CN205385554U - 一种基于头盔控制的红外光电吊舱装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于头盔控制的红外光电吊舱装置，包括头盔、头盔面板显示单元、头部位置探测单元、信号处理单元及转动单元，头盔面板显示单元、头部位置探测单元及信号处理单元分别设于头盔上，转动单元设于吊舱上并与信号处理单元连接；头盔面板显示单元用于实时显示红外视频及可见光视频，并控制吊舱的通电断电、目标定位锁定及红外聚焦；头部位置探测单元用于检测头部的姿态信息；信号处理单元用于根据姿态信息，解算出相应的姿态角信息并发送至转动单元；转动单元用于驱动吊舱。采用本实用新型，通过头盔控制吊舱的运动，可以消除操作人员高空巡检视的角限制，有效地带动吊舱快速随动到目标设备进行定位，有利于提高巡线效率。

Description

一种基于头盔控制的红外光电吊舱装置

技术领域

本实用新型涉及电网高空智能巡线以及目标智能追踪领域，尤其涉及一种基于头盔控制的红外光电吊舱装置。

背景技术

直升机要在空中完成对目标的探测和跟踪任务，需要一个机载平台和搭载一个在该平台上由探测设备组成的集成系统，在硬件表现形式上称之为吊舱。一般地说，吊舱是指悬挂在运动载体（如飞机、船舶）外的舱体有效载荷容器装置。直升机机载光电吊舱近10年来在国外发展很快，特别是在侦察告警、目标指示、控制瞄准和导航跟踪等方面得到广泛地重视。目前直升机机载吊舱除用于武装侦察直升机、无人侦察机外，还可用于目标特性测量、光电制导武器模拟等方面，在电力巡线、海上缉私、环保监测等民用方面也有广泛的应用。

尤其在电力巡线方面，国内电网通常采用直升机巡线，但是，现有红外陀螺稳定光电吊舱大多采用手持式控制，使操作人员的视场局限在吊舱的图像显示界面上，视野有限，不能关注到机舱外的状况，并且经常需要低头和抬头，不断调整眼睛焦距，中断注意力和视觉疲劳。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种结构简单、操作方便、基于头盔控制的红外光电吊舱装置，可消除操作人员高空巡检视的角限制，有效地带动吊舱快速随动到目标设备进行定位。

本实用新型所要解决的技术问题还在于，提供一种基于头盔控制的红外光电吊舱装置，可进行有针对性的测温，有利于提高巡线效率。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种基于头盔控制的红外光电吊舱装置，包括头盔、头盔面板显示单元、头部位置探测单元、信号处理单元及转动单元，所述头盔面板显示单元、头部位置探测单元及信号处理单元分别设于头盔上，所述转动单元设于吊舱上并与信号处理单元连接；所述头盔面板显示单元用于实时显示红外视频及可见光视频，并控制吊舱的通电断电、目标定位锁定及红外聚焦；所述头部位置探测单元用于检测头部的姿态信息；所述信号处理单元用于根据姿态信息，解算出相应的姿态角信息并发送至转动单元；所述转动单元用于接收信号处理单元发送的姿态角信息以驱动吊舱。

作为上述方案的改进，所述头盔面板显示单元设于头盔的正上方，包括视频显示面板、吊舱控制面板及切换电路；所述视频显示面板用于实时显示红外视频及可见光视频；所述吊舱控制面板用于控制吊舱的通电断电、目标定位锁定及红外聚焦；所述切换电路用于切换视频显示面板及吊舱控制面板。

作为上述方案的改进，所述头部位置探测单元包括偏振旋转光源及信号接收器；所述偏振旋转光源设于飞机座舱顶部、飞机座舱侧面及飞机座舱前部；所述信号接收器设于头盔的顶部、侧面以及后部，用于测量头盔指向的方位角、俯仰角及横滚角。

