊舱将测量的信息传递至传感器仓1；航空插头四63与辅助屏幕相连，为其供电；辅助屏幕通过HDMI-VGA连接线与笔记本控制终端连接，辅助观察测量信息；电源36为传感器仓1、辅助屏幕以及光电吊舱供电。
本发明具有如下有益效果：本装置中的夹具能够被快捷地安装在直升机的外部，例如底部支架上，与夹具一体的传感器仓能够搭载各种传感器并与光电吊舱进行数据传输，将各种传感器和光电吊舱采集的数据进行处理并传输到控制终端，控制终端能够以无线投屏的方式向飞行员显示直升机的实时动态及直升机与目标火点的空间位置信息，并测算出最佳洒水时间。由此，使得新老飞行员都能够在飞行中准确的锁定目标并成功洒中火点。并且，本发明所使用的控制终端以及为电路板和光电吊舱供电的电源均是独立于直升机外的设备，未与直升机本身发生丝毫干涉，由此保证本装置不会影响到直升机的正常工作，同时便于安装。
附图说明
图1为本发明所述装置与光电吊舱的连接示意图。
图2为本发明所述装置中夹具的结构示意图。
图3为本发明所述装置中夹具的上管夹结构示意图。
图4为本发明所述装置中的传感器仓结构示意图。
图5为传感器仓外壳结构示意图。
图6为传感器仓外壳俯视图。
图7为传感器仓的顶板结构示意图。
图8为夹具顶板结构示意图。
图9为本发明所述装置中夹具的下管夹结构示意图。
图10为夹具底座结构示意图。
图11为夹具的减振顶板结构示意图。
图12为夹具的减振底板结构示意图。
图13为夹具的连接块结构示意图。
图14为传感器仓内部包含的传感器示意图。
图15为本发明所述装置应用时的通讯控制连接示意图。
图16为本发明所述装置中供电与转换中心外部示意图。
图17为本发明所述装置中供电与数据转换中心内部传感器示意图。
图18为本发明所述装置中供电与数据转换中心外壳示意图。
图19为本发明所述装置中供电与数据转换中心顶板结构示意图。
图20为本发明所述装置中的传感器仓数据采集与通信电路板内部通讯原理示意图。
图中1-传感器仓；2-夹具；3-光电吊舱；4-夹具顶板；5-上管夹；6-下管夹；7-连接柱；8-减振弹簧；9-连接块；10-减振底板；11-减振顶板；12-夹具底座；13-上管夹连接孔；14-航空插头一；15-航空插头二；16—传感器仓顶板；17-传感器仓外壳；18-空速管；19-电缆格兰头；20-温度传感器；21-传感器仓航插一连接孔；22-传感器仓航插二连接孔；23-传感器仓温度孔；24-传感器仓格兰孔；25-传感器仓风速连接孔；26-温度传感器连接孔；27-传感器仓航插二中心孔；28-传感器仓航插一中心孔；29-传感器仓连接孔；30-GPS连接孔；31-传感器仓顶板连接孔；32-传感器仓顶板固定孔；33-转换中心顶板连接孔；34-夹具顶板传感器仓连接孔；35-顶板槽口；36-下管夹连接孔；37-底座槽口；38-夹具底座连接孔；39-减振顶板弹簧连接孔；40-减振顶板连接孔；41-减振底板弹簧连接孔；42-减振底板连接孔；43-连接块吊舱连接孔；44-连接块减振连接孔；45-开关中心孔；46-数字姿态传感器；47-数据采集与通信电路板；48-压差测量与空速计算电路板；49-方位传感器；50-开关连接孔；51-GPS信号接收器；52-电路板连接孔；53-空速管连接孔；54-姿态传感器连接孔；55-方位传感器连接孔；56-辅助屏幕；57-笔记本控制终端；58-供电与数据转换中心；59-转换中心顶板；60-启动开关；61-转换中心外壳；62-航空插头三；63-航空插头四；64-航空插头五；65-转换中心外壳连接孔；66-电源；67-usb-以太网转换器；68-usb-485转换器；69-航插四连接孔；70-航插五连接孔；71-航插五中心孔；72-航插四中心孔；73-航插三中心孔；74-航插三连接孔；75-485连接孔；76-网线连接孔；77-电源连接孔。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，本装置用于将光电吊舱挂载在直升机的外部并向光电吊舱传输信号。
