CN105329457A - 一种基于激光扫描的飞机入坞引导***及方法 - Google Patents

一种基于激光扫描的飞机入坞引导***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于激光扫描的飞机入坞引导***及方法，该方法包括：捕获步骤，对飞机机头的预计出现位置进行水平方向的激光扫描，获取激光扫描的回波数据，根据一判断条件对该回波数据进行判断，以判断飞机是否出现；引导步骤，在飞机出现后，对飞机机头进行水平方向的激光扫描，获取激光扫描的回波数据并据以判断飞机的机鼻位置；跟踪步骤，在飞机行进过程中，通过调整该激光扫描的垂直扫描角度，跟踪该机鼻位置，并对该机鼻位置进行实时显示。本发明可实现对飞机的捕获、引导和跟踪，通过准确的激光扫描得到飞机的实时位置并进行显示，以给予飞行员泊位提示，另外，可并对机型进行自动识别验证，提高飞机入坞的安全性。

Description

一种基于激光扫描的飞机入坞引导***及方法
技术领域
本发明涉及飞机捕获、跟踪、识别的泊位引导***，特别是涉及一种基于激光扫描的飞机入坞引导和机型识别***及方法。
背景技术
飞机泊位引导是指将到港飞机从进入停机位导引至指定的准确停止位置的过程。飞机泊位引导的目的是保障入坞飞机安全准确停泊，能方便飞机与各种地勤接口的准确对接，并使得登机桥(PBB)能准确靠接飞机舱门，提高机场运行效率和安全。
自动飞机泊位引导***按使用传感器的类型不同主要分为：
(1)地埋线圈类；(2)激光扫描测距类；(3)视觉感知类。
地埋感应线圈类自动引导***通过探测是否有金属物体经过或停留来确定入坞飞机的位置。地埋感应线圈的优点是响应速度快、成本低，对天气和照度无要求，但误差较大、抗干扰能力低。同时，埋在地下的引线和电子元件存在容易被压坏、可靠性不高，测量精度不高，不能识别机型，可调试可维修性差等缺陷。
激光扫描泊位引导***通过激光测距和激光扫描来确定飞机的位置、机型、实时位置和实时速度。该种激光对目安全，且受环境和气候影响较小，定位确可达到毫米级别，并且维护简单，因此激光扫描泊位引导***完全能满足机场日益繁重的接机任务。
发明内容
本发明解决的技术问题在于，提出一种基于激光扫描的飞机入坞引导***及方法，以实现对飞机的捕获、引导和跟踪，通过准确的激光扫描得到飞机的实时位置，便于为飞行员提供泊位提示。
另外，本发明还可对机型进行自动识别验证，提高飞机入坞的安全性。
本发明公开了一种基于激光扫描的飞机入坞引导方法，包括：
捕获步骤，对飞机机头的预计出现位置进行水平方向的激光扫描，获取激光扫描的回波数据，根据一判断条件对该回波数据进行判断，以确定飞机是否出现；
引导步骤，在飞机出现后，对飞机机头进行水平方向的激光扫描，获取激光扫描的回波数据并据以判断飞机的机鼻位置；
跟踪步骤，在飞机行进过程中，通过调整该激光扫描的垂直扫描角度，跟踪该机鼻位置，并对该机鼻位置进行实时显示。
该捕获步骤之前还包括零点标定步骤和引导线设置步骤，该零点标定步骤包括设备安装零点标定步骤，执行于激光扫描***初次安装时，该设备安装零点标定步骤包括水平零点测量步骤和垂直零点测量步骤；
该水平零点测量步骤包括：
该激光扫描***以固定垂直扫描角度向地面的一标定区域进行水平扫描，将该标定区域等分为N个小区域，对每个小区域的边界点进行测距，从获得的测距值中找出最小值，以具有最小值的边界点为中心，确定一扩展区域，以该扩展区域中的具有最小测距值时水平反射镜所处的位置作为水平零点；
该垂直零点测量步骤包括：
该激光扫描***在垂直扫描角度β1进行测距得到第一距离值L1，针对该垂直扫描角度β1向上调整λ角度再次测距得到第二距离值L2，利用公式
L1*sinβ1＝L2*sin(β1-λ)
计算β1，以垂直反射镜从当前位置向上转动(β1-λ)角度所处的位置为垂直零点。
该零点标定步骤还包括零点校正步骤，该零点校正步骤包括：
在该设备安装零点标定步骤执行完毕后，该激光扫描***从零点起逐步调整扫描角度直至扫描到一预设参照物，记录此时的扫描角度作为校正角度；
当该激光扫描***重新开机时，该激光扫描***在扫描到该预设参照物后，回调该校正角度，以找到该零点。
该引导线设置步骤包括：
将一个标定物体分别立于引导线上的两个位置，该标定物体可以是人或者比人更大的标定板，这两个位置中，一个是引导线与停止线的交点，即停止点，另一个是尽可能远、最远可至100米、且仍处于引导线直线上的位置；分别对这两个位置上的标定物体进行多次水平扫描，将扫描得到的点转换为x-y-z三维坐标，截取z坐标在一定范围的点，作为扫描标定物体得到的点，该范围的优选值是0.5米～1.5米；分别对这两个位置，计算扫描标定物体得到的点的平均坐标，由此得到这两个位置的x-y坐标，做一条直线穿过这两个位置，得到引导线的方程y＝kgx+bg；再做一条垂直于引导线的直线，且穿过第一个位置，即停止点位置，得到停止线的方程y＝ksx+bs。对于多个停止线的引导线，设置不同的bs值并记录该方程，得到多个停止点位置和停止线方程。
该捕获步骤的判断条件进一步包括：
A、判断具有连续且具有最小测距值的感兴趣点的个数与回波数据的总数之比是否大于一阈值；
B、根据该回波数据的总数计算飞机宽度，判断该飞机宽度是否不小于一宽度阈值；以及
C、计算飞机高度，判断计算得到的飞机高度是否处于预定范围；
其中，该感兴趣点的测距值在一规定的预测范围。
该捕获步骤在获取该回波数据时，先对该回波数据进行中值滤波，再判断飞机是否出现。
该引导步骤进一步包括：
从该回波数据中，截取落在机头的目标点，将该目标点从极坐标数据转换为三维空间数据；
从该目标点中提取Y方向值最小的点作为最近点；
利用该目标点进行曲线拟合，获取曲线的顶点；
根据该最近点的X值与该顶点的X值的差值，确定该最近点以及该顶点中之一为该机鼻位置。
该跟踪步骤进一步包括：
在飞机进行过程中以预定垂直扫描角度扫描飞机的机鼻位置；
根据回波数据计算飞机的当前机鼻点；
对该当前机鼻点进行垂直扫描，根据扫描得到的抛物线的顶点计算垂直扫描角度的改变量，并据以改变该垂直扫描角度，或者，根据该当前机鼻点计算垂直扫描角度的改变量，并据以改变该垂直扫描角度。
