CN101645199A - 一种用于模型的红外线自动跟踪装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于模型的红外线自动跟踪装置及方法，红外线自动跟踪装置包括红外线信号接收单元组合、相应的信号处理控制电路和机械驱动结构，所述红外线信号接收单元组合包括至少一对对称分布的红外线信号接收单元，所述红外线信号接收单元由红外线接头和入射角度范围受限制的红外线接收屏蔽盒组成，应用本发明所提供的红外线自动跟踪的装置和方法，能实现了现有遥控模型的智能化自动跟踪和瞄准目标，增加了利用模型游戏的趣味性。

Description

一种用于模型的红外线自动跟踪装置及方法

技术领域

本发明涉及模型领域，尤其涉及一种在遥控模型中使用红外线自动跟踪的装置及方法。

背景技术

现有红外线技术在模型尤其是遥控模型(如红外线遥控模型飞机、直升机、红外线遥控车辆模型等)中主要以传输控制指令以及交互通讯运用为主。控制指令传输***由红外线遥控器和红外线接收机及执行机构组成。红外线遥控器由命令输入、数据编码、红外线信号调制和发射组成。其中命令输入由操纵杆或按键、传感器或其他终端输出等组成，完成操作者与红外线遥控器人机接口；数据编码是将输入命令进行量化和处理，成为一系列数据模命令；红外线信号调制由38千赫兹波形发生器和调制部分组成，调制器是将波形发生器输出的38千赫信号与命令数据信号作与运算后输出给发射部分；发射部分将调制部分输出的信号经红外线发光二极管向空间发射出去。接收执行机构由红外线信号接收解调，数据解码和命令执行机构组成。其中红外线信号接收解调由红外线接收器)完成，它将接收到的红外线信号放大和解调后输出至数据解码；数据解码将输入信号经对比和识别，还原出命令信号至命令执行机构完成相应的命令。

现有红外线控制指令传输***在红外线遥控飞机中主要完成前进、后退、左转、右转、横移、油门等动作和交互通讯(如对打等)命令的传输。现有红外线控制指令传输***在红外线遥控飞机与红外线遥控飞机之间交互通讯完全靠操纵者完成跟踪瞄准射击等动作，即操纵者要操纵外线遥控飞机改变水平或俯仰方向与控制红外线遥控飞机调整油门大小，使模型飞机对准攻击目标后再发起攻击；红外线遥控模型飞机与遥控模型之间交互通讯，红外线遥控飞机操作同上。遥控模型操作需要操纵者操纵遥控器操纵杆完成遥控模型的前进、后退、左转、右转、模型武器***左右转动和高度角的升降以及攻击等动作；其跟踪目标是操作者根据红外线遥控飞机在遥控模型不同高度和方位调整炮塔的左右转动和升降使模型武器***瞄准红外线遥控飞机后攻击，整个过程完全由操纵者操纵完成；且红外线遥控飞机与遥控模型之间交互通讯需两人操纵才能玩。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够在模型中实现红外线自动跟踪的装置及方法，实现遥控模型的智能化和瞄准目标的精确性，增加利用模型游戏的趣味性。

为此，本发明提供一种用于模型红外线自动跟踪装置中的红外线信号接收单元组合，所述红外线信号接收单元组合包括至少一对对称分布的红外线信号接收单元，所述红外线信号接收单元由红外线接头和入射角度范围受限制的红外线接收屏蔽盒组成。

进一步的，所述红外线信号接收单元组合可以包括两对对称分布的红外线信号接收单元，所述红外线接头以一定角度安装在红外线接收屏蔽盒中，所述红外线接收屏蔽盒的结构是一侧开口，一侧中央开有一长方形口，所述两对对称分布的红外线信号接收单元被放置在具有红外线接收单元组合下壳、红外线接收单元组合上壳、透明窗、印刷电路板的载体上。

本发明的又一目的是提供一种用于模型的自动红外线跟踪装置，包括红外线信号接收单元组合、相应的信号处理控制电路和机械驱动结构，所述红外线信号接收单元组合包括至少一对对称分布的红外线信号接收单元，所述红外线信号接收单元由红外线接头和入射角度范围受限制的红外线接收屏蔽盒组成。