作为上述方案的改进，所述信号接收器内设有偏振片及光强传感器。

作为上述方案的改进，所述信号处理单元包括带通滤波器、缓存器及运算单元。

作为上述方案的改进，所述转动单元包括A/D转换装置、FPGA控制装置、D/A转换装置、驱动装置、惯性测量装置及光电探测模块。

作为上述方案的改进，所述惯性测量装置包括位移传感器及陀螺仪，所述位移传感器用于采集吊舱内框及吊舱外框的相对位移信息，所述陀螺仪用于采集吊舱内框的角速度信息。

作为上述方案的改进，所述光电探测模块内设有高清摄像机及红外热像仪，所述高清摄像机用于前端电力设备的可见光监控，所述红外热像仪用于对前端设备进行红外测温。

作为上述方案的改进，所述基于头盔控制的红外光电吊舱装置还包括控制单元，所述控制单元分别与头盔面板显示单元和转动单元连接；所述控制单元包括平板电脑、视频叠加板及存储器。

作为上述方案的改进，所述基于头盔控制的红外光电吊舱装置还包括分别与头盔显示单元及控制单元连接的后台监控单元，后台监控单元用于处理前端设备的巡检信息。

实施本实用新型的有益效果在于：

本实用新型基于头盔控制的红外光电吊舱装置借助于头盔瞄准技术，能够通过头盔实现巡检的目标搜索、定位、红外聚焦以及吊舱的运动控制，使操作人员可以消除视角限制，随心所欲地带动吊舱快速随动到目标设备进行定位，极大地改善传统的高空巡线时操作人员需要反复低头抬头的情况。同时，当操作员进行目视搜索和跟踪目标时，头盔面板显示单元可以将目标信息直接呈现在眼前，改善人机接口关系，提高操作员态势感知能力，减轻操作员负担。

另外，本实用新型将控制单元与后台监控单元相结合，巡检时结合电力设备诊断的不同分析规则，进行有针对性的测温，有利于提高巡线效率。

附图说明

图1是本实用新型基于头盔控制的红外光电吊舱装置的第一实施例结构示意图；

图2是图1中头部位置探测单元及信号处理单元的结构示意图；

图3是图1中转动单元的结构示意图；

图4是本实用新型基于头盔控制的红外光电吊舱装置的第二实施例结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。

参见图1，图1显示了本实用新型基于头盔控制的红外光电吊舱装置的第一实施例，其包括头盔1、头盔面板显示单元2、头部位置探测单元3、信号处理单元4及转动单元5，所述头盔面板显示单元2、头部位置探测单元3及信号处理单元4分别设于头盔1上，所述转动单元5设于吊舱上并与信号处理单元4连接。

其中，所述头盔面板显示单元2设于头盔的正上方，与操作人员的眼部位置相适配，用于实时显示红外视频及可见光视频，并控制吊舱的通电断电、目标定位锁定及红外聚焦。所述头部位置探测单元3用于检测头部的姿态信息。所述信号处理单元4设于头盔1的右上侧，用于根据姿态信息，解算出相应的姿态角信息并发送至转动单元5。所述转动单元5用于接收信号处理单元4发送的姿态角信息以驱动吊舱，实现吊舱角度的微调并减小视频画面漂移。

具体地，本实用新型基于头盔控制的红外光电吊舱装置的工作过程如下：操作人员佩戴头盔1，在头盔面板显示单元2、头部位置探测单元3、信号处理单元4及转动单元5的相互作用下，通过转动头部带动吊舱随动到目标监控位置；另外，操作人员还通过头盔面板显示单元2控制吊舱进行红外聚焦等操作；同时，当操作人员锁定被测设备时，也可通过头盔面板显示单元2启动目标定位锁定功能，使吊舱随动到目标位置后，不再随头盔1的运动而转动，避免在定位到目标设备后因头盔1随意转动而导致吊舱需要二次定位，也可暂时释放操作人员的头部负担。

由上可知，与现有技术相比，本实用新型基于头盔控制的红外光电吊舱装置借助于头盔瞄准技术，能够通过头盔1实现巡检的目标搜索、定位、红外聚焦以及吊舱的运动控制，使操作人员可以消除视角限制，随心所欲地带动吊舱快速随动到目标设备进行定位，极大地改善传统的高空巡线时操作人员需要反复低头抬头的情况，有利于提高巡线效率。

具体地，所述头盔面板显示单元2包括视频显示面板、吊舱控制面板及切换电路；所述视频显示面板用于实时显示红外视频及可见光视频；所述吊舱控制面板用于控制吊舱的通电断电、目标定位锁定及红外聚焦；所述切换电路用于切换视频显示面板及吊舱控制面板，工作时，操作人员通过切换电路便可实现视频显示面板与吊舱控制面板的快速切换。