所述方法还包括机型识别的步骤，包括：机鼻高度验证、机舱宽度验证、机头俯视轮廓验证、机头侧视轮廓验证和飞机引擎验证中的一种或几种；
该机鼻高度验证包括：如果机鼻高度与预设机鼻高度之差在一预设范围内，视为通过机鼻高度验证；
该机舱宽度验证包括：寻找该回波数据中x坐标相差最大的两个点，将这两个点的直线距离作为机舱宽度，如果该机舱宽度大于理论机舱宽度与一宽度系数的乘积，视为通过机舱宽度验证；
该机头俯视轮廓验证包括：将水平方向的激光扫描获得的回波数据(xi,yi,zi)代入预设的俯视轮廓方程y＝fn(x)，水平拟合点误差为水平拟合最大误差若DH＜ΔDH，则可认为机头的俯视轮廓验证通过，ΔDH为俯视验证阈值，i为回波数据的目标点的序号，n为俯视方程的拟合次数；
该机头侧视轮廓验证包括：将垂直方向的激光扫描获得的回波数据(xi,yi,zi)代入预设的俯视轮廓方程z＝gm(y)，垂直拟合点误差为垂直拟合最大误差若DV＜ΔDV，则可认为机头的侧视轮廓验证通过，ΔDV为侧视验证阈值，i为回波数据的目标点的序号，m为侧视方程的拟合次数；
该飞机引擎验证包括：
根据该机鼻位置计算引擎位置，对该引擎位置进行水平方向的激光扫描以及垂直方向的激光扫描；
将水平方向的激光扫描得到的回波数据转换到x-y-z三维坐标，寻找距离理论引擎中心最近的坐标点，并寻找与该最近的坐标点连续的点，得到一点集，点集中最左端和最右端的两个点的距离作为引擎宽度，该两个点的中点为引擎中心的水平坐标；
将垂直方向的激光扫描得到的回波数据转换到x-y-z三维坐标，寻找距离理论引擎中心最近的坐标点，并寻找与该最近的坐标点连续的点，得到一点集，点集中最上端和最下端的两个点的距离作为引擎高度，该两个点的中点为引擎中心的离地高度；
判断引擎的个数与预定个数是否一致，如不一致，视为飞机引擎验证失败；
判断该引擎中心的水平坐标或该引擎中心的离地高度与标准值的差距是否超过阈值，如果是，视为飞机引擎验证失败；
判断该引擎宽度或该引擎高度与标准值的差距是否超过阈值，如果是，视为引擎验证失败。
本发明还公开了一种基于激光扫描的飞机入坞引导***，包括：
捕获单元，用于对飞机机头的预计出现位置进行水平方向的激光扫描，获取激光扫描的回波数据，根据一判断条件对该回波数据进行判断，以判断飞机是否出现；
引导单元，用于在飞机出现后，对飞机机头进行水平方向的激光扫描，获取激光扫描的回波数据并据以判断飞机的机鼻位置；以及
跟踪单元，用于在飞机行进过程中，通过调整该激光扫描的垂直扫描角度，跟踪该机鼻位置，并对该机鼻位置进行实时显示。
该***还包括零点标定单元，该零点标定单元包括水平零点测量单元和垂直零点测量单元；
该水平零点测量单元包括：
使激光扫描***以固定垂直扫描角度向地面的一标定区域进行水平扫描，将该标定区域等分为N个小区域，对每个小区域的边界点进行测距，从获得的测距值中找出最小值，以具有最小值的边界点为中心，确定一扩展区域，以该扩展区域中的具有最小测距值时水平反射镜所处的位置作为水平零点的单元；
该垂直零点测量单元包括：
使该激光扫描***在垂直扫描角度β1进行测距得到第一距离值L1，针对该垂直扫描角度β1调整λ度再次测距得到第二距离值L2，利用公式
L1*sinβ1＝L2*sin(β1-λ)
计算β1，以垂直反射镜从当前位置向上转动(β1-λ)角度所处的的位置为垂直零点的单元。
该零点标定单元还包括零点校正单元，该零点校正单元包括：
使该激光扫描***从零点起逐步调整扫描角度直至扫描到一预设参照物，记录此时的扫描角度作为校正角度，并当该激光扫描***重新开机时，该激光扫描***在扫描到该预设参照物后，回调该校正角度，以找到该零点的单元。
该***还包括引导线设置单元，具体包括：
将一个标定物体分别立于引导线上的两个位置，该标定物体可以是人或者比人更大的标定板，这两个位置中，一个是引导线与停止线的交点，即停止点，另一个是尽可能远、最远可至100米、且仍处于引导线直线上的位置；分别对这两个位置上的标定物体进行多次水平扫描，将扫描得到的点转换为x-y-z三维坐标，截取z坐标在一定范围的点，作为扫描标定物体得到的点，该范围的优选值是0.5米～1.5米；分别对这两个位置，计算扫描标定物体得到的点的平均坐标，由此得到这两个位置的x-y坐标，做一条直线穿过这两个位置，得到引导线的方程y＝kgx+bg；再做一条垂直于引导线的直线，且穿过第一个位置，即停止点位置，得到停止线的方程y＝ksx+bs。对于多个停止线的引导线，设置不同的bs值并记录该方程，得到多个停止点位置和停止线方程。
该捕获单元的判断条件进一步包括：
A、判断具有连续且具有最小测距值的感兴趣点的个数与回波数据的总数之比是否大于一阈值；
B、根据该回波数据的总数计算飞机宽度，判断该飞机宽度是否不小于一宽度阈值；以及
C、计算飞机高度，判断计算得到的飞机高度是否处于预定范围；
其中，该感兴趣点的测距值在一规定的预测范围内。
该捕获单元包括：在获取该回波数据时，先对该回波数据进行中值滤波，再判断飞机是否出现的单元。
该引导单元进一步包括：
从该回波数据中，截取落在机头的目标点，将该目标点从极坐标数据转换为三维空间数据的单元；
从该目标点中提取Y方向最短的点作为最近点的单元；
利用该目标点进行曲线拟合，获取曲线的顶点的单元；
根据该最近点的X值与该顶点的X值的差值，确定该最近点以及该顶点中之一为该机鼻位置的单元。
该跟踪单元进一步包括：
在飞机进行过程中以预定垂直扫描角度扫描飞机的机鼻位置的单元；
根据回波数据计算飞机的当前机鼻点的单元；
对该当前机鼻点进行垂直扫描，根据扫描得到的抛物线的顶点计算垂直扫描角度的改变量，并据以改变该垂直扫描角度，或者，根据该当前机鼻点计算垂直扫描角度的改变量，并据以改变该垂直扫描角度的单元。
所述***还包括机型识别单元，该机型识别单元包括：机鼻高度验证单元、机舱宽度验证单元、机头俯视轮廓验证单元、机头侧视轮廓验证单元和飞机引擎验证单元中的一种或几种；
该机鼻高度验证单元包括：如果机鼻高度与预设机鼻高度之差在一预设范围内，视为通过机鼻高度验证的单元；
该机舱宽度验证单元包括：寻找该回波数据中x坐标相差最大的两个点，将这两个点的直线距离作为机舱宽度，如果该机舱宽度大于理论机舱宽度与一宽度系数的乘积，视为通过机舱宽度验证的单元；
