基于遠距離光電攝像的飛機姿態(tài)近距離觀測系統(tǒng)與方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于遠距離光電攝像的飛機姿態(tài)近距離觀測系統(tǒng)和方法，屬于飛機平顯校準技術領域。本發(fā)明利用遙控器操控安放在飛機機頭頂端側前方25~30米處的光電水平跟蹤儀，跟蹤儀在將飛機姿態(tài)拍攝下來形成視頻信號后，通過數(shù)據(jù)傳輸技術把飛機姿態(tài)視頻信號傳送到千斤頂調節(jié)人員近前的顯示器上，使調節(jié)人員可以近距離直接觀察飛機姿態(tài)，從而在利用千斤頂調節(jié)飛機姿態(tài)時更具有全局性和趨向性，當在顯示器上觀察到的機頭和機尾處的靶尺的刻度相同并且左右機翼處的靶尺的刻度相同時，即認為飛機處于整體水平狀態(tài)。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)飛機平顯校準方法中千斤頂調節(jié)人員無法直接觀測飛機姿態(tài)的弊端，提高了飛機平顯校準工作的效率。
【專利說明】
基于遠距離光電攝像的飛機姿態(tài)近距離觀測系統(tǒng)與方法
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于飛機平顯校準自動化領域，涉及基于遠距離光電攝像的飛機姿態(tài)近距離觀測系統(tǒng)與方法。
【背景技術】
[0002]在傳統(tǒng)的飛機平顯校準方法中，飛機姿態(tài)觀測和調節(jié)工作由觀測人員和調節(jié)人員借助于3個千斤頂、靶尺和水準儀等設備協(xié)作完成，其中，千斤頂被分別放置于機頭、左右機翼下方指定的位置，用來調節(jié)飛機的姿態(tài);靶尺被分別放置于機頭、機尾、左右機翼下方指定的位置，用來標志飛機的姿態(tài);水準儀被放置于飛機機頭頂端側前方25?30米處，用來觀測靶尺的刻度。在實際工作時，觀測人員通過水準儀目視觀察各個靶尺的刻度來掌握飛機的整體姿態(tài)，而千斤頂調節(jié)人員卻無法觀察到飛機的姿態(tài)，后者完全依賴于前者的指揮來調節(jié)各個千斤頂，兩者之間距離較遠，需要反復的語言溝通和調節(jié)才能使飛機姿態(tài)最終達到水平狀態(tài)，整個工作過程效率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對傳統(tǒng)方法中千斤頂調節(jié)人員無法直接觀察飛機姿態(tài)的弊端，提出了一種基于遠距離光電攝像的飛機姿態(tài)近距離觀測系統(tǒng)和方法，利用所提出的系統(tǒng)和方法能夠使千斤頂調節(jié)人員近距離直接觀察飛機整體姿態(tài)，從而在調節(jié)飛機姿態(tài)時具有全局性和趨向性，可省去傳統(tǒng)方法中的飛機姿態(tài)觀測人員，節(jié)省了人力的同時提高了飛機姿態(tài)觀察和調節(jié)工作的效率。
[0004]本發(fā)明的基本原理是根據(jù)飛機平顯校準技術的要求，采用光電攝像技術在離飛機較遠距離處采集飛機姿態(tài)視頻，再通過數(shù)據(jù)傳輸技術和視頻顯示技術將飛機姿態(tài)視頻呈現(xiàn)在千斤頂調節(jié)人員眼前，使調節(jié)人員可以近距離直接目視觀察飛機姿態(tài)并對飛機姿態(tài)進行調節(jié)，當調節(jié)人員觀察到機頭與機尾處的靶尺的刻度相同并且左右機翼處的靶尺的刻度相同時，即認為飛機處于整體水平狀態(tài)。
[0005]本發(fā)明提出一種基于遠距離光電攝像的飛機姿態(tài)近距離觀測系統(tǒng)，具體包括光電水平跟蹤儀、顯示器和遙控器。
