CN104160244A - 用于检查飞机降落的进场路线指示器的测量设备以及对应的检查装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于测量包括至少两个不同颜色角部分的由灯发射的光束的特征的移动设备，其中所述设备包含用于改变测量总成的位置的支架，所述测量总成包含配备有变焦的单个的可定向的摄像头，所述摄像头能够至少采用用于提供降低的放大率和较宽的视场角的第一低放大率位置以便检测所述灯的位置从而精确地在其方向上引导所述摄像头，以及第二高放大率位置以便获得所述灯的图像从而分析由灯发射的光束的特征。
Description
1.技术领域
本发明涉及用于验证视觉进场斜率或进场路线指示器的有效操作的测量设备，以确保接近跑道以便在跑道上降落的飞机在路线上得到最适于降落的引导。
本发明还涉及实施此测量设备的检查装置。
更确切地说本发明涉及确保被称为“PAPI”(Precision Approach PathIndicators，精确进场路线指示器)或“APAPI”(Abbreviated PrecisionApproach Path Indicators，简化精确进场路线指示器)的***的检查的装置。
2.背景技术
视觉进场斜率指示器
机场跑道是由向飞机飞行员提供指示的视觉指示器围绕的，通过指示飞行员可以在正确的条件下降落。
在这些指示器中，视觉进场斜率指示器给出需要将飞机安置在相对于跑道的理想进场斜率上以便在跑道上降落的指示。此视觉降落辅助是可昼夜操作的。
已知的视觉进场斜率指示器尤其包含“PAPI”(“精确进场路线指示器”)装置和“APAPI”(“简化精确进场路线指示器”)装置。
“PAPI”装置通常包括四个相同的光单元(下文中称作“PAPI”光单元)，所述每个单元发射一定角度以下的红光和此角度以上的白光。这四个光单元是由位于跑道旁边的水平杆承载的，通常位于所驶向的降落跑道的水平处的左侧。所述四个光单元以某种方式放置在所述杆上使得接近轨道的飞机的飞行员看到位于彼此旁边的四个发光点。
所有的光单元以不同的仰角放置，所述角从距离跑道最远距离处的光单元外部向最接近跑道的光单元增大。术语“仰角”表示由光单元发射的光束的光轴与水平面形成的角度，光束的白色部分与红色部分之间的过渡通过该角度。
两个连续光单元的仰角之间的差值通常等于20弧分。由于由每个光单元发射的一定角度以下的红光束与由光单元发射的此角度以上的白光束之间的过渡是非常精确的，通常不超过3弧分，所以接近跑道的飞机的飞行员取决于他的海拔高度看到每个红光或白光。因此图1A、图1B和图2A到图2E表示一组PAPI光单元的工作。
图1A是机场的跑道1的一端的示意性俯视图。在此跑道旁边，在规划的飞机将要降落的水平处，放置有PAP1装置2，所述装置包括由同一杆承载的四个光单元21、22、23和24，并且每个发射光束朝向接近跑道的飞机取向。
图1B是跑道1和PAPI装置2的示意性侧视图。在此图中呈现了分别与由PAPI装置2的光单元21、22、23和24发射的光束相关联的光轴210、220、230和240。从此图中可以看到，光单元21到24中的每一个具有在光单元21与光单元24之间增大的不同的仰角。
这些光轴的仰角是大约以对应于准备好降落的飞机的最佳进场路线3的角度分布的。
举例来说，如果考虑对应于最佳进场路线3的进场角度θ，那么光单元21经放置使得其光轴210形成以30弧分小于角度θ的仰角，光单元22经放置使得其光轴220形成以10'小于角度θ的仰角，光单元23经放置使得其光轴230以10'大于角度θ，并且光单元24经放置使得其光轴240以30'大于角度θ。必须注意到图1B中所示的角度并不对应于真实角度而是已经夸大的以便促进附图的阅读。