进一步的，所述红外线信号接收单元组合包括两对对称分布的红外线信号接收单元，所述红外线接头以一定角度安装在红外线接收屏蔽盒中，所述红外线接收屏蔽盒的结构是一侧开口，一侧中央开有一长方形口，所述两对对称分布的红外线信号接收单元被放置在具有红外线接收单元组合下壳、红外线接收单元组合上壳、透明窗、印刷电路板的载体上。

其中，所述信号处理电路通过对红外线方向信号接收组合收到的信号的处理和判断，输出相应的控制信号，控制机械驱动结构动作，调整红外线跟踪装置与红外线光源之间的角度，使对称的两对接收单元接收信号强度相差最小。

本发明的又一目的是提供一种配备红外线跟踪装置的模型，包括红外线信号接收单元组合、相应的信号处理控制电路和机械驱动结构，所述红外线信号接收单元组合包括至少一对对称分布的红外线信号接收单元，所述红外线信号接收单元由红外线接头和入射角度范围受限制的红外线接收屏蔽盒组成。

其中，所述红外线信号接收单元组合包括两对对称分布的红外线信号接收单元，所述红外线接头以一定角度安装在红外线接收屏蔽盒中，所述红外线接收屏蔽盒的结构是一侧开口，一侧中央开有一长方形口，所述两对对称分布的红外线信号接收单元被放置在具有红外线接收单元组合下壳、红外线接收单元组合上壳、透明窗、印刷电路板的载体上；所述信号处理电路通过对红外线方向信号接收组合收到的信号的处理和判断，输出相应的控制信号，控制机械驱动结构动作，调整红外线跟踪装置与红外线光源之间的角度，使对称的两对接收单元接收信号强度相差最小。

进一步的，所述的模型为红外线模型装甲车。

本发明另一目的是提供一种用于模型红外线自动跟踪的方法，应用在配备包括至少一对对称布置的红外线信号接收单元的红外线信号接收单元组合、相应的信号处理控制电路和机械驱动结构组成的红外线自动跟踪装置的模型上，其特征在于包括如下步骤：

a)红外线接收单元组合中的每一个红外线信号接收单元接收红外线光源发出的信号；

b)所述信号处理控制电路接收红外线信号接收单元组合的每一个红外线信号接收单元输出的脉宽调制信号；

c)所述信号处理控制电路对每一对信号接收单元的脉宽调制信号强度进行差值比较；

d)判断所述差值范围是否在设定的允许误差范围内，若所述差值超出了允许的误差范围，根据差值产生一组脉宽调制信号控制相应的机械驱动结构转动；

e)若所述差值没有超出了允许的误差范围，则信号处理控制电路不做处理。

其中，所述模型的自动红外线跟踪装置中的外线信号接收单元组合包括至少一对对称分布的红外线信号接收单元，所述红外线信号接收单元由红外线接头和入射角度范围受限制的红外线接收屏蔽盒组成，所述红外线接头以一定角度安装在红外线接收屏蔽盒中，所述红外线接收屏蔽盒的结构是一侧开口，一侧中央开有一长方形口；所述对称分布的红外线信号接收单元被放置在具有红外线接收单元组合下壳、红外线接收单元组合上壳、透明窗、印刷电路板的载体上。

由于本发明提供的红外线信号接收单元组合中的红外线接收单元采取特殊的结构，能够使得红外线接收单元根据与红外光源的角度只接受一定范围内的红外线信号，对称分布的红外线接收单元接收的红外线信号强弱具有一定的差异，而本发明提供的红外线自动跟踪装置中的信号控制电路能根据红外线接收单元组合发送的信号差值控制机械驱动机构的动作来消除这种差值，因此，应用本发明所提供的红外线自动跟踪的装置和方法，能将以往必须通过人工遥控模型(模型车、模型装甲车、模型坦克等)跟踪目标的整个过程交由红外线跟踪部分自动完成，能自动搜索、跟踪、锁定和攻击目标以及躲避目标攻击等功能，实现了现有遥控模型的智能化和瞄准目标的精确性，增加了利用模型游戏的趣味性。

