CN109581395A - 一种基于反光片的海上作业直升机定位装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于反光片的海上作业直升机定位装置及方法，本发明采用反光片、红外广角摄像机、信息处理单元、信息显示单元，通过S1、安装调试反光片、红外广角摄像机、信息处理单元、信息显示单元；S2、直升机飞临动平台时启动红外广角摄像机、信息处理单元、信息显示单元；S3、摄像机拍摄直升机上反光片反射的红外光；S4、信息处理单元根据摄像机拍摄到的结果对直升机位置进行定位；S5、直升机根据定位结果进行位置调整并最终降落在指定区域，提供了昼夜条件下的直升机精确定位功能，降低了夜间小平台降落这个难题对飞行员的要求；***可以在大雾下工作；甚至能实现在恶劣天气和6级海况情况下动平台的安全降落，有效提高了保障能力。
Description
技术领域
本发明涉及直升机定位技术领域，尤其涉及一种基于反光片的海上作业直升机定位装置及方法。
背景技术
随着直升机广泛应用，各国越来越重视直升机的在处理海上事务的作用，但直升机在动荡不定的起降平台上操作是非常困难的，尽管直升机本身性能能够胜任比较高的海情，但如果直升机不能在一些特定的条件下，从机库安全移到起降平台起飞，而只是存放在机库中是没有任何意义的。同样，当直升机在较高海情下利用动平台运动间歇期降落在起降平台上，如果不能在动平台运动使直升机产生侧滑和翻倒之前将直升机安全系留在平台上，其后果也是不堪设想的。直升机的保障能力高低，直接影响直升机在综合海事任务中的充分发挥。随着我国越来越重视海上事务的处理，动平台越来越频繁的遇到较为恶劣的海况，但目前我国快速系留装置(鱼叉-格栅)为核心的直升机舰面***只具有四级海况综合保障能力。国外直升机综合保障能力基本为六级海况，包括日本、韩国等国直升机保障能力也达到六级海况水平。
现有直升机动平台降落主要依靠飞行员和舰上人员的经验，通过手动操作实现，容易出现操作失误，而且在复杂气象条件下及夜间动平台降落对飞行员及舰上人员提出了很高的要求。因此，迫切需要一种能够精确定位直升机相对动平台的位置的技术，用于辅助降落。
发明内容
鉴于以上分析，本发明旨在提供一种基于反光片的海上作业直升机定位装置及方法，用以在昼夜条件及各种天气状况下精确定位直升机相对动平台的位置。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种基于反光片的海上作业直升机定位装置，该定位装置包括：反光片、红外广角摄像机、信息处理单元、信息显示单元；
反光片安装在直升机的机身两侧；
红外广角摄像机安装在动平台的甲板两舷；
信息处理单元与红外广角摄像机连接，用来进行直升机的位置信息计算和处理；
信息显示单元与信息处理单元实现数据连接，用来显示直升机的位置信息。
反光片共有8个，直升机的两侧各有4个，且排列成方形。
红外广角摄像机包括：激光源、摄像机；
激光源紧靠摄像机安装；
激光源产生的红外光波长为808nm，输出功率为1.5W；
摄像机的光学***前加装窄带滤光片，滤掉激光源产生的红外光以外的所有杂散光。
激光器包括：热沉、管座、LD芯片(半导体激光器Laser Diode)、光纤、陶瓷插芯、透镜组；
热沉安装在管座上，置于LD芯片的后方，为LD芯片提供散热通道；
LD芯片通电发光，光线进入光纤；
透镜组通过陶瓷插芯安装在光纤前侧；
透镜组将光线发散到
使用该定位装置的一种基于反光片的海上作业直升机定位方法，该方法的步骤为：
S1、安装调试反光片、红外广角摄像机、信息处理单元、信息显示单元；
S2、直升机飞临动平台时启动红外广角摄像机、信息处理单元、信息显示单元；
S3、摄像机拍摄直升机上反光片反射的红外光；
S4、信息处理单元根据摄像机拍摄到的结果对直升机位置进行定位；
S5、直升机根据定位结果进行位置调整并最终降落在指定区域。
步骤S1中，调整反光片的角度，使反射光能沿入射光的方向进行反射；
调整信息处理单元的运算参数，修正激光源的光轴与摄像机光轴之间的偏差角度；
调整信息显示单元的显示参数，使得位置信息能够正常的显示出来。
步骤S2中，直升机悬停在动平台起将区域的上方，准备降落时，开启摄像机、激光源、信息处理单元。
步骤S3中，激光源发出红外光，照射在直升机的反光片上，并被反光片反射；
摄像机拍摄反射光，生成两路串行数字图像数据，通过光纤把图像数据发送到信息处理单元。
步骤S4中，信息处理单元接收光纤传输的两路串行数字图像信号，并将其转换为两路并行图像数据流；信息处理单元同时对两路图像进行目标搜索、捕获、识别与跟踪，分别完成总共八个目标的跟踪测量，融合左右摄像机的焦距等内方位元素与摄像机相对全局坐标系的位置与姿态参数，使用双摄影测量法实时解算出直升机在甲板坐标系中相对于理想降落点的位置，并通过坐标变换，计算出直升机在大地坐标系中相对于理想降落点的位置；再将直升机的实际位置信息与姿态参数以及理想位置和姿态参数通过信息显示单元显示出来。