接近机场的跑道的飞机的飞行员取决于他是否位于每个PAPI光单元的光轴的上方或下方而看到呈白色或红色的每个PAPI光单元。图2A到图2E是具有跑道1的飞行员的视野的示意性表示以及在不同可能的配置中与其相关联的PAP1装置的示意性表示。
图2A表示位于所有PAPI光单元的光轴下方的飞机41的视野。此飞机的飞行员看到PAPI装置2的四个光单元21到24。所述光单元是红色的。这指示出它相对于最佳进场路线3是过低的。
图2B表示位于光单元21的光轴210上方但是位于光单元22到24的光轴的下方的飞机42的视野。此飞机的飞行员看到白色光单元21和红色光单元21到24。这告诉他的是他相对于最佳进场路线3是略微地过低的。
图2C表示位于光单元21和22的光轴210和220上方但是位于光单元23和24的光轴230到240的下方的飞机43的视野。此飞机的飞行员看到白色光单元21和22以及红色光单元23和24。这告诉他的是他的飞机在最佳进场路径3上。
图2D表示位于光单元21、22和23的光轴210、220、230上方但是位于光单元24的光轴240的下方的飞机44的视野。此飞机的飞行员看到白色光单元21和23以及红色光单元24。这告诉他的是他的飞机略微地在最佳进场路径3上方。
图2E表示位于光单元21到24的光轴上方的飞机45的视野。此飞机的飞行员看到装置PAPI的四个灯21到24是白色的。这告诉他的是他的飞机相对于最佳进场路径3是过高的。
因此PAPI装置易于向飞行员提供关于他们的相对于最佳进场路线的海拔高度的可靠指示。
必须注意的是在某些情况下对称的PAP1装置可以放置在跑道的任一侧上。在其他跑道上也可以实施称作APAPI的简化的装置。在APAPI装置中仅实施了与在PAPI装置中使用的那些相同类型的两个光单元，并且所述光单元是以使它们的光轴分别高于和低于最佳进场路线的方式倾斜的。
PAPI光单元的架构
图3表示PAPI光单元的投影仪的典型架构。此投影仪包括具有白光的卤素灯201和反射器202，所述反射器使得发射光束在由光轴203表示的方向上取向。位于此光轴上方的光线通过放置在形成投影仪的输出的透镜205的平面中的红色滤光器204。光线随后通过透镜205准直，因此生成(白色/红色)彩色过渡。投影仪的不同元件(反射器、灯、透镜、红色滤光器)必须是极佳地对准的，使得透镜的光轴与***的机械轴相符。
在红色滤光器未对准的情况下，白色和红色之间的过渡可以垂直地向上或向下偏移或者可以发生倾斜。在所有这些情况中，此未对准使输送给飞行员的信息出现误差。这产生了针对飞机安全的风险。
此外，当红色滤光器204相对于输出透镜205的焦平面纵向偏移时，由光单元发射的光束中的白色与红色之间的彩色过渡不是极佳地准直的。这引起了大于标准所规定的两个色彩之间的过渡区域。
最后，还必须对投影仪和灯的精确取向、光束的功率和每个光束的白色和红色区域的色度特征进行调节，从而为飞行员提供精确且准确的信息。
为了进行PAPI或APAPI***的每个投影仪的不同特征的精确设置，重要的是能够精确地测量发射光束的特征，从而检查它们与现行标准的一致性。此类检查是由机场监管部门以常规间隔规定的。
存在用于检查进场路线指示器的若干已知的方法。根据它们中的一个，位于光单元的水平处的经纬仪测量在接近区域的跑道中移动的飞机的位置，该飞机的飞行员观察光单元的颜色。根据另一已知的方法，此经纬仪在彩色过渡的水平处测量位于光单元之前若干米处的瞄准镜的位置。这些方法的实施是复杂的并且实际上并未给出满意的结果。