附图说明

图1是本发明红外线跟踪装置中红外线信号接收单元组合结构说明示意图；

图2是本发明红外线跟踪装置中红外线信号接收单元组合结构中的角度说明示意图；

图3是本发明一个具体实施例中红外线跟踪装置的动作流程总体示意图；

图4是本发明一个具体实施例中红外线跟踪装置的详细动作流程示意图；

图5是本发明一个具体实施例中红外线跟踪装置的应用说明示意图；

图6是本发明一个具体实施例中红外线跟踪装置的应用中信号接收单元局部放大说明示意图；

具体实施方式

本发明所提供的应用在遥控模型种的自动红外线跟踪的装置和方法的主要思路是，在需要具有跟踪瞄准功能的遥控模型上安装红外线跟踪装置，通过红外线跟踪装置自动调整与发出红外线光源的遥控模型的角度实现对具有红外线光源遥控模型的自动跟踪。

其中红外线跟踪装置的基本结构是由红外线信号接收单元组合、相应的信号处理控制电路和机械驱动结构组合而成。红外线跟踪装置通过检测周围红外线光源在红外线方向信号接收组合不同红外线接收单元之间形成的信号强度差别，经过控制电路处理，产生相应的控制信号控制机械驱动结构调整红外线跟踪装置与红外线光源之间的角度而跟踪红外线光源。

下面结合附图进一步对本发明的具体实施方式进行详细描述。

图1显示了本发明一个具体实施例中的红外线跟踪装置中红外线信号接收单元组合的基本结构。图1中(a)是红外线信号接收单元组合的外观，图1中(b)、(c)分别是红外线信号接收单元组合的局部剖视图和内部结构图，图1中的(d)是红外线接收单元组合内部结构的正视图。参考图1(b)，该红外线接收单元组合包括红外线接收单元组合下壳(1)、红外线接收单元组合上壳(2)、透明窗(3)、PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)板(4)、红外线接收头屏蔽盒(5)和红外线接收头(6)。该红外线信号接收组合由4个对称排列的红外线接收单元组成，所述的红外线信号接收单元由红外线接头和入射角度范围受限制的红外线接收腔体组成，所述红外线接头以一定角度安装在红外线接收腔体中，红外线接收腔体的结构是一侧开口，腔体的另一面中央开有一长方形口。这样的结构组合使得安装在红外线接收腔体中的红外接收头只能接收一定角度和方向的红外线信号，能正常接收在侧面开口方向和垂直于这个方向的红外信号，而处在别的方向的红外信号不能正常接收，因而该接收单元具有限定所接收红外线方向的特性。

图2显示了红外线信号接收单元组合红外线接收头屏蔽盒位置的几个关键角度，其中α为红外线接收头屏蔽盒安装角度，且0°≤α≤45°；β为红外线接收头屏蔽盒宽度方向接收角度，且10°≤β≤30°；δ为红外线接收头屏蔽盒长度方向接收角度，且65°≤δ≤85°；γ为红外线接收头屏蔽盒侧面开口方向接收角度，且70°≤γ≤90°。

α、β、δ、γ在具体应用中可以根据实际情况进行设置，当α、β、δ、γ取一定值设置时，红外线接收头的红外线入射角度范围根据红外线光源点与红外线接收头的高度角的变化而变化。表1示出了当α＝17°、β＝40°、γ＝110°时，红外光源点与红外线接收头高度角和红外线接收头能接收到的入射角度范围之间的对应关系。

红外线信号接收单元组合与信号处理电路、机械驱动结构组合共同构成红外线跟踪装置，本实施例中的红外线信号接收单元组合的四个红外线接收单元以上下左右四个方向排列。上下两个接收单元组成垂直方向的跟踪面，上下两个之间的夹角决定垂直跟踪面的大小。

在实施跟踪时，红外线跟踪装置的工作原理可以参考图3，当两个红外线信号接收单元与红外光源之间的角度相等时，接收信号强度几乎相等，反之在两个红外线信号接收单元之间将形成信号强度差，经过信号处理产生垂直方向的输出信号；左右两个接收单元组成水平方向的跟踪面，左右两个接收单元之间的夹角决定水平跟踪面的大小。当两个红外线信号接收单元与红外光源之间的角度相等时，接收信号强度几乎相等，反之在两个红外线信号接收单元之间将形成信号强度差，经过信号处理产生水平方向的输出信号。

信号处理电路通过对红外线方向信号接收组合收到的水平方向和垂直方向信号的处理和判断，输出相应的控制信号，控制机械驱动结构，调整红外线跟踪装置与红外线光源之间的角度，使红外线方向信号接收组合水平方向两个接收单元接收信号强度相差最小和垂直方向两个接收单元接收信号强度相差最小，从而达到红外线跟踪装置达到自动跟踪红外线光源目的。

