視覺著陸地面動態驗證測試裝置的製作方法
2023-06-20 14:48:41 1
專利名稱：視覺著陸地面動態驗證測試裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及飛行器導航領域，尤其涉及一種視覺著陸地面動態驗證測試裝置。
背景技術：
飛機進近著陸階段是關係飛行安全至關重要的階段，據統計目前60%以上的事故發生在飛機進近著陸階段。視覺著陸技術是解決複雜條件下飛機自主進近著陸的重要手段，其主要通過安裝在飛機上的攝像機，使用視覺導航方法，估計出無人機的飛行狀態和相對於著陸點的位置、方位，具有很高的隱蔽性與自主性，在各種中小型無人機的自主著陸系統中具備廣闊的應用前景。視覺著陸系統方案的驗證以及原理樣機的研製都需要地面驗證測試裝置的支撐。地面驗證測試裝置要求能夠高保真的模擬飛機著陸過程中外部的可視環境，包括機場跑道、合作標誌；能夠驗證不同類型傳感器的應用特點，如紅外相機、可見光CCD ;能夠驗證各種幹擾的影響，包括傳感器噪聲，環境亮度變化幹擾；能夠在不同飛行軌跡下動態連續驗證系統的精度、可靠性、可用性；能夠在室內環境下給出飛機位置與姿態的基準值，這些都對地面驗證測試裝置提出了較高的要求。目前視覺著陸的驗證方法主要有計算機仿真驗證、下滑軌道驗證、無人機試飛驗證的方法。其中計算機仿真驗證的方法主要通過計算機建模的方法實現機場視景的模擬，該方法無法有效驗證相機、圖像傳輸系統的噪聲幹擾，也無法驗證載機平臺運動的影響；下滑軌道驗證方法主要是通過搭建物理軌道模擬下滑軌跡，將一個可沿軌道下滑的小車放置在軌道上，小車內放置相機，通過小車的下滑模擬飛機的著陸過程。該方法可以實現著陸過程的動態模擬，但是無法調整航跡、下滑角等參數，並且該方法只能模擬飛機的線運動，無法模擬飛機的角度運動；對於利用無人機平臺飛行驗證的方法，由於同控制系統交聯耦合，為導航性能的隔離評估帶來了極大的困難，並且無人機飛行驗證對場地、天氣、操縱手都有較高要求，且存在較高操作風險。
實用新型內容本實用新型的目的是:提出一種驗證成本低、工作靈活、復用性強、驗證成本低的視覺著陸地面動態驗證測試裝置。本實用新型的技術方案是:一種視覺著陸地面動態驗證測試裝置，包括:模擬機場合作標誌、數字相機、無線圖像傳輸系統、視覺著陸地面工作站、綜合控制操作臺、六自由度機械臂、地面傳送帶、機械臂控制櫃、傳送帶控制櫃，其中，綜合控制操作臺的信號輸出端分別與傳送帶控制櫃控制端和機械臂控制櫃控制端連接，綜合控制操作臺的參數輸出端與視覺著陸地面工作站參數輸入端連接，所述綜合控制操作臺分別向傳送帶控制櫃和機械臂控制櫃發送控制指令，所述綜合控制操作臺將所述控制指令對應的航跡參數實時發送給視覺著陸地面工作站；[0008]傳送帶控制櫃信號輸出端與地面傳送帶控制端連接，所述傳送帶控制櫃根據綜合控制操作臺的控制指令控制地面傳送帶做縱向線運動；機械臂控制櫃信號輸出端與六自由度機械臂控制端連接，所述機械臂控制櫃根據綜合控制操作臺的控制指令控制六自由度機械臂做橫向線運動和三個姿態的角運動；六自由度機械臂設置在地面傳送帶上，隨地面傳送帶運動；數字相機設置在六自由度機械臂上並隨六自由度機械臂運動，所述數字相機通過無線圖像傳輸系統與視覺著陸地面工作站連接，所述數字相機採集模擬機場合作標誌通過無線圖像傳輸系統發送給視覺著陸地面工作站；視覺著陸地面工作站與綜合控制操作臺連接，所述視覺著陸地面工作站根據數字相機採集的模擬機場合作標誌對數字相機進行位置與姿態參數解算，將解算結果與所述航跡參數進行比對並顯示對比結果。進一步的，數字相機包括紅外相機和光電CXD相機。本實用新型的優點是:本實用新型通過數字相機的運動軌跡模擬飛機飛行航跡，可以對視覺著陸系統方案進行實驗室動態環境測試與驗證，並對各項性能指標進行測試(如定位精度、合作目標檢測精度、抗幹擾能力等);實現各種進場軌跡，運動擾動條件下的視覺著陸系統的性能驗證；實現白天、夜間、紅外相機、可見光CCD相機等多種系統方案的驗證；可以驗證圖像傳感器、圖像傳輸系統的設備噪聲影響。本實用新型為一通用的測試驗證裝置，除了視覺著陸系統方案、關鍵技術的功能、性能外，還可以為視覺系統的新產品、新型號的軟硬體提供測試環境，提高產品開發效率。
圖1為本實用新型結構示意圖。
具體實施方式
下面對本實用新型做進一步詳細說明。如圖1所示，本實用新型視覺著陸地面動態驗證測試裝置，包括:六自由度機械臂