该机头俯视轮廓验证单元包括：将水平方向的激光扫描获得的回波数据(xi,yi,zi)代入预设的俯视轮廓方程y＝fn(x)，水平拟合点误差为水平拟合最大误差若DH＜ΔDH，则可认为机头的俯视轮廓验证通过的单元，ΔDH为俯视验证阈值，i为回波数据的目标点的序号，n为俯视方程的拟合次数；
该机头侧视轮廓验证单元包括：将垂直方向的激光扫描获得的回波数据(xi,yi,zi)代入预设的俯视轮廓方程z＝gm(y)，垂直拟合点误差为垂直拟合最大误差若DV＜ΔDV，则可认为机头的侧视轮廓验证通过的单元，ΔDV为侧视验证阈值，i为回波数据的目标点的序号，m为侧视方程的拟合次数；
该飞机引擎验证单元包括：
根据该机鼻位置计算引擎位置，对该引擎位置进行水平方向的激光扫描以及垂直方向的激光扫描的单元；
将水平方向的激光扫描得到的回波数据转换到x-y-z三维坐标，寻找距离理论引擎中心最近的坐标点，并寻找与该最近的坐标点连续的点，得到一点集，点集中最左端和最右端的两个点的距离作为引擎宽度的单元，该两个点的中点为引擎中心的水平坐标；
将垂直方向的激光扫描得到的回波数据转换到x-y-z三维坐标，寻找距离理论引擎中心最近的坐标点，并寻找与该最近的坐标点连续的点，得到一点集，点集中最上端和最下端的两个点的距离作为引擎高度的单元，该两个点的中点为引擎中心的离地高度；
判断引擎的个数与预定个数是否一致，如不一致，视为飞机引擎验证失败的单元；
判断该引擎中心的水平坐标或该引擎中心的离地高度与标准值的差距是否超过阈值，如果是，视为飞机引擎验证失败的单元；
判断该引擎宽度或该引擎高度与标准值的差距是否超过阈值，如果是，视为引擎验证失败的单元。
本发明可实现对飞机的捕获、引导和跟踪，通过准确的激光扫描得到飞机的实时位置并进行显示，以给予飞行员泊位提示，另外，可并对机型进行自动识别验证，提高飞机入坞的安全性。
附图说明
图1所示为基于激光扫描的飞机入坞引导***的场景划分示意图。
图2所示为基于激光扫描的飞机入坞引导***的结构示意图。
图3所示为激光扫描***的结构示意图。
图4为水平零点标定的原理示意图。
图5为垂直零点标定的原理示意图。
图6所示为基于激光扫描的飞机入坞引导***与飞机的相对位置示意图。
图7、8所示为本发明的捕获步骤的流程示意图。
图9所示为引导步骤的流程示意图。
图10所示为飞机跟踪的俯视示意图。
图11所示为跟踪步骤的流程示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种基于激光扫描的飞机入坞引导***及方法，用于对飞机泊位进行准确的捕获、引导、跟踪，实时的并准确的获得飞机的位置，并向飞行员提供引导信息。同时，对机型进行识别。
由于飞机从开始进入机位到最终停止需要经历一个较长的距离，故而在飞机入坞引导过程中，需分为多个阶段，每个阶段的监测内容不同，也就是说，需要提前进行飞机泊位场景定义。
飞机泊位场景定义是指通过实地测量与分析，在计算机上将监测场景划分成不同的信息处理功能区，如图1所示，截止到停止线，飞机在行进路线上依次包括捕获区、机型识别与身份验证区、引导与跟踪区，使得相应的引导过程可以在各自的区域内进行，其中，机型识别与身份验证区，以及，引导与跟踪区，可以对应同一段区域。
引导与跟踪区为从停止线71开始到机头入坞第一次摆正时的机鼻的位置结束。飞机沿引导线72行进。
鉴于飞机外形是对称结构，故本发明将飞机对称轴上机鼻点作为整个飞机位置判读的基准点，并且，以引导线和停止线建立坐标系。
本发明中建立的坐标系如图2所示，以引导线72和停止线71的交点为零点；以垂直引导线72且平行地面的方向为x轴方向，正方向为飞机入坞的方向的左手方向；以平行地面且平行引导线71方向为y轴方向，正方向和飞机入坞的方向相反；以垂直地面且垂直引导线的方向为z轴方向，正方向为垂直地面向上。
本发明公开了一种基于激光扫描的飞机入坞引导***100，其设置在引导与跟踪区以外、引导线72的延长线上的正对机头的位置。如图2所示为基于激光扫描的飞机入坞引导***100的结构示意图。
基于激光扫描的飞机入坞引导***100包括激光测距装置1、水平激光扫描装置2、垂直激光扫描装置3、扫描控制装置4、信息处理单元5和信息显示单元6。
该激光测距装置1、水平激光扫描装置2、垂直激光扫描装置3和信息处理单元5均分别与扫描控制装置4连接，信息处理单元5还与信息显示单元6连接。
本发明的激光测距装置1用于发射激光和接收经被测物体反射而回的激光，同时测量激光发出点与被测目标之间的距离，得到测距值。激光扫描装置采用水平、垂直的双振镜结构，即，该水平激光扫描装置2包括水平扫描步进电机21和水平反射镜22，垂直激光扫描装置3包括垂直扫描步进电机31和垂直反射镜32。通过在扫描过程中，水平扫描步进电机21的转动角度α，垂直扫描步进电机31的转动角度β和激光测距装置1获得的激光测距数据l，可以得到空间某个点的极坐标。
本发明中的水平方向的激光扫描指：水平扫描步进电机21转动角度α，带动水平反射镜22转动角度α，使得激光测距装置1在水平方向进行测距。且垂直扫描步进电机31不转动，仅水平扫描步进电机21转动，同时激光测距装置1不断地进行测距，得到水平方向上的一组测距数据，便是一次水平方向的激光扫描。
本发明中的垂直方向的激光扫描指：垂直扫描步进电机31转动角度β，带动垂直反射镜32转动角度β,使得激光测距装置1在垂直方向进行测距，且水平扫描步进电机21不转动，仅垂直扫描步进电机31转动，同时激光测距装置1不断地进行测距，得到垂直方向上的一组测距数据，便是一次垂直方向的激光扫描。
激光测距装置1、水平激光扫描装置2和垂直激光扫描装置3组成了***100中的激光扫描***。
扫描控制装置4接受信息处理单元5的命令对激光扫描***分别配置和发送控制命令，且将激光扫描***的采集到的飞机入坞的相关数据传输至信息处理单元5。信息处理单元5对数据进行处理，并将处理后信息显示在信息显示单元6上，飞行员可以依照信息显示单元6上显示的飞机位置，对飞机行进方向进行调整。
为实时反映入坞飞机的位置信息，激光扫描***和信息处理单元5特点是快速和精确。