如图2、图3、图8、图9、图10、图11、图12和图13所示：夹具装置包括：夹具顶板4、上管夹5、下管夹6、夹具底座12、连接柱7、减振顶板11、减振底板10、减振弹簧8以及连接块9。上管夹连接孔13与顶板槽口35通过螺栓连接，下管夹连接孔36与底座槽口37通过螺栓连接，即上管夹连接孔13与下管夹连接孔36通过螺栓紧密连接在一起，因此所述的夹具顶板4、上管夹5、下管夹6、夹具底座12通过螺栓紧密连接成一个整体；夹具底座连接孔38与连接柱7通过螺栓连接，所述的连接柱7与减振底板连接孔42通过螺栓连接，则夹具底座12通过连接柱7与减振底板10连接在一起；减振底板弹簧连接孔41与减振弹簧8通过螺栓连接，所述的减震弹簧8与减振顶板弹簧连接孔39通过螺栓连接，减振顶板连接孔40与连接块减振连接孔44通过螺栓连接，所述的连接块吊舱连接孔43与光电吊舱3通过螺栓连接，则由减振顶板11、减振弹簧8、减振底板10组成的减振系统将夹具底板12与光电吊舱3连接在一起，所述的减振动系统充分吸收了因直升机振动而产生的能量。
当所夹持的管径变大时，可以旋转底座槽口37下的螺母，使上管夹5与下管夹6分离，调整二者之间的距离，直至使其适应于所夹管径的直径，再将螺母旋紧即可；当所夹持的管径变小时，旋转底座槽口37下的螺母，在满足强度要求的前提下，由于上管夹连接孔13与下管夹连接孔36内的螺栓直径小于所述的连接孔的直径，因此可将所述的螺栓向右移动，缩小上管夹13与下管夹36所形成孔的直径，直至满足管径要求。而且采用“三角形”的夹持方法，使得夹具的作用力更加稳固，在由减振底板10、减振顶板11、减振弹簧8以及连接块9组成的减振系统的辅助下，避免了载体在运动过程中产生的晃动和风载直接作用于吊舱系统上，以确保吊舱的观测精度以及飞行安全。
本发明所给出的夹具在上管夹与下管夹的相互作用下可适应不同管径大小，减振系统可吸收外界的风载与振动产生的能量，既提高了光电吊舱的使用范围，又为吊舱测量精度提供了保障，将提高直升机在森林灭火、抗洪救灾、低空侦查等任务当中的执行效率。
如图5、6、7、14和20所示，传感器仓包括：数字姿态传感器46、数据采集与通信电路板47、压差测量与空速计算电路板48、空速管18、电缆格兰头19、温度传感器20、传感器仓外壳17、传感器仓顶板16、航空插头一14、航空插头二15、方位传感器49、GPS信号接收器51；传感器仓顶板连接孔与传感器仓外壳连接孔通过螺栓连接，使传感器仓顶板与传感器仓外壳紧密连接在一起，为所有传感器提供稳定、安全的工作环境。
GPS信号接收器通过与GPS连接孔螺栓连接，紧固于传感器仓顶板，可将卫星发射的无线电信号的电磁波能量变换成接收电子器件可摄取的信号，并将获得的数据信息传输至数据采集与通信电路板。数字姿态传感器通过姿态传感器连接孔的螺栓连接紧固于传感器仓外壳，将得到当前传感器仓的三维姿态与方位等数据，实时输出至数据采集与通信电路板进行整合与分析。传感器仓的姿态与飞机姿态保持一致；所述的方位传感器与方位传感器连接孔通过螺栓连接，紧固于传感器仓外壳，所述的方位传感器是重要的导航工具，能实时提供移动物体的航向和姿态，且具有抗摇动和抗振性、航向精度较高、对干扰磁场有电子补偿、可集成到控制回路中进行数据链接等优点。
空速管与空速管连接孔通过螺栓连接，紧固于传感器仓外壳；所述的压差测量与空速计算电路板与空速连接孔通过螺栓连接，紧固于传感器仓外壳的底部，所述的压差测量与空速计算电路板上有压差传感器以及相应的数据处理装置，接收空速管传输的空气流动数据后，通过计算空气动压和静压之差来计算空气流动速度，并将空速测量结果发送至数据采集与通信电路板。电缆格兰头通过格兰连接孔的螺纹连接，使其紧固于传感器仓外壳，所述的电缆格兰头将电缆锁紧使其不产生轴向位移与径向的旋转，并为电缆提供防尘防水的工作环境，同时也为传感器仓的内部密封环境提供了保障。