[0006]所述光電水平跟蹤儀由攝像裝置、轉臺、數(shù)據(jù)傳輸裝置組成:攝像裝置水平安裝在轉臺上，用來采集飛機姿態(tài)視頻;轉臺依據(jù)遙控器發(fā)出的控制指令自動調節(jié)攝像裝置的光軸指向；數(shù)據(jù)傳輸裝置用來實時向顯示器傳輸攝像裝置采集的飛機姿態(tài)視頻和接收遙控器發(fā)出的控制指令；
[0007]顯示器用來實時接收并顯示光電水平跟蹤儀傳輸過來的飛機姿態(tài)視頻；
[0008]遙控器用來向光電水平跟蹤儀發(fā)送控制指令。
[0009]優(yōu)選的，所述攝像裝置為一臺帶長焦距鏡頭的攝像機，攝像機能夠分辨30米處0.5毫米的刻度。
[0010]優(yōu)選的，所述轉臺底部裝有轉臺升降與旋轉控制器，控制器通過控制轉臺的垂直升降與水平旋轉來調整攝像裝置光軸的高度與方向。
[0011]優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)傳輸裝置包括視頻信號發(fā)射裝置和指令信號接收裝置，前者用來向顯示器實時傳輸視頻數(shù)據(jù)，后者用來接收來自遙控器的控制指令。
[0012]優(yōu)選的，所述顯示器裝有視頻信號接收裝置，用來實時接收光電水平跟蹤儀傳輸過來的視頻，顯示器的顯示屏分為左上、右上、左下、右下四個顯示區(qū)域，每個區(qū)域都可以用來顯示顯示器接收到的視頻。
[0013]優(yōu)選的，所述遙控器裝有指令信號發(fā)射裝置，用來向光電水平跟蹤儀發(fā)送控制指令以調節(jié)光電水平跟蹤儀攝像光軸的指向。
[0014]本發(fā)明提出一種基于遠距離光電攝像的飛機姿態(tài)近距離觀測方法，包括如下步驟:
[0015]I)依據(jù)傳統(tǒng)的飛機平顯校準方法的要求和規(guī)范安放好標準靶尺和千斤頂；
[0016]2)在飛機機頭頂端側前方25?30米處安放好光電水平跟蹤儀；
[0017]3)啟動并調試好光電水平跟蹤儀、遙控器和顯示器；
[0018]4)通過遙控器調節(jié)光電水平跟蹤儀的光軸依次對準飛機機頭、機尾、左右機翼四個測量點處的靶尺進行拍攝，完成飛機姿態(tài)的初始掃描，顯示器的左上、右上、左下、右下四個顯示區(qū)域依次顯示四個測量點處的靶尺的視頻；
[0019]5)通過遙控器調節(jié)光電水平跟蹤儀的光軸對準飛機機頭處的靶尺，依據(jù)顯示器左上方和右上方顯示區(qū)域的靶尺視頻中機頭、機尾處靶尺刻度的差值，調節(jié)機頭處的千斤頂，當顯示器中機頭處靶尺的刻度與機尾處靶尺的刻度相同時，不再調節(jié)機頭處的千斤頂，此時飛機前后達到水平狀態(tài)；
[0020]6)通過遙控器調節(jié)光電水平跟蹤儀的光軸對準飛機左側機翼處的靶尺，依據(jù)顯示器左下方和右下方顯示區(qū)域的靶尺視頻中左右機翼處靶尺刻度的差值，調節(jié)左側機翼處的千斤頂，當顯示器中左側機翼處靶尺的刻度與右側機翼處靶尺的刻度相同時，不再調節(jié)左側機翼處的千斤頂，此時飛機達到左右水平狀態(tài)；
[0021]7)觀察顯示器中機頭處靶尺的刻度與機尾處靶尺的刻度是否相同，以及左側機翼處靶尺的刻度與右側機翼處靶尺的刻度是否相同，如果有不同的情況，則需要重復步驟5)?步驟6);如果都相同，則認為飛機處于整體水平狀態(tài)，飛機姿態(tài)觀測和調節(jié)工作結束。
[0022]本發(fā)明的意義在于:借助于光電攝像技術、視頻顯示技術和數(shù)據(jù)傳輸技術，把遠距離拍攝的飛機姿態(tài)視頻傳輸?shù)斤@示器上，千斤頂調節(jié)人員通過顯示器可以近距離直觀觀察飛機的整體姿態(tài)，節(jié)省了人力，提高了飛機姿態(tài)觀測和調節(jié)工作的效率，可用于軍用飛機武器校靶、民用飛機平顯及其它設備校準。
【附圖說明】