图3所示为激光扫描***的结构示意图。与图2对应的，激光扫描***外壳11中至少容置有激光测距装置1、水平激光扫描装置2和垂直激光扫描装置3。激光扫描***外壳11上开设有激光发射窗12，水平激光扫描装置2以及垂直激光扫描装置3发出的激光均经由该激光发射窗12射出，以用于扫描被引导物体。激光发射窗12相对水平激光扫描装置2以及垂直激光扫描装置3的位置固定。
在基于激光扫描的飞机入坞引导***100初次安装时，需要执行设备安装零点标定步骤，对激光扫描***进行零点标定，特别是需要确定水平激光扫描装置2激光水平射出方向的水平零点位置，以及，垂直激光扫描装置3激光垂直射出方向的垂直零点位置。
水平零点标定
水平激光扫描装置2和垂直激光扫描装置3均安装在距离地面高度为H的地方。在标定水平零点位置时，垂直反射镜32保持初始垂直扫描角度β0固定不变，水平扫描步进电机21驱动水平反射镜22向前方地面的一标定区域进行水平扫描，扫过的角度为α0，该标定区域通常位于水平激光扫描装置2的前下方，例如图1中的停止线71。在水平扫描过程中，激光测距装置1实时获取该标定区域中各点的测距值。图4为水平零点标定的原理示意图。
随后，信息处理单元5将该标定区域等分为N个小区域，并对每个小区域的边界点进行测距，获得N+1个测距值Dn，n＝0、1……N。
从该N+1个测距值Dn中找出最小值Dmin，以具有最小值Dmin的边界点为中心，确定一扩展区域Dexe。例如，以具有最小值Dmin的边界点为中心，左右偏移预设长度或度数，得到该扩展区域。确定该扩展区域，即是为了确定水平零点可能存在的大致范围。
对该扩展区域再次进行扫描，此次需以最小分辨率对该扩展区域进行细密的划分，并对划分得到的每个边界点进行测距，以其中的最小测距值时水平反射镜的位置作为水平零点。
垂直零点标定
对垂直零点的标定需通过两次扫描实现。
首先，水平激光扫描装置2保持在零点角度不动，垂直激光扫描装置3在垂直扫描角度β1进行测距得到第一距离值L1。
随后，水平激光扫描装置2仍保持不动，垂直激光扫描装置3的扫描角度上扬λ度，即，在垂直扫描角度β2进行测距得到第二距离值L2，β1、β2均为激光与水平线的夹角。
图5为垂直零点标定的原理示意图，图5中以L1为斜边的直角三角形与L2为斜边的直角三角形共用一条直角边，该直角边为激光扫描***距离水平地面的高度值。
另外，β2＝β1-λ，根据测量得到的L1、L2以及已知的λ值，再利用公式L1*sinβ1＝L2*sin(β1-λ)，可以得知β1。
如此即可以确认在垂直反射镜在当前位置向上旋转(β1-λ)角度时所处的位置为垂直零点。
至此，水平零点与垂直零点均已标定，零点标定结束。
以上为基于激光扫描的飞机入坞引导***100初次实现设备安装时执行的标定，而每次激光扫描***重新上电时，还需进行零点校正。
重新上电后，水平扫描步进电机21和垂直扫描步进电机31均会产生抖动。为最大限度消除该抖动所带来的误差，提高引导***的准确率，需要选定参考物对激光扫描的零点进行重新校准。
选定激光发射窗12的边界为该参考物。在该设备安装零点标定步骤执行完毕后，该激光扫描***从标定好的零点起逐步调整扫描角度直至扫描到一预设参照物，记录此时的扫描角度(αr,βr)作为校正角度。
具体来说，水平扫描步进电机21和垂直扫描步进电机31从标定好的零点起步，以激光发射窗12的一预定角为例，例如左上角，垂直反射镜从初始角度逐渐上扬，并在每一个垂直扫描角度进行水平扫描，直到在某一垂直扫描角度获取符合预设长度的测距值，且当时的水平扫描角度与该激光发射窗12的左上角所在位置相对应，即当时的水平扫描角度的方向向左。则记录该垂直扫描角度βr与水平扫描角度αr作为校正角度，并将该校正角度固化为恒量进行记录。
则当该激光扫描***重新开机时，水平扫描步进电机21和垂直扫描步进电机31进行随机扫描，直至扫描到该预设参照物，则从当前扫描角度回调该校正角度，以找到该经过标定过的零点，使得后续的捕获、跟踪、引导过程具有更高的准确性。
在基于激光扫描的飞机入坞引导***100初次安装时，还需要执行引导线设置步骤，具体步骤为：
将一个标定物体分别立于引导线上的两个位置，该标定物体可以是人或者比人更大的标定板，这两个位置中，一个是引导线与停止线的交点，即停止点，另一个是尽可能远、最远可至100米、且仍处于引导线直线上的位置；分别对这两个位置上的标定物体进行多次水平扫描，将扫描得到的点转换为x-y-z三维坐标，截取z坐标在一定范围的点，作为扫描标定物体得到的点，该范围的优选值是0.5米～1.5米；分别对这两个位置，计算扫描标定物体得到的点的平均坐标，由此得到这两个位置的x-y坐标，做一条直线穿过这两个位置，得到引导线的方程y＝kgx+bg；再做一条垂直于引导线的直线，且穿过第一个位置，即停止点位置，得到停止线的方程y＝ksx+bs。对于多个停止线的引导线，设置不同的bs值并记录该方程，得到多个停止点位置和停止线方程。
当引导线恰好与***垂直时，记录引导线方程为x＝bg，记录停止线为y＝bs。
完成了前述的标定以及校正过程，基于激光扫描的飞机入坞引导***100开始执行捕获步骤。本发明的基于激光扫描的飞机入坞引导方法，整体包括三个步骤：捕获步骤、引导步骤和跟踪步骤。
捕获步骤用于对飞机机头的预计出现位置进行水平方向的激光扫描，获取激光扫描的回波数据，根据一判断条件对该回波数据进行判断，以判断飞机是否出现。
引导步骤用于在飞机出现后，对飞机机头进行水平方向的激光扫描，获取激光扫描的回波数据并据以判断飞机的机鼻位置；
跟踪步骤用于在飞机行进过程中，通过调整该激光扫描的垂直扫描角度，跟踪该机鼻位置，并根据该机鼻位置解算出的该飞机位姿(包括距离和偏离方向)进行实时显示。
具体来说，对于捕获步骤，参阅图6所示，已经预先分配好该机位将停靠的机型或特定的某架飞机，则应该停放的飞机的机鼻高度h是预先知道的，***100的安装高度为H，场景定义中***100距离捕获区的最远边缘的距离为s。
在该捕获步骤中，激光扫描***将对飞机机头的预计出现位置进行水平方向的激光扫描，获取激光扫描的回波数据，并根据一判断条件对该回波数据进行判断，以识别飞机是否出现。
具体来说，飞机机头的预计出现位置为捕获区的最远边缘s、高度为飞机机鼻高度h的位置。则***100的垂直激光扫描装置3的初始的垂直扫描角度β(与水平线的夹角)为：