温度传感器通过温度中心孔进行定位，并与温度连接孔通过螺栓连接紧固于传感器仓外壳，将测量的空气温度信息传递至数据采集与通信电路板进行汇总与分析。航空插头一通过航插一中心孔进行定位，并通过航插一连接孔的螺栓连接紧固于传感器仓外壳；所述的航空插头一与光电吊舱进行连接，将光电吊舱测量的视图信息以及距离信息汇总至数据采集与通信电路板；航空插头二通过航插二中心孔进行定位，并通过航插二连接孔的螺栓连接紧固于传感器仓外壳；数据采集与通信电路板与电路板连接孔通过螺栓连接，紧固于传感器仓外壳的底板所述的数据采集与通信电路板，包括MCU单片机以及隔离485、LAN（以太网口）、UART、RS232等接口，按照如下模式工作如下：两个RS232接口与两个北斗/GPS相连，接收光电吊舱的地理坐标信息，当只收到一个坐标时，仍可以显示其地理坐标位置；当两个RS232接口同时接收坐标信息时，计算两个坐标的均值，可以提高坐标精度，通过坐标信息可以解算出运动方位和相对于地面的运动速度；UART1接口与加速度传感器和方位传感器相连，将光电吊舱的在XYZ三个方向上的加速度信息以及航向姿态信息通过UART1接口传输至MCU单片机，进行整合分析与计算，加速度信息可以用于短时间的惯性导航，用于在部分数据缺失的时候计算空间位置的变化；UART2接口与激光测距仪相连，可测量出光电吊舱距离地面的垂直高度；整个系统使用隔离电源与外部电源连接，外部电源的电压可以使用DC9-36V；隔离485接口2，与压差测量与空速计算电路板进行连接，将空速管的动压与静压传输给压差测量传感器及解算电路，从而获得吊舱在飞行过程中的空速，并将测量空速传递给MCU进行综合分析与汇总；隔离485接口1，与usb-485转换器进行连接，将各种测量数据通过485通讯的方式上传到usb-485转换模块，并最终通过USB接口进入上位计算机，同时可以接收来自上位机的命令，完成对光电吊舱的控制；LAN1接口可以直接与上位计算机相连，也可以通过usb-以太网转换器与上位机连接；数据采集与通信控制板上有LAN转发电路，可以将LAN1的信号与LAN2信号互相转发，光电吊舱的视频信号可以通过LAN2将图像数据传输到上位机；UART3接口与光电吊舱相连，负责控制光电吊舱的运动；所述的各接口将信息传输至MCU进行汇总与分析并上传至上位机，从而完成对传感器舱以及光电吊舱的控制与数据采集所述的数据采集与通信电路板完成各个传感器数据的采集，然后打包利用485总线统一发送到笔记本控制终端3。
如图15所示，为本发明所述装置应用时的通讯控制连接示意图。包括供电与数据转换中心、笔记本控制终端以及辅助屏幕。本发明所述装置中的夹具将传感器仓和光电吊舱安装在直升外部，搭载各种传感器并与光电吊舱进行数据传输，将各种传感器和光电吊舱采集的数据进行处理并传输到笔记本控制终端，笔记本控制终端再以投屏的方式告知飞行员直升机的实时动态及直升机与目标火点的空间位置信息，并测算出最佳洒水时间，使新老飞行员都能够在飞行中准确的锁定目标并成功洒中火点。供电与数据转换中心可以保证使用的终端及为电路板和光电吊舱供电的电源均为独立于直升机外的设备，从而确保直升机的正常运行不会受到影响。
供电与数据转换中心包括：电源36、usb-以太网转换器、usb-485转换器、启动开关、航空插头三、航空插头四、航空插头五、转换中心顶板、转换中心外壳；转换中心顶板连接孔与转换中心外壳连接孔通过螺栓连接，使转换中心顶板与转换中心外壳紧密连接在一起，为电子器件提供稳定的工作环境；电源通过与电源连接孔的螺栓连接，紧固于转换中心外壳的底板，为供电与转换中心的电子器件供电，并通过航空插头二与航空插头三连接通道为传感器仓内的所有传感器以及光电吊舱供电；usb-网线转换器通过网线连接孔的螺栓连接紧固于转换中心外壳的底部，可将usb信号转换为网线信号进行传输；usb-485转换器通过与485连接孔的螺栓连接，紧固于转换中心外壳，将usb信号转换为485信号进行通讯。