存在可以放置在PAPI类型光单元之前以测量其倾角的用于检测光源的倾角的从文档US2011/0032519中得知的***。此***是相对复杂的，因为它需要两个摄像头，一个确保***的取向的粗略的设置以便在第二摄像头进行测量之前占据光束中的位置。此外，同时它确保光单元的倾斜角的精确测量，然而它并不可能以所需的足够的效率来测量此光单元的发光强度，然而这是现行标准所要求的。实际上，用于进行此测量的摄像头仅给出了此发光度的不精确的评估。
3.发明目的
本发明旨在克服现有技术的这些缺点。
具体而言，本发明的一个目的是确保由PAPI装置的光单元发射的光束的特征的精确和快速测量，以便确保这些单元的特征的有效且精确的设置。
本发明的一个特定目的是确保PAPI装置的光单元的发光强度的特征的精确测量。
4.发明内容
在下文中将更清晰地呈现的这些目标以及其他目标是借助于用于测量呈现了不同颜色的至少两个角部分的由光单元发射的光束的特征的移动设备获得的，所述设备包括支撑件，所述支撑件允许测量套件的位置在其中发生改变，根据本发明所述测量套件包括单个可定向的摄像头，其配备有能够采用至少两个位置的变焦元件：
●低放大率的第一位置，提供了较宽的视场角，确保了光单元的位置的检测以使摄像头精确地在其方向上取向；
●高放大率的第二位置，确保了光单元的图像的拍摄，确保了由光单元发射的光束的特征的分析。
因此，移动设备的此单个的摄像头可以进行彼此截然不同的两个任务，一个由对光单元进行定位以确保测量套件和摄像头的精确定位组成，而另一个由拍摄光单元的图像确保精确的分析组成。
这两个任务是在现有技术中通过两个不同组件满足的，因为所属领域的技术人员认为这些组件中的每个所需的特征是相互矛盾的。这导致了现有技术***中的较高的复杂性。
相反，根据本发明的移动设备具有更为简单的构造。
有利的是，测量套件包括固定到所述摄像头上的至少一个惯性平台，确保其倾角得到测量。
如果必要的话，此惯性平台可以由简单的陀螺仪替换，确保由摄像头形成的角度的尤其精确的测量，并且因此当摄像头位于光束的光轴上并且朝向光单元取向时允许此光束的取向的尤其精确的测量。
优选地，所述测量套件包括与所述摄像头不同的至少一个发光度传感器。
测量套件中的摄像头和发光度传感器的此组合确保光束的光度特征的精确且可靠的测量。
有利的是，所述测量套件包括包含所述摄像头的壳体。
优选地，所述发光度传感器放置在由所述壳体支撑的伸缩支架上。
因此这些传感器可以分布在光束的不同点中。由于所述壳体是移动的，因此它可以在不同方向上驱动所述传感器以进行可以用于制备用于被检查的光单元的光强度图(或亮度图)的大量的测量。
有利的是，所述支撑件是由支撑用于所述测量套件的电机驱动的移位的***的支柱构成的。
此电机驱动移位***确保测量套件在实质上垂直于光束的光轴的平面中的移位。
本发明还涉及用于检查光单元的装置，其包括：
●移动测量设备，以及
●用于处理来自移动测量设备的数据的计算机，以及与操作者的界面。
有利的是，所述移动测量设备和所述计算机通过无线链路通信。举例来说，此无线链路可以是WiFi类型的。
优选地，所述计算机访问包括涉及待检查的光单元中的每一个的信息的数据库。
5.附图说明
通过借助于非详尽说明给出的并且伴随有附图的以下优选实施例的描述将更清晰地理解本发明，在附图中：
-上文中评述过的图1A和图1B示意性地表示配备有PAPI***的机场跑道；
-上文中评述过的图2A到图2E示意性地表示接近配备有PAPI***的机场跑道的飞机的视野。
-上文中评述过的图3示意性地表示PAPI光单元的组件；
-图4是PAPI光单元的侧视图，在所述光单元之前放置有根据本发明的一个实施例的测量套件；