图7所示为本发明的捕获步骤的流程示意图。
步骤101，激光扫描***对飞机机头的预计出现位置进行水平扫描，获取回波数据。
激光扫描***不断获得同一行的数据，特别是同一行的测距值。在飞机出现前，激光扫描***得到的数据应该是超过最远距离的错误返回，或者远大于边缘距离的结果。当飞机出现时，预计激光扫描***获得的数据dis_predict是：
dis _ predict = H - h sin β
步骤102，对回波数据进行统计。
以回波数据中在dis_predict上下一定范围内的点为感兴趣的点，如在dis_predict±5m范围内的点为感兴趣的点。
统计一次水平扫描所得到的一行数据中，感兴趣的点的总个数CountTotal。
该行数据中既包括感兴趣的点也包括非感兴趣的点，寻找该行中连续出现的感兴趣的点，其中可能找到多段连续的感兴趣的点。从多段连续的感兴趣的点中，寻找拥有最小数据Lmin的那一段。该最小数据所对应的点可视为预计机鼻点。拥有最小数据Lmin的那一段的点的总个数为CountMin。
步骤103，判断CountMin/CountTotal是否大于一阈值，如果是，执行步骤104，如果否，执行步骤101。
该阈值范围为0.3～0.7，优选为0.5。
步骤104，根据该回波数据的总数计算飞机宽度，判断该飞机宽度是否不小于一宽度阈值，如果是，执行步骤105，如果否，执行步骤101。
由于每个机位已经预先分配给特定型号的飞机，故而该型号的飞机的各项参数均为已知。则此时可根据实际入坞飞机的宽度数据做进一步的判断，以识别当前入坞的飞机是否符合预定型号的参数要求，进而判断当前入坞的飞机是否是预先分配的该特定型号的飞机。
计算当前入坞的飞机宽度width_cal。
width_cal＝Lmin*sin(CountTotal*R)
R是带动反射镜转动的步进电机每次测量所转动的角度。
判断飞机宽度是否符合width_cal≥width*Q，Q为宽度判别参数，该宽度判别参数可优选为0.7。width为该特定型号的飞机的飞机宽度。如果符合，执行步骤105，如果否，执行步骤101，继续进行扫描。
步骤105，计算飞机高度z，判断计算得到的飞机高度是否处于预定范围，如果是，执行步骤106，如果否，执行步骤101。
与步骤104类似的，此步骤继续对入坞飞机的高度数据进行判断，以精准识别当前入坞的飞机是否符合预定型号的参数要求，进而判断当前入坞的飞机是否是预先分配的该特定型号的飞机。
飞机高度z即为机鼻高度。在第一次进行步骤101的激光扫描时，所获得的回波数据中的Lmin所对应的点，即视为预计机鼻点。
z＝H-Lmin*sinβ
判断飞机高度是否符合h-w≤z≤h+w。h为该特定型号的飞机的已知机鼻高度，w为优选0.5m的高度阈值参数。
如果符合，视为当前入坞飞机就是该特定型号的飞机，则继续执行步骤106，如果不符合，执行步骤101。
步骤106，判断飞机是否前行一特定距离，如果否，执行步骤101，如果是，计算捕获到的飞机的预计机鼻点的三维坐标，并继续执行后续引导步骤以及跟踪步骤。
该特定距离例如为10米。本发明从飞机进入捕获区开始，在行进10米范围内进行反复扫描并判断，一旦飞机符合特定机型并行进超过10米，获取飞机的预计机鼻点的三维坐标。飞机前行该特定距离即进入引导区。
预计机鼻点的三维坐标可根据激光扫描***的回波数据中Lmin所对应的点，以及与该点对应的垂直、水平激光扫描装置的偏转角度β、α进行换算。
x＝Lmin*sinα*cosβ
y＝Lmin*cosα*cosβ
z＝H-Lmin*sinβ
在另一实施例中，在步骤101与102之间，还可包括一步骤1011，预处理步骤。该预处理步骤用于在获取到该回波数据时，先对该回波数据进行中值滤波，再判断飞机是否出现。该预处理步骤也可以在任何一次收到回波数据时使用，对回波数据进行预处理后再执行后续步骤。
数据预处理的主要目的是保证数据的有效性和实时性。其主要包含的内容是：杂散噪声点去除以及数据点坐标转换。
将步骤101所进行的一次扫描所获得的一行数据定义为点集P(d1,d2,d3,…,dN)。定义前向数据差Δd＝dj-dj-1。
对于连续曲面上的相邻点，Δd很小；由于存在噪声点，且假设该噪声点的值为dj，通常噪声点值与其相邻点dj-1和Δdj+1的两个差值Δd会较大。
取排序模长s＝5，即取中值排序点(dj-2,dj-1,dj,dj+1,dj+2)进行滤波，其中dj为噪声点。
为区分噪声点和不同扫描平面上的点，需要对数据进行重排。对任意相邻激光点(dj-2,dj-1,dj,dj+1,dj+2)，若dj的值和dj-1距离满足：|dj-dj-1|≥1m。则对(dj-2,dj-1,dj,dj+1,dj+2)重新从小到大排序后得到新序列(ds-2,ds-1,ds,ds+1,ds+2)，将dj修改为新序列的中值ds(即dj＝ds)。以此可达到滤除突变点dj并将其值修改为邻近点的值，其他值在原有序列中的位置和值都不变。
中值滤波的主要步骤为：
1.逐次比较相邻数据点的距离值Δdj＝dj-dj-1；
2.判断每个Δdj是否大于设定阈值(1m)，若是则提取dj的邻域(dj-2,dj-1,dj,dj+1,dj+2)；
3.对提取数据序列(dj-2,dj-1,dj,dj+1,dj+2)重新按数值从小到大排序后得到新序列(ds-2,ds-1,ds,ds+1,ds+2)，并将用中间点值ds替代dj的值，其他值在原有序列中的位置和值都保持不变。
为保证中值滤波的稳定性，在进行迭代开始时需要在初始化阶段将起始的两个值设定为相等且为0(d0＝d1＝0)。以此获得较稳定的中值滤波迭代。
步骤106后继续执行该引导步骤，如图9为所示引导步骤的流程示意图，该引导步骤进一步包括：
步骤201，飞机进入引导区后，以预定垂直扫描角度扫描飞机的预计机鼻点位置，获得回波数据，从中截取落在机头的目标点，将该目标点从极坐标数据转换为三维空间数据。
该目标点的选取规则与前述的感兴趣点的选取规则一致。
步骤202，从该目标点中提取Y方向最短的点作为最近点(Xd，Yd)。
步骤203，利用该目标点进行曲线拟合，获取曲线的顶点。
假设落在机头上的目标点的点集为S(p1、p2…pi…pI)，i为目标点的序号，I为目标点的总数。其中取每个目标点pi的X轴、Y轴坐标为(xi,yi)，对所有目标点进行用二次多项式拟合，即