笔记本电脑控制终端到传感器仓可以使用USB-485转换器和USB-以太网转换器作为中转，在供电与数据转换中心得到一个RS485端口和一个100M以太网口，RS485端口用于读取传感器仓中各个传感器的数据以及光电吊舱的姿态数据，并将吊舱控制命令发送到传感器仓，由传感器仓转发给光电吊舱；启动开关通过开关中心孔进行定位，并与开关连接孔通过螺栓连接紧固于转换中心顶板，控制转换中心的供电以及信号传输；航空插头三通过航插三中心孔进行定位，并与航插三连接孔通过螺栓连接，紧固于转换中心外壳；航空插头四通过航插四中心孔进行定位，并与航插四连接孔通过螺栓连接，紧固于转换中心外壳；航空插头五通过航插五中心孔进行定位，并与航插五连接孔通过螺栓连接，紧固于转换中心外壳。
传感器仓、供电与数据转换中心、笔记本控制终端3以及辅助屏幕4通过以下连接来完成控制流程：
笔记本控制终端通过usb-航空插头连接线与航空插头五进行连接，所述的航空插头五通过网线连接到usb-以太网转换器， usb-以太网转换器能够提供USB扩展端口和以太网扩展端口，USB端口再扩展一个USB-485转换器，以太网端口用于连接光电吊舱的网口输出，USB-485转换器端口连接光电吊舱的运动控制端口， USB-485转换器端口还可以读取光电吊舱的三轴状态，并完成对光电吊舱运动的控制；航空插头三与航空插头二进行连接，为传感器仓供电并收集其测量信息，通过航空插头二与光电吊舱的连接通道，吊舱将测量的信息传递至传感器仓；航空插头四与辅助屏幕相连，为其供电；同时，辅助屏幕通过HDMI-VGA连接线与笔记本控制终端连接，辅助观察测量信息；电源为传感器仓、辅助屏幕以及光电吊舱供电。
如图20所示，数据采集与通信电路板，包括MCU单片机以及隔离485、LAN（以太网口）、UART、RS232等接口，具体工作如下：两个RS232接口与两个北斗/GPS相连，接收光电吊舱的地理坐标信息，当只收到一个坐标时，仍可以显示其地理坐标位置；当两个RS232接口同时接收坐标信息时，计算两个坐标的均值，可以提高坐标精度，通过坐标信息可以解算出运动方位和相对于地面的运动速度；UART1接口与加速度传感器和方位传感器相连，将光电吊舱的在XYZ三个方向上的加速度信息以及航向姿态信息通过UART1接口传输至MCU单片机，进行整合分析与计算，加速度信息可以用于短时间的惯性导航，用于在部分数据缺失的时候计算空间位置的变化；UART2接口与激光测距仪相连，可测量出光电吊舱距离地面的垂直高度；整个系统使用隔离电源与外部电源连接，外部电源的电压可以使用DC9-36V；隔离485接口2，与压差测量与空速计算电路板进行连接，将空速管的动压与静压传输给压差测量传感器及解算电路，从而获得吊舱在飞行过程中的空速，并将测量空速传递给MCU进行综合分析与汇总；隔离485接口1，与usb-485转换器进行连接，将各种测量数据通过485通讯的方式上传到usb-485转换模块，并最终通过USB接口进入上位计算机，同时可以接收来自上位机的命令，完成对光电吊舱的控制；LAN1接口可以直接与上位计算机相连，也可以通过usb-以太网转换器与上位机连接；数据采集与通信控制板上有LAN转发电路，可以将LAN1的信号与LAN2信号互相转发，光电吊舱的视频信号可以通过LAN2将图像数据传输到上位机；UART3接口与光电吊舱相连，负责控制光电吊舱的运动；所述的各接口将信息传输至MCU进行汇总与分析并上传至上位机，从而完成对传感器舱以及光电吊舱的控制与数据采集所述的数据采集与通信电路板完成各个传感器数据的采集，然后打包利用485总线统一发送到笔记本控制终端。