本发明的有益效果如下：
本发明所提供的直升机高速摄像精确定位***由于采用近红外中心808nm的激光目标源及摄像机杂散光抑制技术和后端的图像数据处理方法，能提供昼夜条件下的直升机精确定位功能，降低了夜间动平台降落这个难题对飞行员的要求；***可以在大雾下工作；甚至能实现在恶劣天气和6级海况情况下的动平台安全降落，有效提高了直升机的保障能力。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分特征和优点从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其它优点可通过在所写的说明书、权利要求书、附图中所特指的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于体现具体实施例的目的，并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，相同的序号代表相同的部件。
图1为一种基于反光片的海上作业直升机定位装置的示意图；
图2为一种基于反光片的海上作业直升机定位装置的激光器结构示意图；
图3为一种基于反光片的海上作业直升机定位装置的***框架图；
图4为一种基于反光片的海上作业直升机定位方法的定位流程图；
图中：1-热沉、2-管座、3-LD芯片、4-陶瓷插芯。
具体实施方式
下面结合附图具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请的一部分，并与本发明的实施例一起用于阐述本发明的原理。
一种基于反光片的海上作业直升机定位装置，该定位装置包括：反光片、红外广角摄像机、信息处理单元、信息显示单元；
反光片安装在直升机的机身两侧；
红外广角摄像机安装在动平台的甲板两舷；
信息处理单元与红外广角摄像机连接，用来进行直升机的位置信息计算和处理；
信息显示单元与信息处理单元实现数据连接，用来显示直升机的位置信息。
反光片共有8个，直升机的两侧各有4个，且排列成方形。
红外广角摄像机包括：激光源、摄像机；
激光源紧靠摄像机安装；
激光源产生的红外光中心波长为808nm，带宽4nm，输出功率为1.5W这样可有效区别于可见光波长，有利于提取目标，激光源防护等级IP23；
摄像机的光学***前加装窄带滤光片，滤掉激光源产生的红外光以外的所有杂散光，防护等级IP68。
摄像机采用短焦距5.7mm，90度大视场广角光学镜头；光学镜头上镀滤光膜设计，一种滤光膜可以截止815nm以上波长光直到传感器截止波长1100nm，另一种可截止800nm以下的所有光；两种滤光膜的组合起到了极窄带通滤波器的作用这两种滤波器的组合有效的阻止了除通过带宽的各种波长环境光。到传感器环境光的减少使在各种光照条件下检测相对低能量的目标源成为可能。
摄像机采用高速CMOS传感器；
摄像机具有自动曝光功能，可以根据光照等情况调节曝光时间的长短，可根据上一帧图像灰度统计并进行下一帧曝光时间的调节，使图像有较好的成像质量，自动根据上一帧或上几帧的图像统计信息制定本帧的曝光策略。
摄像机配有清洁雨刷，可以用于下雨天气下使用；同时考虑船舷安装的摄像机人员清洁安全不便，具有自动喷清洁液模块，雨刷机构采用步进电机配合凸轮驱动产生往复运动；
摄像机为防止盐雾进入，外壳采用密封接口并留有低压氮气充填接口，具有氮气充填功能；为了测量壳体内有无漏压现象，电路中选用飞思卡尔的压力传感器；
摄像机保护罩玻璃具有加热功能，方便在寒冷天气除霜及水气；
激光器包括：热沉1、管座2、LD芯片3、光纤、陶瓷插芯4、透镜组；
热沉1安装在管座2上，置于LD芯片3的后方，为LD芯片3提供散热通道；
LD芯片3通电发光，光线进入光纤；
透镜组通过陶瓷插芯4安装在光纤前侧；
透镜组将光线发散到并且使光束照射均匀性比值不小于80％。
使用该定位装置的一种基于反光片的海上作业直升机定位方法，该方法的步骤为：
S1、安装调试反光片、红外广角摄像机、信息处理单元、信息显示单元；
调整反光片的角度，使反射光能沿入射光的方向进行反射；
调整信息处理单元的运算参数，修正激光源的光轴与摄像机光轴之间的偏差角度；
调整信息显示单元的显示参数，使得位置信息能够正常的显示出来。
S2、直升机飞临动平台时启动红外广角摄像机、信息处理单元、信息显示单元；
直升机悬停在动平台起降区域的上方，准备降落时，开启摄像机、激光源、信息处理单元。
S3、摄像机拍摄直升机上反光片反射的红外光；
激光源发出红外光，照射在直升机的反光片上，并被反光片反射；
摄像机拍摄反射光，生成两路串行数字图像数据，通过光纤把图像数据发送到信息处理单元。