p(x)＝a0+a1x+a2x2
根据最小二乘法则，可以得到a0,a1,a2的值。
求出二次曲线方程之后便可求出该曲线的顶点(X0，Y0)，记该点的坐标为(xmin,ymin)，该点为机鼻位置点。
其中 根据(xmin,ymin)到目标点的点集S中去进行匹配，找到X轴Y轴数据与(xmin,ymin)一致的点，以(xmin,ymin)以及该点的Z轴数据共同组成机鼻位置的三维坐标(xn,yn,zn)。
步骤204，根据该最近点(Xd，Yd)的Xd值与该顶点的Xmin值的差值，确定该最近点以及该顶点中之一为该机鼻位置。
ΔX＝∣Xd-Xmin∣
判断ΔX是否小于一预设阈值，如果否，以(X0，Y0)为机鼻点，如果是，以最近点(Xd，Yd)为机鼻点。如此可准确的定位机鼻点。该预设阈值优选为50厘米。
以机鼻点的坐标，根据引导线的方程和停止线的方程，计算机鼻点到引导线的偏离距离，和机鼻点到停止线的剩余距离。
步骤205，对该机鼻位置在信息显示单元6上进行显示。
定位好机鼻以后，由于飞机不断运动，所以激光扫描***需要实时根据飞机机鼻的位置更新扫描位置以随时确定飞机的实时位置。故而，步骤204之后继续执行一跟踪步骤。如图10所示为飞机跟踪的俯视示意图。如图11所示为跟踪步骤的流程示意图。
跟踪步骤包括：
步骤301，以预定垂直扫描角度β扫描飞机的机鼻点位置，记录此时机鼻点到x轴的垂直距离Y10。
步骤302，随着飞机前进，保持当前垂直扫描角度不变继续进行水平扫描。
步骤303，通过定位算法找到当前机鼻点并记录机鼻点到x轴的垂直距离Y20，并随时在信息显示单元6上显示该当前机鼻点。
该定位算法为，在保持垂直扫描角度β进行水平扫描时，飞机在前进，则当前收到的回波数据中的最小的测距值也在逐渐减小，而飞机的外形是固定的，且数据已知，则根据收到的回波数据以及已知特定型号的飞机的外形数据，则可以判断出保持垂直扫描角度β进行水平扫描时所扫到飞机的具***置，则借助特定型号的飞机的外形数据，通过换算可以知道当前的机鼻点所在位置。
步骤304，计算运动距离Y30＝Y10-Y20。
步骤305，判断Y30是否满足给定的阈值范围要求，如果是，执行步骤306，如果否，执行步骤302。
当Y10大于等于20米时，阈值设为5米，当Y10小于20米时，阈值设为1米，判断该Y30是否小于该阈值。
步骤306，判断飞机是否达到停止线，如果是执行步骤308，如果否，执行步骤307。
步骤307，在当前机鼻点处进行一次垂直扫描，得到飞机轮廓，找到飞机轮廓的抛物线顶点，从而计算出垂直扫描角度的改变量β'同时，根据Y20计算垂直扫描角度的预计改变量β″，计算d＝|β'-β″|，如果d满足改变量阈值要求，采用β'调整垂直扫描角度，如果不满足，采用β″调整垂直扫描角度，执行步骤302。所述阈值取值范围在0.3～1°，优选值0.5°。
垂直扫描的步骤与步骤203一致。
其中， β ′ ′ = arctan H - h y 20 - β
步骤308，持续跟踪预定时间，判断飞机是否继续移动。
步骤309，如果是，发出警报，执行步骤306，如果否，停止跟踪。
由此本发明可随时调整垂直扫描角度以随时扫描到机鼻点的实际位置，实现对机鼻点的跟踪与显示。
除上述步骤外，本发明在飞机进入机型识别与身份验证区后，还包括机型识别的步骤，如果在机型识别的步骤中发现当前飞机与该机位应当停放的飞机的机型不符，未通过对应的验证条件，则发出警示信息。机型识别包括：机鼻高度验证、机舱宽度验证、机头俯视轮廓验证、机头侧视轮廓验证和飞机引擎验证中的一种或几种。
针对不同需求，可对上述验证条件进行分级，可以获得以下几个级别：
Level1——验证机鼻高度和机舱宽度；
Level2——验证机鼻高度，机舱宽度和机头俯视轮廓正确；
Level3——验证机鼻高度，机舱宽度，机头俯视轮廓和机头侧视轮廓正确；
Level4——验证机鼻高度，机舱宽度，机头俯视轮廓和机头侧视轮廓正确，以及飞机引擎个数正确，引擎间距离正确。
安全等级越高，飞机机型验证和身份识别正确的条件越苛刻，也需要更多的时间。因此可以根据机场站坪引导线长度和飞机机型选择相应的验证等级。
另外，扫描引擎的同时，也可以通过得到的位置和机鼻-引擎之间的相对位置关系，解算出机鼻的位置，以用于对飞机进行定位。
该机鼻高度验证的过程等同于步骤105。
该机舱宽度验证的过程等同于步骤104。
该机头俯视轮廓验证包括：将水平方向的激光扫描获得的多个回波数据的三维数据(xi,yi,zi)代入预设的机头的俯视轮廓方程y＝fn(x)。预设的机头的俯视轮廓方程对应通过机头机鼻的截面，且该截面和地面平行，该截面轮廓投影在地面上为一条曲线。水平拟合点误差为水平拟合最大误差设ΔDH＝0.3m，若DH＜ΔDH，则可认为机头的俯视轮廓验证通过，ΔDH为俯视验证阈值，i为回波数据的目标点的序号，n为俯视方程的拟合次数，n优选值为7。
该机头侧视轮廓验证包括：将垂直方向的激光扫描获得的多个回波数据的三维数据(xi,yi,zi)代入预设的机头的侧视轮廓方程z＝gm(y)。预设的机头的侧视轮廓方程对应通过机头机鼻的截面且该截面和地面垂直，在坐标系中将该截面轮廓投影在yoz平面上并对该曲面边界进行高次曲线拟合。垂直拟合点误差为垂直拟合最大误差设ΔDV＝0.3m，若DV＜ΔDV，则可认为机头的侧视轮廓验证通过，ΔDV为侧视验证阈值，i为回波数据的目标点的序号，m为侧视方程的拟合次数，m优选值为11。
该飞机引擎验证包括：
步骤41，根据该机鼻位置计算引擎位置，对该引擎位置进行水平方向的激光扫描以及垂直方向的激光扫描。
由于应当停放于该机位的机型是确定的，故而机鼻位置与每个引擎位置的相对位置关系是确定的，根据机鼻位置可以换算出每个引擎位置。
已知飞机机鼻和引擎中心的坐标差为(Δxn,Δyn,Δzn)，已获取的机鼻坐标为(xn,yn,zn)。则理论引擎中心坐标为pegn(xn+Δxn,yn+Δyn,zn+Δzn)。调制激光垂直反射镜32的偏转角度，使激光可以扫描到该理论上的引擎中心，并进行水平扫描。
步骤42，将水平方向的激光扫描得到的回波数据转换到x-y-z三维坐标，寻找距离理论引擎中心最近的坐标点，并寻找与该最近的坐标点连续的点，得到一点集，点集中最左端和最右端的两个点的距离作为引擎宽度，该两个点的中点为引擎中心的水平坐标xegn。