本发明的工作过程如下：本装置安装在直升外部，包括传感器仓、供电与数据转换中心、笔记本控制终端以及辅助屏幕。传感器仓主要收集光电吊舱的图像以及高度、距离等信息，通过数据采集与控制电路板完成各个传感器数据采集，然后打包利用485总线以供电与数据转换中心为媒介，发送给笔记本控制终端；所述的供电与数据转换中心，给传感器仓、辅助屏幕以及光电吊舱供电，且将来自于传感器仓的报文进行解析，以网线通讯和485通讯的方式传输给笔记本控制终端，提高了数据传输的可靠性以及时效性；笔记本控制终端以及辅助屏幕将供电与数据转换中心的报文进行解析，将光电吊舱的测量信息以及传感器仓的测量信息如实时高度、图像信息、风速、俯仰角、温度等数据进行处理并传输到终端，终端再以投屏的方式告知飞行员直升机的实时动态及直升机与目标火点的空间位置信息，并测算出最佳洒水时间，使新老飞行员都能够在飞行中准确的锁定目标并成功洒中火点。

Claims (2)

1.一种用于洒水直升机上的光电吊舱固定及信号传输装置，包括用于固定光电吊舱（3）的夹具（2）和用于给光电吊舱传输信号的传感器仓（1）；其特征在于：
所述夹具包括夹具顶板（4）、上管夹（5）、下管夹（6）、夹具底座（12）、连接柱（7）、减振顶板（11）、减振底板（10）、减振弹簧（8）以及连接块（9）；
其中，上管夹连接孔（13）与顶板槽口（35）通过螺栓连接，下管夹连接孔（36）与底座槽口（37）通过螺栓连接，上管夹连接孔（13）与下管夹连接孔（36）通过螺栓紧密连接在一起，夹具顶板（4）、上管夹（5）、下管夹（6）、夹具底座（12）紧密连接成一个整体；夹具底座连接孔（38）与连接柱（7）通过螺栓连接，连接柱（7）与减振底板连接孔（42）通过螺栓连接，夹具底座（12）通过连接柱（7）与减振底板（10）连接在一起；减振底板弹簧连接孔（41）与减振弹簧（8）通过螺栓连接，减震弹簧（8）与减振顶板弹簧连接孔（39）通过螺栓连接，减振顶板连接孔（40）与连接块减振连接孔（44）通过螺栓连接，连接块吊舱连接孔（43）用于和光电吊舱（3）通过螺栓连接，由减振顶板（11）、减振弹簧（8）和减振底板（10）组成的减振系统用于将夹具底座（12）与光电吊舱（3）连接在一起；
所述传感器仓具有传感器仓外壳（17）和传感器仓顶板（16）以及数字姿态传感器（46）、数据采集与通信电路板（47）、压差测量与空速计算电路板（48）、空速管（18）、电缆格兰头（19）、温度传感器（20）、航空插头一（14）、航空插头二（15）、方位传感器（49）和GPS信号接收器（51）；传感器仓顶板（16）与传感器仓外壳（17）通过螺栓连接；
GPS信号接收器（51）通过与GPS连接孔（30）螺栓连接，紧固于传感器仓顶板（16）上，用于将卫星发射的无线电信号的电磁波能量变换成接收电子器件可摄取的信号，并将获得的数据信息传输至数据采集与通信电路板（47）；
所述数字姿态传感器经由穿过姿态传感器连接孔（54）的螺栓紧固于传感器仓外壳（17），用于将三维姿态与方位输出至数据采集与通信电路板（47）；
所述方位传感器与空速管，分别通过螺栓紧固于传感器仓外壳上，所述方位传感器用于实时提供移动物体的航向和姿态；所述压差测量与空速计算电路板，紧固于传感器仓外壳（17）的底部，所述压差测量与空速计算电路板用于接收空速管（18）传输的空气流动数据后，通过计算空气动压和静压之差来计算空气流动速度，并将空速测量结果发送至数据采集与通信电路板（47）；
所述温度传感器用于将测量的空气温度信息传递至数据采集与通信电路板（47）进行汇总与分析；
航空插头一（14）通过航插一中心孔（28）进行定位，并通过航插一连接孔（21）的螺栓连接紧固于传感器仓外壳（17）；所述航空插头一用于和光电吊舱（3）进行连接，将光电吊舱测量的视图信息以及距离信息汇总至数据采集与通信电路板（47）；航空插头二（15）通过航插二中心孔（27）进行定位，并通过航插二连接孔（22）的螺栓连接紧固于传感器仓外壳（17）；
数据采集与通信电路板（47）与电路板连接孔（52）通过螺栓连接，紧固于传感器仓外壳（17）的底板；
所述数据采集与通信电路板，具有如下功能：