[0023]圖1為依據(jù)本發(fā)明所設計的基于遠距離光電攝像的飛機姿態(tài)近距離觀測方法的場景示意圖。圖1中:I為機頭下方靶尺;2為機尾下方靶尺;3、4分別為左右機翼下方靶尺;5為機頭下方千斤頂;6、7分別為左右機翼下方千斤頂;8為顯示器;9為光電水平跟蹤儀；10為遙控器；11為光電水平跟蹤儀與顯示器之間的數(shù)據(jù)傳輸線路；12為光電水平跟蹤儀與遙控器之間的數(shù)據(jù)傳輸線路。
[0024]圖2為依據(jù)本發(fā)明所設計的顯示器的示意圖。圖2中:13、14、15、16分別為顯示器中顯示屏的左上方區(qū)域、右上方區(qū)域、左下方區(qū)域、右下方區(qū)域。
[0025]圖3為依據(jù)本發(fā)明所設計的光電水平跟蹤儀的示意圖。圖3中:17為攝像裝置；18為轉臺；19為數(shù)據(jù)傳輸裝置;20為轉臺升降與旋轉控制器。
[0026]圖4為依據(jù)本發(fā)明所設計的基于遠距離光電攝像的飛機姿態(tài)近距離觀測系統(tǒng)的總體結構框圖。
【具體實施方式】
[0027]本發(fā)明的技術方案是采用光電水平跟蹤儀、遙控器和顯示器各一臺組成基于遠距離光電攝像的飛機姿態(tài)近距離觀測系統(tǒng)。
[0028]a)光電水平跟蹤儀由攝像裝置、轉臺、數(shù)據(jù)傳輸裝置組成:
[0029]攝像裝置為視頻采集模塊，內(nèi)置CCD攝像機，CXD傳感器的分辨率高于1024X1024，要求能夠分辨30米處0.5毫米的刻度，幀頻為30fps，攝像裝置采用長焦距鏡頭，具有自動變焦功能。攝像裝置能夠將外部視頻信號經(jīng)過視頻采集A/D芯片數(shù)字化，并對每幀圖像進行圖像增強處理，生成AVI視頻；
[0030]數(shù)據(jù)傳輸裝置包括無線視頻信號發(fā)射器，能夠將視頻通過WIFI無損壓縮技術傳輸?shù)斤@示端，可用來遠距離向顯示器實時傳送光電水平跟蹤儀采集的視頻，另外，其還包括無線指令信號接收器，接收器為紅外信號接收器，載波頻率為36kHz，可以實時接收來自遙控器的控制指令；
[0031]轉臺為控制模塊，在其上方水平安置攝像裝置，轉臺底部裝有轉臺升降和旋轉控制器，在光電水平跟蹤儀解析出接收到的遙控器指令中相應按鍵的碼值后，控制器會執(zhí)行遙控器上相應按鍵的功能，通過控制轉臺的垂直升降和水平旋轉調節(jié)攝像裝置光軸的高度和方向。
[0032]b)顯示器為可移動裝置，可安放在支架上，顯示器內(nèi)置無線視頻信號接收器，用以接收光電水平跟蹤儀傳送過來的視頻數(shù)據(jù)；顯示器內(nèi)置存儲器，能夠存儲顯示器正在顯示的內(nèi)容，以保證在無更新數(shù)據(jù)時，顯示器仍然保持其顯示的內(nèi)容不變。顯示器利用3D圖形加速卡，采用軟解壓的方式將視頻數(shù)據(jù)解壓縮還原，并采用SDRAM來緩存視頻圖像數(shù)據(jù)。顯示器系統(tǒng)包括電源、場脈沖、行脈沖、像素脈沖、8位的RGB數(shù)據(jù)線，視頻圖像通過VGA接口用顯示屏顯示，顯示屏的分辨率為1024 X 1024，刷新頻率為60Hz。
[0033]顯示器作為視覺圖像交互的載體，其顯示屏分為4個顯示區(qū)域，每個區(qū)域既可以實時顯示光電水平跟蹤儀拍攝的視頻，也可以顯示存儲在顯示器中的光電水平跟蹤儀拍攝的視頻。
[0034]顯示器上供設計了7個功能按鍵，代表了顯示器所擁有的控制功能，分別為啟動鍵(啟動顯示器)、關閉鍵(關閉顯示器)、存儲鍵(按下存儲鍵可以將當前顯示區(qū)域中看到的視頻存儲到存儲器中)、切換鍵(按下切換鍵可以在顯示屏上切換顯示區(qū)域)、播放鍵(按下播放鍵可以播放存儲的視頻)、暫停鍵(按下暫停鍵可以使當前顯示區(qū)域播放的視頻暫停播放，整個畫面凍結)、清零鍵(按下清零鍵可以將當前顯示器中的所有視頻數(shù)據(jù)刪除)。