红外光源点-红外线接收头的高度角	红外线入射角度范围
		0°	116.8°
10°	113.1°
		20°	107.2°
30°	98.4°
		40°	85.6°
45°	97°
		50°	67.2°
60°	90.9°
		70°	92.3°
80°	92°
		90°	90°

表1

图5进一步显示了红外线跟踪装置信号处理部分的工作原理，参考图5，其处理过程如下：

红外线信号接收单元组合的每一个红外线信号接收单元输出的都是一串PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制)信号，高低电平占用的时间反映了接收信号的强弱，低电平占空比越大，信号越强，低电平占空比越小，信号越弱，没信号时输出全高电平。信号处理部分首先对接收到的四个红外线信号接收单元发送的四组PWM信号的低电平时间同时进行积分，得到PWM上、PWM下、PWM左、PWM右四组信号强度值。然后将上下强度值比较，如果PWM上信号强度值比PWM下信号强度值大，超出了允许的误差范围，说明红外光源在红外线跟踪装置上方，计算上下信号强度差值，再乘以一个比例因子，产生一组PWM信号控制垂直方向的电机带动驱动结构驱动红外线跟踪装置向上转动，作向上跟踪；如果PWM上信号强度值比PWM下信号强度值小，超出了允许的误差范围，说明红外光源在红外线跟踪装置下方，计算PWM上PWM下信号强度差值，再乘以一个比例因子，产生一组PWM信号控制垂直方向的电机带动驱动结构驱动红外线跟踪装置向下转动作向上跟踪；如果PWM上信号强度值与PWM下信号强度值的差值没有超出允许的误差范围，说明红外光源在红外线跟踪装置垂直方向位于中间位置。再将PWM左PWM右强度值比较，如果PWM左信号强度值比PWM右信号强度值大，超出了允许的误差范围，说明红外光源在红外线跟踪装置左方，计算PWM上PWM下信号强度差值，再乘以一个比例因子，产生一组PWM信号控制水平方向的电机带动驱动结构驱动红外线跟踪装置向左方向转动，作向左跟踪；如果PWM左信号强度值比PWM右信号强度值小，超出了允许的误差范围，说明红外光源在红外线跟踪装置右方，计算PWM左PWM右信号强度差值，再乘以一个比例因子，产生一组PWM信号控制水平方向的电机带动驱动结构驱动红外线跟踪装置向右转动作向右跟踪；如果左信号强度值与右信号强度值的差值没有超出允许的误差范围，说明红外光源在红外线跟踪装置水平方向位于中间位置。如果PWM左信号强度值与PWM右信号强度值的差值没有超出允许的误差范围，PWM上信号强度值与PWM下信号强度值的差值也没有超出允许的误差范围，说明红外光源位于红外线跟踪装置中央，已跟踪上，完成跟踪任务。

图5、图6显示了本发明的红外线跟踪装置运用在红外线模型装甲车(4)上，用来自动跟踪和攻击正在发射红外线的模型飞机的示意图。参考图5、图6，其中红外线模型飞机能通过自身配备的红外光源(1)发出红外线光；红外线模型装甲车上安装红外线跟踪装置，包括红外线接收管(2)、负责高低角跟踪之一的红外线接受单元(31a)、负责高低角跟踪之二的红外线接受单元(31b)、负责方位角跟踪之一的红外线接受单元(32a)、负责方位角跟踪之二的红外线接受单元(32b)、模型武器***(5)、高度角控制驱动机构(6)、方位角控制旋转平台(7)。

在模型对打跟踪过程中，红外线模型飞机自身发出红外线光，当红外线模型飞机飞在模型装甲车能接收到它发出的红外光的范围时，模型装甲车将自动跟踪飞机，并自动调整车上模型武器***中的炮塔对准飞机，对准后开炮攻击。

虽然通过实施例描绘了本发明，但本领域普通技术人员知道，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，就可使本发明有许多变形和变化，本发明的范围由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1、一种用于模型红外线自动跟踪装置中的红外线信号接收单元组合，其特征在于所述红外线信号接收单元组合包括至少一对对称分布的红外线信号接收单元，所述红外线信号接收单元由红外线接头和入射角度范围受限制的红外线接收屏蔽盒组成。