两个RS232接口与两个北斗/GPS相连，接收光电吊舱的地理坐标信息，当只收到一个坐标时，仍可以显示其地理坐标位置；当两个RS232接口同时接收坐标信息时，计算两个坐标的均值，通过坐标信息解算出运动方位和相对于地面的运动速度；UART1接口与加速度传感器和方位传感器相连，将光电吊舱在XYZ三个方向上的加速度信息以及航向姿态信息通过UART1接口传输至MCU单片机，进行整合分析与计算，加速度信息用于短时间的惯性导航和在数据缺失的时候计算空间位置的变化；UART2接口与光电吊舱中的激光测距仪相连，可测量出光电吊舱距离地面的垂直高度；隔离485接口2，与压差测量与空速计算电路板（48）进行连接，将空速管的动压与静压传输给压差测量传感器及解算电路，从而获得吊舱在飞行过程中的空速，并将测量空速传递给MCU进行综合分析与汇总；隔离485接口1，与usb-485转换器（68）进行连接，将测量数据通过485通讯的方式上传到usb-485转换模块，通过USB接口进入上位计算机，同时可以接收来自上位机的命令，完成对光电吊舱的控制；LAN1接口用于直接与上位计算机相连或者通过usb-以太网转换器（67）与上位机连接；利用LAN转发电路，将LAN1的信号与LAN2信号互相转发，以使得光电吊舱的视频信号可以通过LAN2将图像数据传输到上位机；UART3接口用于和光电吊舱相连，负责控制光电吊舱的运动；数据采集与通信电路板（47）完成对数据的采集后，利用485总线统一向直升机的控制终端发送；
传感器仓连接孔（29）与夹具顶板传感器仓连接孔（34）通过螺栓连接，以使得传感器仓外壳（17）与夹具顶板（4）固定为一体。
2.根据权利要求1所述的一种用于洒水直升机上的光电吊舱固定及信号传输装置，其特征在于：
所述装置还包括一个供电与数据转换中心（58）、笔记本控制终端（57）以及辅助屏幕（56）；
所述供电与数据转换中心包括：电源（66）、usb-以太网转换器（67）、usb-485转换器（68）、启动开关（60）、航空插头三（62）、航空插头四（63）、航空插头五（64）、转换中心顶板（59）以及转换中心外壳（61）；
所述电源能够通过航空插头二（15）与航空插头三（62）的连接通道为传感器仓（1）内的所有传感器以及光电吊舱供电；usb-网线转换器（67）用于将usb信号转换为网线信号进行传输；usb-485转换器（68）用于将usb信号转换为485信号进行通讯；
所述笔记本电脑控制终端与所述传感器仓之间使用USB-485转换器（68）和USB-以太网转换器（67）作为中转，在所述供电与数据转换中心得到一个RS485端口和一个100M以太网口，RS485端口用于读取传感器仓（1）中各个传感器的数据以及光电吊舱的姿态数据，并将吊舱控制命令发送到传感器仓（1），由传感器仓（1）转发给光电吊舱；
所述传感器仓（1）、供电与数据转换中心（58）、笔记本控制终端（57）以及辅助屏幕（56）通过以下连接来完成控制流程：
所述笔记本控制终端通过usb-航空插头连接线与航空插头五（64）进行连接，所述航空插头五通过网线连接到所述usb-以太网转换器（67），所述usb-以太网转换器(67)能够提供USB扩展端口和以太网扩展端口，USB端口再扩展一个USB-485转换器(68)，以太网端口用于连接光电吊舱的网口输出，USB-485转换器(68)端口连接光电吊舱的运动控制端口，所述USB-485转换器端口能够读取光电吊舱的三轴状态，并完成对光电吊舱运动的控制；航空插头三（62）与航空插头二（15）进行连接，为传感器仓（1）供电并收集测量信息，通过航空插头二（15）与光电吊舱的连接通道，光电吊舱将测量的信息传递至传感器仓（1）；航空插头四（63）与辅助屏幕相连，为其供电；辅助屏幕通过HDMI-VGA连接线与笔记本控制终端连接，辅助观察测量信息；电源（36）为传感器仓（1）、辅助屏幕以及光电吊舱供电。
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