-图5A和图5B分别表示图4的测量套件的前视图和后视图；
-图6表示整合到中图4的测量设备的壳体中的类型的摄像头；
-图7是根据本发明的一个实施例用于检查进场路线指示器的***的架构的示意性表示。
6.具体实施方式
面向光单元的测量设备的位置
图4是测量设备5的示意性侧视图，所述设备形成用于检查进场路线指示器的***的一部分，所述设备经放置以检查PAPI类型装置的光单元25。在图5A和图5B中更详细地呈现的测量设备5包括支撑测量套件的壳体51，所述壳体由三角架52承载。它位于距离光单元25的预定距离501处，例如，在由此光单元发射的光束中的5或10米的距离。
通过三角架的调节在光轴中重新放置壳体
壳体51具有观看孔隙510，所述孔隙由(例如)指向待检查的光单元25的壳体51的壁中的光滑区域构成。三角架52的高度是可调节的，所以此观看孔隙510可以位于希望的高度处。优选地，此观看孔隙510经放置以位于待检查的光单元的理论光轴的水平处。举例来说，在平坦地面上，以某种方式选择三角架52的高度使得观看孔隙510位于如下式确定的距离地面的高度H处：
H＝D*tan(θ)+h
其中：
●D：光单元25与设备5之间的距离501；
●θ：光单元25的光轴的理论仰角；
●h：光单元25相对于地面的高度。
壳体中的单个摄像头
壳体51含有图6中所示的类型的单个摄像头53，其物镜531位于壳体51的观看孔隙510的后面。此摄像头以枢转方式围绕相对于中间支撑件532水平的轴而安装，它本身围绕相对于基座533的纵轴而枢转，从而能够修改摄像头的仰角和方位角。这些枢转运动中的每一个由整合到摄像头单元中的***驱动，所述***是提供用于在获取期间对摄像头的运动进行自动控制和检查的。优选地，一旦此光单元已经在摄像头获得的图像上得到识别，那么这些运动是由确保摄像头能够自动指向待检查的光单元的计算机程序控制的。
有利的是，所选择的摄像头包括提供具有自动聚焦的变焦x18的电机驱动物镜，-30°与+90°之间的仰角的范围，以及-170°到+170°的方位角的范围。此摄像头是数字类型的并且优选地具有CCD(电荷耦合装置)类型传感器。
与壳体相关联的光度传感器
此外，如图5A和图5B中所示，发光度的光度传感器61、62、63和64包括(例如)位于壳体51中的确保来自待检查的光单元25的照度(以lux表示)的测量的光电二极管。由于传感器61、62、63和64与光单元25之间的距离是预定的且已知的，因此照度的这些测量有可能直接计算光单元25的以坎德拉表示的发光强度。优选地，若干个这些传感器(例如它们中的四个)附接到壳体的不同点，例如，接近壳体的四个转角，以便测量在光束的若干点处的照度。优选地且有利的是，这些传感器将放置在伸缩支架上。因此有可能将它们放置在距离壳体的希望的距离处以用于测量，并且将它们折叠以用于测量设备的运输。
用于壳体的电机驱动移位的***
壳体51通过电机驱动移位***固定到三角架52上，所述***包括固定到三角架52上的导轨或垂直轨道521，其中链接到壳体51的滑块可以滑动。这些轨道521和522确保了在明显地垂直于由光单元52发射的光束的光轴的平面上壳体51在垂直和水平方向上的移位。有利的是，它们提供了在垂直和水平方向上的壳体51的幅度约为40cm的移位。
这些沿轨道的移位是由电动伺服电机控制的。优选地，对于面向待控制的PAPI光单元的测量设备的初始定位，在第一测量之前，壳体51占据明显地对应于轨道521和522中的每一个的中间位置。
摄像头的精确定位