S4、信息处理单元根据摄像机拍摄到的结果对直升机位置进行定位；
信息处理单元接收光纤传输的两路串行数字图像信号，并将其转换为两路并行图像数据流；信息处理单元同时对两路图像进行目标搜索、捕获、识别与跟踪，分别完成总共八个目标的跟踪测量，融合左右摄像机的焦距等内方位元素与摄像机相对全局坐标系的位置与姿态参数，使用双摄影测量法实时解算出直升机在甲板坐标系中相对于理想降落点的位置，并通过坐标变换，计算出直升机在大地坐标系中相对于理想降落点的位置；再将直升机的实际位置信息与姿态参数以及理想位置和姿态参数通过信息显示单元显示出来。
S5、直升机根据定位结果进行位置调整并最终降落在降落区域。
综上所述，本发明的实施例提供了一种基于反光片的海上作业直升机定位装置及方法，本发明在有源目标源，窄带通滤波器，高质量广角镜头和抗溢出CMOS传感器的组合在各种情况下能提供用于目标检测的优质图像；直升机两侧的八个反光片相互独立，某个损坏不会影响其他的使用；舰艉两台摄像机对称布置，可以在船体纵横摇情况下有效提高捕获一侧直升机激光目标源的概率；采用光纤传输可以较好的解决电磁屏蔽问题；本发明提供了昼夜条件下的直升机精确定位功能，降低了夜间动平台降落这个难题对飞行员的要求；***可以在大雾下工作；甚至能实现在恶劣天气和6级海况情况下的海上动平台安全降落，有效提高了保障能力。
以上所述，仅为本发明的较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭示的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种基于反光片的海上作业直升机定位装置，其特征在于，该定位装置包括：反光片、红外广角摄像机、信息处理单元、信息显示单元；
所述反光片安装在直升机的机身两侧；
所述红外广角摄像机安装在动平台的甲板两舷；
所述信息处理单元与所述红外广角摄像机连接，用来进行直升机的位置信息计算和处理；
所述信息显示单元与所述信息处理单元实现数据连接，用来显示直升机的位置信息。
2.根据权利要求2所述的定位装置，其特征在于，所述反光片共有8个，直升机的两侧各有4个，且排列成方形。
3.根据权利要求1所述的定位装置，其特征在于，所述红外广角摄像机包括：激光源、摄像机；
所述激光源紧靠所述摄像机安装；
所述激光源产生的红外光波长为808nm，输出功率为1.5W；
所述摄像机的光学***前加装窄带滤光片，滤掉所述激光源产生的红外光以外的所有杂散光。
4.根据权利要求3所述的定位装置，其特征在于，所述激光器包括：热沉(1)、管座(2)、LD芯片(3)、光纤、陶瓷插芯(4)、透镜组；
所述热沉(1)安装在管座(2)上，置于所述LD芯片(3)的后方，为LD芯片(3)提供散热通道；
所述LD芯片(3)通电发光，光线进入光纤；
所述透镜组通过陶瓷插芯(4)安装在光纤前侧；
所述透镜组将光线发散到
5.使用根据权利要求1至4任一项所述的定位装置的一种基于反光片的海上作业直升机定位方法，其特征在于，该方法的步骤为：
S1、安装调试反光片、红外广角摄像机、信息处理单元、信息显示单元；
S2、直升机飞临动平台时启动红外广角摄像机、信息处理单元、信息显示单元；
S3、摄像机拍摄直升机上反光片反射的红外光；
S4、信息处理单元根据摄像机拍摄到的结果对直升机位置进行定位；
S5、直升机根据定位结果进行位置调整并最终降落在指定区域。
6.根据权利要求5所述的定位方法，其特征在于，所述步骤S1中，调整反光片的角度，使反射光能沿入射光的方向进行反射；
调整信息处理单元的运算参数，修正激光源的光轴与摄像机光轴之间的偏差角度；
调整信息显示单元的显示参数，使得位置信息能够正常的显示出来。
7.根据权利要求5所述的定位方法，其特征在于，所述步骤S2中，直升机悬停在动平台起将区域的上方，准备降落时，开启摄像机、激光源、信息处理单元。
8.根据权利要求5所述的定位方法，其特征在于，所述步骤S3中，激光源发出红外光，照射在直升机的反光片上，并被反光片反射；
摄像机拍摄反射光，生成两路串行数字图像数据，通过光纤把图像数据发送到信息处理单元。
9.根据权利要求5所述的定位方法，其特征在于，所述步骤S4中，信息处理单元接收光纤传输的两路串行数字图像信号，并将其转换为两路并行图像数据流；信息处理单元同时对两路图像进行目标搜索、捕获、识别与跟踪，分别完成总共八个目标的跟踪测量，融合左右摄像机的焦距等内方位元素与摄像机相对全局坐标系的位置与姿态参数，使用双摄影测量法实时解算出直升机在甲板坐标系中相对于理想降落点的位置，并通过坐标变换，计算出直升机在大地坐标系中相对于理想降落点的位置；再将直升机的实际位置信息与姿态参数以及理想位置和姿态参数通过信息显示单元显示出来。
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