2、如权利要求1所述的用于模型红外线自动跟踪装置中的红外线信号接收单元组合，其特征在于所述红外线信号接收单元组合包括两对对称分布的红外线信号接收单元，所述红外线接头以一定角度安装在红外线接收屏蔽盒中，所述红外线接收屏蔽盒的结构是一侧开口，一侧中央开有一长方形口，所述两对对称分布的红外线信号接收单元被放置在具有红外线接收单元组合下壳、红外线接收单元组合上壳、透明窗、印刷电路板的载体上。

3、一种用于模型的自动红外线跟踪装置，包括红外线信号接收单元组合、相应的信号处理控制电路和机械驱动结构，所述红外线信号接收单元组合包括至少一对对称分布的红外线信号接收单元，所述红外线信号接收单元由红外线接头和入射角度范围受限制的红外线接收屏蔽盒组成。

4、如权利要求3所述的用于模型的自动红外线跟踪装置，其特征在于所述红外线信号接收单元组合包括两对对称分布的红外线信号接收单元，所述红外线接头以一定角度安装在红外线接收屏蔽盒中，所述红外线接收屏蔽盒的结构是一侧开口，一侧中央开有一长方形口，所述两对对称分布的红外线信号接收单元被放置在具有红外线接收单元组合下壳、红外线接收单元组合上壳、透明窗、印刷电路板的载体上。

5、如权利要求4所述的用于模型的自动红外线跟踪装置，其特征在于所述信号处理电路通过对红外线方向信号接收组合收到的信号的处理和判断，输出相应的控制信号，控制机械驱动结构动作，调整红外线跟踪装置与红外线光源之间的角度，使对称的两对接收单元接收信号强度相差最小。

6、一种配备红外线跟踪装置的模型，其特征在于所述模型的自动红外线跟踪装置，包括红外线信号接收单元组合、相应的信号处理控制电路和机械驱动结构，所述红外线信号接收单元组合包括至少一对对称分布的红外线信号接收单元，所述红外线信号接收单元由红外线接头和入射角度范围受限制的红外线接收屏蔽盒组成。

7、如权利要求6所述的配备红外线跟踪装置的模型，其特征在于所述红外线信号接收单元组合包括两对对称分布的红外线信号接收单元，所述红外线接头以一定角度安装在红外线接收屏蔽盒中，所述红外线接收屏蔽盒的结构是一侧开口，一侧中央开有一长方形口，所述两对对称分布的红外线信号接收单元被放置在具有红外线接收单元组合下壳、红外线接收单元组合上壳、透明窗、印刷电路板的载体上；所述信号处理电路通过对红外线方向信号接收组合收到的信号的处理和判断，输出相应的控制信号，控制机械驱动结构动作，调整红外线跟踪装置与红外线光源之间的角度，使对称的两对接收单元接收信号强度相差最小。

8、如权利要求7所述的配备红外线跟踪装置的模型，其特征在与所述的模型为红外线模型装甲车。

9、一种用于模型红外线自动跟踪的方法，应用在配备包括至少一对对称布置的红外线信号接收单元的红外线信号接收单元组合、相应的信号处理控制电路和机械驱动结构组成的红外线自动跟踪装置的模型上，其特征在于包括如下步骤：

a)红外线接收单元组合中的每一个红外线信号接收单元接收红外线光源发出的信号；

b)所述信号处理控制电路接收红外线信号接收单元组合的每一个红外线信号接收单元输出的脉宽调制信号；

c)所述信号处理控制电路对每一对信号接收单元的脉宽调制信号强度进行差值比较；

d)判断所述差值范围是否在设定的允许误差范围内，若所述差值超出了允许的误差范围，根据差值产生一组脉宽调制信号控制相应的机械驱动结构转动；

e)若所述差值没有超出了允许的误差范围，则信号处理控制电路不做处理。

10、如权利要求9所述的一种用于模型红外线自动跟踪的方法，其特征在于所述模型的自动红外线跟踪装置中的外线信号接收单元组合包括至少一对对称分布的红外线信号接收单元，所述红外线信号接收单元由红外线接头和入射角度范围受限制的红外线接收屏蔽盒组成，所述红外线接头以一定角度安装在红外线接收屏蔽盒中，所述红外线接收屏蔽盒的结构是一侧开口，一侧中央开有一长方形口；所述对称分布的红外线信号接收单元被放置在具有红外线接收单元组合下壳、红外线接收单元组合上壳、透明窗、印刷电路板的载体上。

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