一旦已经设置好测量设备，那么摄像头53开始拍摄待检查的光单元的图像，其变焦元件位于提供较低放大率和较宽视场角的位置处。壳体51随后通过电机驱动移位***自动移位以获得观看孔隙510的精确定位，并且因此获得由待检查的光单元25发射的光束的光轴上的摄像头53的物镜531的精确定位。由摄像头53获得的图像是在这些移位期间得到分析的，以朝向与光单元25的光轴精确对准的位置引导壳体51，并且精确识别此正确位置。
更确切地说，在以下情况时壳体51是良好放置的：
●由摄像头53获得的光单元25的图像对应于磁盘；
●红光束部分与白光束部分之间的过渡是真正位于摄像头获得的光单元25的图像的中间的。
如果红光束部分与白光束部分之间的过渡是相对于水平面倾斜的，那么必须在继续壳体51的精确定位之前对光单元25的投影仪中的红色滤光器的定位进行调节。出于此目的将消息传送给进行检查的操作者。
光单元的仰角的读数和图像的读数
当壳体51位于右侧位置时，其中摄像头53精确地位于光单元25的光轴中，在红色与白色之间的过渡处，摄像头53在此光单元上放大，以便具有它的精确图像，并且通过支撑件532在此光单元的方向上精确取向。固定到摄像头53上的陀螺仪平台随后读取其相对于水平面的倾角。此角度对应于光单元的光轴的仰角。
在所呈现的实施例中使用的陀螺仪平台是整合到电子组件中的完整的惯性测量***。它测量六个轴，即三个旋转轴和三个加速度测量轴。在使测量设备运作时执行的适当的校准允许此陀螺仪指示具有伽利略参考系中的精确度的摄像头53的倾角。
此外，对在此位置由摄像头53获得的图像进行分析以验证颜色红色与白色之间的过渡的精确度以及颜色的色度特征。
必须注意的是摄像头53包括电机驱动变焦元件。它可以得到有效的使用以识别光单元的位置以便确保具有相对较低的放大率的壳体51的精确的定位，并且拍摄确保其光度和色度特征的分析的具有较高放大率的光单元的精确图像。
发光度的测量
最后，固定到壳体上的发光度传感器可以在围绕光单元25的光轴的若干点处读取照明度。从摄像头53精确地位于光单元25的光轴上的壳体51的位置中，壳体51可以由电机驱动移位***进行移位以便朝向围绕光单元25的光轴的预定点使不同的发光度传感器移位，以便进行照度的若干系列的测量。这些发光度的测量尤其可以确保光单元25的孔隙角度的计算并且有可能绘制以白色和红色发射的光束的等光强图。
必须注意的是由发光度传感器61到64给出的发光度的测量与在摄像头的情况下相比确保了具有小的多的误差的风险的发光度的精确的多的测量。
数据处理
测量中涉及的不同组件：
●摄像头53(提供图像)；
●围绕纵轴和围绕横轴的摄像头53的运动的自动反馈控制和检查的***，以及变焦元件的位置的自动反馈控制和检查的***(提供对应于摄像头的角度和变焦镜头的位置的数据)；
●命令壳体51沿由三角架52承载的轨道的垂直和水平移位的伺服电机(给出对应于摄像头的位置的数据)；
●固定到摄像头上的陀螺仪(提供对应于相对于预先校准的伽利略参考系的摄像头的精确角位置的数据)；
●由壳体51承载的发光度传感器61到64
是借助于提供检查/控制信息的快速和安全的通信以及获取的数据的收集的局域网(LAN)连接到彼此的。所有这些条的数据是通过位于壳体51中的转换器转换为二进制数据的，并且是通过位于壳体51中的WiFi通信模块发送到确保它们的处理并且提供与操作者的界面的计算机7的。
检查装置
根据所示出的实施例用于检查飞机的降落的进场路线指示器的装置包括测量设备5和用于控制测量设备5并且处理由此设备读取的数据的计算机7。
图7是此装置的架构的示意性表示。此图表示测量设备5和计算机7。