[0035]c)遙控器為一個可移動裝置，操作人員可手持，也可放在口袋中。遙控器裝有紅外信號發(fā)射器，載波頻率為36kHz，可以利用功能按鍵向光電水平跟蹤儀發(fā)送調節(jié)指令，從而調節(jié)光電水平跟蹤儀攝像光軸的指向。
[0036]遙控器上共設計了6個功能按鍵，代表了遙控器所擁有的控制功能，分別為啟動鍵(啟動遙控器)、關閉鍵(關閉遙控器)、左轉鍵(按下左轉鍵可以控制光電水平跟蹤儀攝像鏡頭左轉)、右轉鍵(按下右轉鍵可以控制光電水平跟蹤儀攝像鏡頭右轉)、上升鍵(按下上升鍵可以升高光電水平跟蹤儀攝像鏡頭高度)、下降鍵(按下下降鍵可以降低光電水平跟蹤儀攝像鏡頭高度)。
[0037]嚴格按照飛機平顯校準技術的要求和規(guī)范，借助于上述的飛機姿態(tài)觀測系統(tǒng)，本發(fā)明的具體實施步驟如下:
[0038]I)前期準備:依據(jù)傳統(tǒng)飛機平顯校準方法，準備并安置好4把標準靶尺和3個千斤頂；
[0039]2)目測調平:通過調節(jié)機頭、左右機翼下方指定位置處的千斤頂，使飛機的姿態(tài)達到目測水平狀態(tài)；
[0040]3)安放光電水平跟蹤儀:在距飛機機頭頂端側前方25?30米處安放好光電水平跟蹤儀，確?？梢酝瑫r目視觀察到4把靶尺；
[0041]4)設備初始化:接好電源、啟動并調試好光電水平跟蹤儀、顯示器和遙控器；
[0042]5)飛機姿態(tài)初始掃描:把遙控器和顯示器移放在機頭位置處的千斤頂附近，通過遙控器操控光電水平跟蹤儀中的轉臺升降和旋轉控制器，首先調節(jié)攝像裝置的光軸對準飛機機頭處的靶尺，此時顯示器左上方區(qū)域顯示機頭處靶尺的視頻;然后調節(jié)攝像裝置的光軸對準飛機機尾處的靶尺，此時顯示器右上方區(qū)域顯示機頭處靶尺的視頻;再調節(jié)攝像裝置的光軸對準飛機左側機翼處的靶尺，此時顯示器左下方區(qū)域顯示左側機翼處靶尺的視頻;最后調節(jié)攝像裝置的光軸對準飛機右側機翼處的靶尺，此時顯示器右下方區(qū)域顯示右側機翼處靶尺的視頻；
[0043]6)飛機前后(縱向)水平調節(jié):通過遙控器調節(jié)攝像裝置的光軸對準飛機機頭處的靶尺，依據(jù)顯示器左上方和右上方顯示區(qū)域的靶尺視頻中機頭、機尾處靶尺刻度的差值，調節(jié)機頭處的千斤頂，當顯示器中機頭處靶尺的刻度與機尾處靶尺的刻度相同時，不再調節(jié)機頭處的千斤頂，認為飛機前后達到水平狀態(tài)；
[0044]7)飛機左右(橫向)水平調節(jié):把遙控器和顯示器移放在左側機翼位置處的千斤頂附近，通過遙控器調節(jié)攝像裝置的光軸對準飛機左側機翼處的靶尺，依據(jù)顯示器左下方和右下方顯示區(qū)域的靶尺視頻中左右機翼處靶尺刻度的差值，調節(jié)左側機翼處的千斤頂，當顯示器中右側機翼處靶尺的刻度與左側機翼處靶尺的刻度相同時，不再調節(jié)左側機翼處的千斤頂，認為飛機左右達到水平狀態(tài)；
[0045]8)飛機整體水平狀態(tài)調節(jié):觀察顯示器中機頭處靶尺的刻度與機尾處靶尺的刻度是否相同，以及左側機翼處靶尺的刻度與右側機翼處靶尺的刻度是否相同，如果有不同的情況，則需要重復步驟6)?步驟7);如果都相同，則認為飛機處于整體水平狀態(tài)，飛機姿態(tài)觀測和調節(jié)工作結束。
【主權項】