“连续的点”要求是其中相邻点的距离不超过20cm。
步骤43，将垂直方向的激光扫描得到的回波数据转换到x-y-z三维坐标，寻找距离理论引擎中心最近的坐标点，并寻找与该最近的坐标点连续的点，得到一点集，点集中最上端和最下端的两个点的距离作为引擎高度，该两个点的中点为引擎中心的离地高度zegb。
步骤44，如果可以找到一组xegn和zegb，视为找到一个引擎，多次扫描不同的引擎可以获得引擎的个数negn。
步骤45，判断引擎的个数与预定个数是否一致，如不一致，视为飞机引擎验证失败。
步骤46，判断该引擎中心的水平坐标或该引擎中心的离地高度与标准值的差距是否超过阈值(例如30cm)，如果是，视为飞机引擎验证失败。
步骤47，判断该引擎宽度或该引擎高度与标准值的差距是否超过阈值(例如20cm)，如果是，视为引擎验证失败。
本发明可实现对飞机的捕获、引导和跟踪，通过准确的激光扫描得到飞机的实时位置并进行显示，以给予飞行员泊位提示，另外，可并对机型进行自动识别验证，提高飞机入坞的安全性。

Claims (16)

1.一种基于激光扫描的飞机入坞引导方法，其特征在于，包括：
捕获步骤，对飞机机头的预计出现位置进行水平方向的激光扫描，获取激光扫描的回波数据，根据一判断条件对该回波数据进行判断，以确定飞机是否出现；
引导步骤，在飞机出现后，对飞机机头进行水平方向的激光扫描，获取激光扫描的回波数据并据以判断飞机的机鼻位置；
跟踪步骤，在飞机行进过程中，通过调整该激光扫描的垂直扫描角度，跟踪该机鼻位置，并对该机鼻位置进行实时显示。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该捕获步骤之前还包括零点标定步骤，该零点标定步骤包括设备安装零点标定步骤，执行于激光扫描***初次安装时，该设备安装零点标定步骤包括水平零点测量步骤和垂直零点测量步骤；
该水平零点测量步骤包括：
该激光扫描***以固定垂直扫描角度向地面的一标定区域进行水平扫描，将该标定区域等分为N个小区域，对每个小区域的边界点进行测距，从获得的测距值中找出最小值，以具有最小值的边界点为中心，确定一扩展区域，以该扩展区域中的具有最小测距值时水平反射镜所处的位置作为水平零点；
该垂直零点测量步骤包括：
该激光扫描***在垂直扫描角度β1进行测距得到第一距离值L1，针对该垂直扫描角度β1向上调整λ角度再次测距得到第二距离值L2，利用公式
L1*sinβ1＝L2*sin(β1-λ)
计算β1，以垂直反射镜在当前位置向上旋转(β1-λ)角度时所处的位置为垂直零点。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该零点标定步骤还包括零点校正步骤，该零点校正步骤包括：
在该设备安装零点标定步骤执行完毕后，该激光扫描***从零点起逐步调整扫描角度直至扫描到一预设参照物，记录此时的扫描角度作为校正角度；
当该激光扫描***重新开机时，该激光扫描***在扫描到该预设参照物后，回调该校正角度，以找到该零点。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该判断条件进一步包括：
A、判断具有连续且具有最小测距值的感兴趣点的个数与回波数据的总数之比是否大于一阈值；
B、根据该回波数据的总数计算飞机宽度，判断该飞机宽度是否不小于一宽度阈值；以及
C、计算飞机高度，判断计算得到的飞机高度是否处于预定范围；
其中，该感兴趣点的测距值在一规定的预测范围内。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该捕获步骤在获取该回波数据时，先对该回波数据进行中值滤波，再判断飞机是否出现。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该引导步骤进一步包括：
从该回波数据中，截取落在机头的目标点，将该目标点从极坐标数据转换为三维空间数据；
从该目标点中提取Y方向值最小的点作为最近点；
利用该目标点进行曲线拟合，获取曲线的顶点；
根据该最近点的X值与该顶点的X值的差值，确定该最近点以及该顶点中之一为该机鼻位置。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该跟踪步骤进一步包括：
在飞机进行过程中以预定垂直扫描角度扫描飞机的机鼻位置；
根据回波数据计算飞机的当前机鼻点；
对该当前机鼻点进行垂直扫描，根据扫描得到的抛物线的顶点计算垂直扫描角度的改变量，并据以改变该垂直扫描角度，或者，根据该当前机鼻点计算垂直扫描角度的改变量，并据以改变该垂直扫描角度。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括机型识别的步骤，包括：机鼻高度验证、机舱宽度验证、机头俯视轮廓验证、机头侧视轮廓验证和飞机引擎验证中的一种或几种；
该机鼻高度验证包括：如果机鼻高度与预设机鼻高度之差在一预设范围内，视为通过机鼻高度验证；
该机舱宽度验证包括：寻找该回波数据中x坐标相差最大的两个点，将这两个点的直线距离作为机舱宽度，如果该机舱宽度大于理论机舱宽度与一宽度系数的乘积，视为通过机舱宽度验证；
该机头俯视轮廓验证包括：将水平方向的激光扫描获得的回波数据(xi,yi,zi)代入预设的俯视轮廓方程y＝fn(x)，水平拟合点误差为水平拟合最大误差若DH＜ΔDH，则可认为机头的俯视轮廓验证通过，ΔDH为俯视验证阈值，i为回波数据的目标点的序号，n为俯视方程的拟合次数；
该机头侧视轮廓验证包括：将垂直方向的激光扫描获得的回波数据(xi,yi,zi)代入预设的俯视轮廓方程z＝gm(y)，垂直拟合点误差为垂直拟合最大误差若DV＜ΔDV，则可认为机头的侧视轮廓验证通过，ΔDV为侧视验证阈值，i为回波数据的目标点的序号，m为侧视方程的拟合次数；
该飞机引擎验证包括：
根据该机鼻位置计算引擎位置，对该引擎位置进行水平方向的激光扫描以及垂直方向的激光扫描；