如图2所示，所述头部位置探测单元3包括偏振旋转光源31及信号接收器32。所述信号接收器32设于头盔的顶部、侧面以及后部，用于测量头盔指向的方位角、俯仰角及横滚角；需要说明的是，分别设于顶部、侧面以及后部的信号接收器32形成三维坐标系，其中，XY平面上的信号接收器32用于测量头盔指向的方位角，XZ平面上的信号接收器32用于测量头盔指向的俯仰角，YZ平面上的信号接收器32用于测量横滚角，从而实现头盔角度三个自由度的输出。所述信号接收器32内设有偏振片及光强传感器，所述偏振片至少为两片，分别相对于偏振旋转光源31位置固定和安装于头盔的固定位置上。所述偏振旋转光源31设于飞机座舱顶部、飞机座舱侧面及飞机座舱前部。由偏振旋转光源31产生的偏振光分别通过相对于偏振旋转光源位置固定的偏振片和安装于头盔固定位置上的偏振片，可得到两个强度不同的信号，一个为测量信号，另一个为对比信号。

所述信号处理单元4包括带通滤波器41、缓存器42及运算单元43。随着偏振旋转光源31发出的偏振光的偏振方向在0～360°之间不停地扫描，信号接收器32中光强传感器所接收到的光强度也在不停的变化（其变化规律遵循马吕斯定律），信号接收器32将采集到的测量信号及对比信号传输至信号处理单元4，测量信号及对比信号分别经带通滤波器41滤除背景信号等无用信号后，计算某一时刻的测量信号与对比信号的相位差，从而得到头盔的实时指向，为保证测量精度，将缓存器42中所存储的上一帧测量信号的相位与本帧测量信号的相位进行相位差求解，得出头盔指向的角度变化，再结合上一帧时刻的头盔指向得出本时刻头盔的实时指向，通过将两种方式分别求解的头盔实时指向传输至运算单元43进行阈值判断，若两者之差在允许的阈值之内，则本次结果有效，并将运算结果传送至转动单元5。

如图3所示，所述转动单元5包括A/D转换装置51、FPGA控制装置52、D/A转换装置53、驱动装置（内框驱动装置54a、外框驱动装置54b）、惯性测量装置55及光电探测模块。其中，所述惯性测量装置55包括位移传感器及陀螺仪，所述位移传感器用于采集吊舱内框及吊舱外框的相对位移信息，所述陀螺仪用于采集吊舱内框的角速度信息。所述光电探测模块内设有高清摄像机及红外热像仪，所述高清摄像机用于前端电力设备的可见光监控，所述红外热像仪用于对前端设备进行红外测温。

需要说明的是，本实用新型中的吊舱采用两轴四框架系精粗组合控制模式，吊舱内框承担对载体的扰动隔离和目标精跟踪的任务，吊舱外框对吊舱内框进行随动，从而通过框架的旋转带动框架内部的光电探测模块产生相应的角姿态变化。吊舱的转动采用负反馈的控制调节方式，信号处理单元4中的运算单元43所发送的姿态角信息依次经过A/D转换装置51、FPGA控制装置52及D/A转换装置53处理后，输出至驱动装置，驱动装置启动伺服电机控制模块以驱动吊舱内、外框运动，在该过程中，位移传感器实时采集内、外框的相对位移信息，陀螺仪采集内框的角速度信息，并回传至FPGA控制装置52进行视轴稳定处理，然后输出相应的角度、内外框位移补偿值至驱动装置，从而保证吊舱高空作业时视频画面输出的稳定性，减小视频画面漂移。

参见图4，图4显示了本实用新型基于头盔控制的红外光电吊舱装置的第二实施例，与图1所示的第一实施例不同的是，本实施例的基于头盔控制的红外光电吊舱装置还包括控制单元6及后台监控单元7。

所述控制单元6分别与头盔面板显示单元2和转动单元连接5，用于叠加视频画面信息，采集并存储前端设备的巡检信息。

所述后台监控单元7分别与头盔显示单元2及控制单元6连接，用于处理前端设备的巡检信息。

具体地，所述控制单元6包括平板电脑、视频叠加板及存储器。所述平板电脑用于红外视频及可见光视频的实时显示、切换，以及采集前端设备信息；所述视频叠加板用于显示红外视频及可见光视频的叠加信息；所述存储器用于存储前端设备的巡检信息。