1.一種基于遠距離光電攝像的飛機姿態(tài)近距離觀測系統(tǒng)，包括光電水平跟蹤儀、顯示器和遙控器，其特征在于: 所述光電水平跟蹤儀由攝像裝置、轉臺、數(shù)據(jù)傳輸裝置組成:攝像裝置水平安裝在轉臺上，用來采集飛機姿態(tài)視頻;轉臺依據(jù)遙控器發(fā)出的控制指令自動調節(jié)攝像裝置的光軸指向；數(shù)據(jù)傳輸裝置用來實時向顯示器傳輸攝像裝置采集的飛機姿態(tài)視頻和接收遙控器發(fā)出的控制指令； 所述顯示器用來實時接收并顯示光電水平跟蹤儀傳輸過來的飛機姿態(tài)視頻； 所述遙控器用來向光電水平跟蹤儀發(fā)送控制指令。2.根據(jù)權利要求1所述的基于遠距離光電攝像的飛機姿態(tài)近距離觀測系統(tǒng)，其特征在于:所述攝像裝置為一臺帶長焦距鏡頭的攝像機，攝像機能夠分辨30米處0.5毫米的刻度。3.根據(jù)權利要求1所述的基于遠距離光電攝像的飛機姿態(tài)近距離觀測系統(tǒng)，其特征在于:所述轉臺的底部裝有升降與旋轉控制器，控制器通過控制轉臺的垂直升降與水平旋轉來調整攝像裝置光軸的高度與方向。4.根據(jù)權利要求1所述的基于遠距離光電攝像的飛機姿態(tài)近距離觀測系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)據(jù)傳輸裝置包括視頻信號發(fā)射裝置和指令信號接收裝置，前者用來向顯示器實時傳輸視頻數(shù)據(jù)，后者用來接收來自遙控器的控制指令。5.根據(jù)權利要求1所述的基于遠距離光電攝像的飛機姿態(tài)近距離觀測系統(tǒng)，其特征在于:所述顯示器裝有視頻信號接收裝置，用來實時接收光電水平跟蹤儀傳輸過來的視頻，顯示器的顯示屏分為左上、右上、左下、右下四個顯示區(qū)域，每個區(qū)域都可以用來顯示顯示器接收到的視頻。6.根據(jù)權利要求1所述的基于遠距離光電攝像的飛機姿態(tài)近距離觀測系統(tǒng)，其特征在于:所述的遙控器裝有指令信號發(fā)射裝置，用來向光電水平跟蹤儀發(fā)送控制指令以調節(jié)光電水平跟蹤儀攝像光軸的指向。7.—種基于遠距離光電攝像的飛機姿態(tài)近距離觀測方法，其特征在于包括如下步驟: 1)依據(jù)傳統(tǒng)的飛機平顯校準方法的要求和規(guī)范安放好標準靶尺和千斤頂； 2)在飛機機頭頂端側前方25?30米處安放好光電水平跟蹤儀； 3)啟動并調試好光電水平跟蹤儀、遙控器和顯示器； 4)通過遙控器調節(jié)光電水平跟蹤儀的光軸依次對準飛機機頭、機尾、左右機翼四個測量點處的靶尺進行拍攝，完成飛機姿態(tài)的初始掃描，顯示器的左上、右上、左下、右下四個顯示區(qū)域依次顯示四個測量點處的靶尺的視頻； 5)通過遙控器調節(jié)光電水平跟蹤儀的光軸對準飛機機頭處的靶尺，依據(jù)顯示器左上方和右上方顯示區(qū)域的靶尺視頻中機頭、機尾處靶尺刻度的差值，調節(jié)機頭處的千斤頂，當顯示器中機頭處靶尺的刻度與機尾處靶尺的刻度相同時，不再調節(jié)機頭處的千斤頂，此時飛機前后達到水平狀態(tài)； 6)通過遙控器調節(jié)光電水平跟蹤儀的光軸對準飛機左側機翼處的靶尺，依據(jù)顯示器左下方和右下方顯示區(qū)域的靶尺視頻中左右機翼處靶尺刻度的差值，調節(jié)左側機翼處的千斤頂，當顯示器中左側機翼處靶尺的刻度與右側機翼處靶尺的刻度相同時，不再調節(jié)左側機翼處的千斤頂，此時飛機達到左右水平狀態(tài)； 7)觀察顯示器中機頭處靶尺的刻度與機尾處靶尺的刻度是否相同，以及左側機翼處靶尺的刻度與右側機翼處靶尺的刻度是否相同，如果有不同的情況，則需要重復步驟5)?步驟6);如果都相同，則認為飛機處于整體水平狀態(tài)，飛機姿態(tài)觀測和調節(jié)工作結束。
【文檔編號】H04N7/18GK105959630SQ201610332692
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月17日
【發(fā)明人】呂俊偉, 畢波, 任建存, 仇榮超, 孫超, 石曉航, 遲鋮, 宮劍
【申請人】中國人民解放軍海軍航空工程學院