将水平方向的激光扫描得到的回波数据转换到x-y-z三维坐标，寻找距离理论引擎中心最近的坐标点，并寻找与该最近的坐标点连续的点，得到一点集，点集中最左端和最右端的两个点的距离作为引擎宽度，该两个点的中点为引擎中心的水平坐标；
将垂直方向的激光扫描得到的回波数据转换到x-y-z三维坐标，寻找距离理论引擎中心最近的坐标点，并寻找与该最近的坐标点连续的点，得到一点集，点集中最上端和最下端的两个点的距离作为引擎高度，该两个点的中点为引擎中心的离地高度；
判断引擎的个数与预定个数是否一致，如不一致，视为飞机引擎验证失败；
判断该引擎中心的水平坐标或该引擎中心的离地高度与标准值的差距是否超过阈值，如果是，视为飞机引擎验证失败；
判断该引擎宽度或该引擎高度与标准值的差距是否超过阈值，如果是，视为引擎验证失败。
9.一种基于激光扫描的飞机入坞引导***，其特征在于，包括：
捕获单元，用于对飞机机头的预计出现位置进行水平方向的激光扫描，获取激光扫描的回波数据，根据一判断条件对该回波数据进行判断，以判断飞机是否出现；
引导单元，用于在飞机出现后，对飞机机头进行水平方向的激光扫描，获取激光扫描的回波数据并据以判断飞机的机鼻位置；以及
跟踪单元，用于在飞机行进过程中，通过调整该激光扫描的垂直扫描角度，跟踪该机鼻位置，并对该机鼻位置进行实时显示。
10.如权利要求9所述的***，其特征在于，该***还包括零点标定单元，该零点标定单元包括设备安装零点标定单元，该设备安装零点标定单元包括水平零点测量单元和垂直零点测量单元；
该水平零点测量单元包括：
使激光扫描***以固定垂直扫描角度向地面的一标定区域进行水平扫描，将该标定区域等分为N个小区域，对每个小区域的边界点进行测距，从获得的测距值中找出最小值，以具有最小值的边界点为中心，确定一扩展区域，以该扩展区域中的具有最小测距值时水平反射镜所处的位置作为水平零点的单元；
该垂直零点测量单元包括：
使该激光扫描***在垂直扫描角度β1进行测距得到第一距离值L1，针对该垂直扫描角度β1调整λ度再次测距得到第二距离值L2，利用公式
L1*sinβ1＝L2*sin(β1-λ)
计算β1，以垂直反射镜在当前位置向上旋转(β1-λ)角度时所处的位置为垂直零点的单元。
11.如权利要求10所述的***，其特征在于，该零点标定单元还包括零点校正单元，该零点校正单元包括：
使该激光扫描***从零点起逐步调整扫描角度直至扫描到一预设参照物，记录此时的扫描角度作为校正角度，并当该激光扫描***重新开机时，该激光扫描***在扫描到该预设参照物后，回调该校正角度，以找到该零点的单元。
12.如权利要求9所述的***，其特征在于，该判断条件进一步包括：
A、判断具有连续且具有最小测距值的感兴趣点的个数与回波数据的总数之比是否大于一阈值；
B、根据该回波数据的总数计算飞机宽度，判断该飞机宽度是否不小于一宽度阈值；以及
C、计算飞机高度，判断计算得到的飞机高度是否处于预定范围；
其中，该感兴趣点的测距值在一规定的预测范围内。
13.如权利要求9所述的***，其特征在于，该捕获单元包括：在获取该回波数据时，先对该回波数据进行中值滤波，再判断飞机是否出现的单元。
14.如权利要求9所述的***，其特征在于，该引导单元进一步包括：
从该回波数据中，截取落在机头的目标点，将该目标点从极坐标数据转换为三维空间数据的单元；
从该目标点中提取Y方向最短的点作为最近点的单元；
利用该目标点进行曲线拟合，获取曲线的顶点的单元；
根据该最近点的X值与该顶点的X值的差值，确定该最近点以及该顶点中之一为该机鼻位置的单元。
15.如权利要求9所述的***，其特征在于，该跟踪单元进一步包括：
在飞机进行过程中以预定垂直扫描角度扫描飞机的机鼻位置的单元；
根据回波数据计算飞机的当前机鼻点的单元；
对该当前机鼻点进行垂直扫描，根据扫描得到的抛物线的顶点计算垂直扫描角度的改变量，并据以改变该垂直扫描角度，或者，根据该当前机鼻点计算垂直扫描角度的改变量，并据以改变该垂直扫描角度的单元。
16.如权利要求9所述的***，其特征在于，还包括机型识别单元，该机型识别单元包括：机鼻高度验证单元、机舱宽度验证单元、机头俯视轮廓验证单元、机头侧视轮廓验证单元和飞机引擎验证单元中的一种或几种；
该机鼻高度验证单元包括：如果机鼻高度与预设机鼻高度之差在一预设范围内，视为通过机鼻高度验证的单元；
该机舱宽度验证单元包括：寻找该回波数据中x坐标相差最大的两个点，将这两个点的直线距离作为机舱宽度，如果该机舱宽度大于理论机舱宽度与一宽度系数的乘积，视为通过机舱宽度验证的单元；
该机头俯视轮廓验证单元包括：将水平方向的激光扫描获得的回波数据(xi,yi,zi)代入预设的俯视轮廓方程y＝fn(x)，水平拟合点误差为水平拟合最大误差若DH＜ΔDH，则可认为机头的俯视轮廓验证通过的单元，ΔDH为俯视验证阈值，i为回波数据的目标点的序号，n为俯视方程的拟合次数；
该机头侧视轮廓验证单元包括：将垂直方向的激光扫描获得的回波数据(xi,yi,zi)代入预设的俯视轮廓方程z＝gm(y)，垂直拟合点误差为垂直拟合最大误差若DV＜ΔDV，则可认为机头的侧视轮廓验证通过的单元，ΔDV为侧视验证阈值，i为回波数据的目标点的序号，m为侧视方程的拟合次数；
该飞机引擎验证单元包括：
根据该机鼻位置计算引擎位置，对该引擎位置进行水平方向的激光扫描以及垂直方向的激光扫描的单元；
将水平方向的激光扫描得到的回波数据转换到x-y-z三维坐标，寻找距离理论引擎中心最近的坐标点，并寻找与该最近的坐标点连续的点，得到一点集，点集中最左端和最右端的两个点的距离作为引擎宽度的单元，该两个点的中点为引擎中心的水平坐标；
将垂直方向的激光扫描得到的回波数据转换到x-y-z三维坐标，寻找距离理论引擎中心最近的坐标点，并寻找与该最近的坐标点连续的点，得到一点集，点集中最上端和最下端的两个点的距离作为引擎高度的单元，该两个点的中点为引擎中心的离地高度；
判断引擎的个数与预定个数是否一致，如不一致，视为飞机引擎验证失败的单元；
判断该引擎中心的水平坐标或该引擎中心的离地高度与标准值的差距是否超过阈值，如果是，视为飞机引擎验证失败的单元；
判断该引擎宽度或该引擎高度与标准值的差距是否超过阈值，如果是，视为引擎验证失败的单元。
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