所述测量设备包括将其图像传送到转换器50的摄像头51。与摄像头51相关联的控制其枢转及其变焦功能的伺服电机接收来自转换器50的命令并且向它发送表示它们的位置的信息。
以相同的方式，电机驱动的移位***520的伺服电机接收来自转换器50的命令并且向它发送表示它们的位置的信息。
最后，陀螺仪平台9和发光度传感器60向转换器50发送它们测量的多条数据。
转换器50对所有这些条数据进行转化并且将它们发送到计算机7，所述计算机可以是(例如)在车辆中接近测量设备5放置的便携式计算机。由计算机7接收到的这些条数据由专用软件程序70处理，所述软件程序能够访问数据库71，所述数据库包括待检查的光单元上的信息，例如，跑道的名称、光单元的位置、其理论倾角等。此外，此软件程序允许借助于计算机的人机界面72的与操作者的相互作用。
因此操作者可以执行检查PAPI光单元的操作，并且尤其是借助于计算机的人机界面72检查测量设备5的操作。
使用通过测量设备5发送到它的信息，软件程序70可以确定以下参数：
●PAPI***的每个光单元的仰角；
●相对于水平面的每个光单元的色彩过渡的倾斜角；
●PAPI***的每个光单元的红色与白色之间的过渡的程度在厚度；
●每个光单元的强度的(或亮度的)图；
●每个光单元的色度的图。
从这些参数中，软件程序可以计算将对PAPI***进行的校正并且尤其是：
●PAPI***的整体的倾角；
●透镜的光学质量和对准；
●红色滤光器的对准；
●椭圆反射器的孔隙的对准；
●每个光单元的光束的准直(在仰角和过渡中)；
●每个光单元的方位角孔隙角度；
●光单元的光束相对于跑道的轴的平行度；
●沿PAPI***的纵轴的倾角(也称为滚转角)；
●沿每个红色滤光器的纵轴的倾角(也称为滚转角)。
Claims (9)
1.用于测量呈现至少两个不同颜色的角部分的由光单元发射的光束的特征的移动设备，所述设备包括确保测量套件的位置发生改变的支撑件，
其特征在于所述测量套件包括单个可定向的摄像头，其配备有能够采用至少两个位置的变焦元件：
低放大率的第一位置，提供了较低的放大率和较宽的视场角，确保了所述光单元的位置的检测以使所述摄像头精确地在其方向上取向；
高放大率的第二位置，确保了所述光单元的图像的拍摄，确保了由光单元发射的光束的特征的分析。
2.根据权利要求1所述的用于测量的移动设备，其特征在于所述测量套件包括固定到所述摄像头上的至少一个惯性平台，确保了其待测量的倾角。
3.根据前述权利要求中任一权利要求所述的用于测量的移动设备，其特征在于所述测量套件包括与所述摄像头不同的至少一个发光度传感器。
4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的用于测量的移动设备，其特征在于所述测量套件包括包含所述摄像头的壳体。
5.根据权利要求3和4所述的用于测量的移动设备，其特征在于所述发光度传感器是放置在由所述壳体承载的伸缩支架上的。
6.根据前述权利要求中任一权利要求所述的用于测量的移动设备，其特征在于所述支撑件是由承载用于所述测量套件的所述电机驱动移位的***的支柱构成的。
7.用于检查光单元的装置，其包括：
根据前述权利要求中任一权利要求所述的用于测量的移动设备，以及
用于处理来自用于测量的所述移动设备的数据的计算机，以及与操作者的界面。
8.根据权利要求7所述的用于检查的装置，其特征在于用于测量的所述移动设备和所述计算机是通过WiFi类型无线链路通信的。
9.根据权利要求7和8中任一权利要求所述的装置，其特征在于所述计算机访问包括涉及每个待检查的所述光单元的信息的数据库。
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