后台监控单元7内设有规则运算服务器，规则运算服务器可从控制单元6获取测温信息，然后对不同的被测设备进行诊断并发出警报、生成巡检记录。

因此，本实用新型设计考虑电力设备温升与实时负荷的变化关系，巡检时结合电力设备诊断的不同分析规则，进行有针对性的测温，有利于提高巡线效率。同时，头盔面板显示单元2能够实时观测到后台监控单元发出的警报信息，以便操作人员能及时发现异常设备。

由上可知，本实用新型基于头盔控制的红外光电吊舱装置借助于头盔瞄准技术，能够通过头盔实现巡检的目标搜索、定位、红外聚焦、巡检记录查询以及吊舱的运动控制，使操作人员可以消除视角限制，随心所欲地带动吊舱快速随动到目标设备进行定位，极大地改善传统的高空巡线时操作人员需要反复低头抬头的情况。另外，本实用新型通过控制单元6及后台监控单元7进行有针对性的测温，有利于提高巡线效率。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于头盔控制的红外光电吊舱装置，其特征在于，包括头盔、头盔面板显示单元、头部位置探测单元、信号处理单元及转动单元，所述头盔面板显示单元、头部位置探测单元及信号处理单元分别设于头盔上，所述转动单元设于吊舱上并与信号处理单元连接；

所述头盔面板显示单元用于实时显示红外视频及可见光视频，并控制吊舱的通电断电、目标定位锁定及红外聚焦；

所述头部位置探测单元用于检测头部的姿态信息；

所述信号处理单元用于根据姿态信息，解算出相应的姿态角信息并发送至转动单元；

所述转动单元用于接收信号处理单元发送的姿态角信息以驱动吊舱。

2.如权利要求1所述的基于头盔控制的红外光电吊舱装置，其特征在于，所述头盔面板显示单元设于头盔的正上方，包括视频显示面板、吊舱控制面板及切换电路；

所述视频显示面板用于实时显示红外视频及可见光视频；

所述吊舱控制面板用于控制吊舱的通电断电、目标定位锁定及红外聚焦；

所述切换电路用于切换视频显示面板及吊舱控制面板。

3.如权利要求1所述的基于头盔控制的红外光电吊舱装置，其特征在于，所述头部位置探测单元包括偏振旋转光源及信号接收器；

所述偏振旋转光源设于飞机座舱顶部、飞机座舱侧面及飞机座舱前部；

所述信号接收器设于头盔的顶部、侧面以及后部，用于测量头盔指向的方位角、俯仰角及横滚角。

4.如权利要求3所述的基于头盔控制的红外光电吊舱装置，其特征在于，所述信号接收器内设有偏振片及光强传感器。

5.如权利要求1所述的基于头盔控制的红外光电吊舱装置，其特征在于，所述信号处理单元包括带通滤波器、缓存器及运算单元。

6.如权利要求1所述的基于头盔控制的红外光电吊舱装置，其特征在于，所述转动单元包括A/D转换装置、FPGA控制装置、D/A转换装置、驱动装置、惯性测量装置及光电探测模块。

7.如权利要求6所述的基于头盔控制的红外光电吊舱装置，其特征在于，所述惯性测量装置包括位移传感器及陀螺仪，所述位移传感器用于采集吊舱内框及吊舱外框的相对位移信息，所述陀螺仪用于采集吊舱内框的角速度信息。

8.如权利要求6所述的基于头盔控制的红外光电吊舱装置，其特征在于，所述光电探测模块内设有高清摄像机及红外热像仪，所述高清摄像机用于前端电力设备的可见光监控，所述红外热像仪用于对前端设备进行红外测温。

9.如权利要求1~8任一项所述的基于头盔控制的红外光电吊舱装置，其特征在于，还包括控制单元，所述控制单元分别与头盔面板显示单元和转动单元连接；

所述控制单元包括平板电脑、视频叠加板及存储器。

10.如权利要求9所述的基于头盔控制的红外光电吊舱装置，其特征在于，还包括分别与头盔显示单元及控制单元连接的后台监控单元，后台监控单元用于处理前端设备的巡检信息。