1、地面傳送帶2、數字相機3、無線圖像傳輸系統4、模擬機場合作標誌5、綜合控制操作臺6、視覺著陸地面工作站7、機械臂控制櫃8、傳送帶控制櫃9，其中:綜合控制操作臺6的信號輸出端分別與傳送帶控制櫃9控制端和機械臂控制櫃8控制端連接，綜合控制操作臺6的參數輸出端與視覺著陸地面工作站7參數輸入端連接，所述綜合控制操作臺6分別向傳送帶控制櫃9和機械臂控制櫃8發送控制指令，所述綜合控制操作臺6將所述控制指令對應的航跡參數實時發送給視覺著陸地面工作站7。傳送帶控制櫃9信號輸出端與地面傳送帶2控制端連接，所述傳送帶控制櫃9根據綜合控制操作臺6的控制指令控制地面傳送帶2做縱向線運動；機械臂控制櫃8信號輸出端與六自由度機械臂I控制端連接，所述機械臂控制櫃8根據綜合控制操作臺6的控制指令控制六自由度機械臂I做橫向線運動和三個姿態的角運動。六自由度機械臂I設置在地面傳送帶2上，隨地面傳送帶2運動。數字相機3設置在六自由度機械臂I上並隨六自由度機械臂I運動，所述數字相機3通過無線圖像傳輸系統4與視覺著陸地面工作站7連接，所述數字相機3採集模擬機場合作標誌5通過無線圖像傳輸系統4發送給視覺著陸地面工作站7。視覺著陸地面工作站7與綜合控制操作臺6連接，所述視覺著陸地面工作站7根據數字相機3採集的模擬機場合作標誌5對數字相機3進行位置與姿態參數解算，將解算結果與所述航跡參數進行比對並顯示對比結果。進一步的，數字相機3可以包括紅外相機和光電CXD相機，紅外相機用來模擬夜間黑暗條件下的視覺著陸方案驗證，光電CCD相機用來模擬白天正常光線下視覺著陸方案驗證。本實用新型首先在綜合控制操作臺6上設置著陸階段的下滑軌跡，包括下滑角度、速度、起始位置、姿態、以及位置噪聲。綜合控制操作臺6將速度、起始位置信息作為控制指令送給傳送帶控制櫃9，將下滑角度、姿態、位置噪聲信息作為控制指令送給六自由度機械臂控制櫃8，並將設置的全部下滑軌跡信息送給視覺著陸地面工作站7。傳送帶控制櫃9控制地面傳送帶2，帶動六自由度機械臂I實現位置的精確控制，模擬飛機的縱向線運動；機械臂控制櫃8控制六自由度機械臂1，通過三個姿態的角運動和橫向線運動模擬飛機的姿態運動與噪聲幹擾，地面傳送帶2與六自由度機械臂I共同實現著陸段飛機的軌跡模擬。根據系統方案選擇不同的驗證方法，對於白天環境下的視覺著陸驗證，選擇可見光CCD相機，模擬機場合作標誌5採用反光塗料製成；對於夜間的視覺著陸方案驗證，選擇紅外相機，關閉室內照明設備，模擬機場合作標誌5採用紅外LED照明設備。驗證時紅外相機或可見光CCD相機安裝在六自由度機械臂I的工具臺上，實時拍攝模擬機場合作標誌5，並將圖像通過無線圖像傳輸系統4採用無線傳輸的方式送到視覺著陸地面工作站7 ;視覺著陸地面工作站7接收圖像，實現視覺導航核心解算，並且與下滑軌跡基準做比較，完成系統方案精度、可靠性、可用性等的評估，實現視覺導航方案驗證。
權利要求1.一種視覺著陸地面動態驗證測試裝置，其特徵在於，包括:模擬機場合作標誌、數字相機、無線圖像傳輸系統、視覺著陸地面工作站、綜合控制操作臺、六自由度機械臂、地面傳送帶、機械臂控制櫃、傳送帶控制櫃，其中， 綜合控制操作臺的信號輸出端分別與傳送帶控制櫃控制端和機械臂控制櫃控制端連接，綜合控制操作臺的參數輸出端與視覺著陸地面工作站參數輸入端連接，所述綜合控制操作臺分別向傳送帶控制櫃和機械臂控制櫃發送控制指令，所述綜合控制操作臺將所述控制指令對應的航跡參數實時發送給視覺著陸地面工作站； 傳送帶控制櫃信號輸出端與地面傳送帶控制端連接，所述傳送帶控制櫃根據綜合控制操作臺的控制指令控制地面傳送帶做縱向線運動； 機械臂控制櫃信號輸出端與六自由度機械臂控制端連接，所述機械臂控制櫃根據綜合控制操作臺的控制指令控制六自由度機械臂做橫向線運動和三個姿態的角運動； 六自由度機械臂設置在地面傳送帶上，隨地面傳送帶運動； 數字相機設置在六自由度機械臂上並隨六自由度機械臂運動，所述數字相機通過無線圖像傳輸系統與視覺著陸地面工作站連接，所述數字相機採集模擬機場合作標誌通過無線圖像傳輸系統發送給視覺著陸地面工作站； 視覺著陸地面工作站與綜合控制操作臺連接，所述視覺著陸地面工作站根據數字相機採集的模擬機場合作標誌對數字相機進行位置與姿態參數解算，將解算結果與所述航跡參數進行比對並顯示對比結果。
2.按權利要求1所述的裝置，其特徵在於，數字相機包括紅外相機和光電CXD相機。
專利摘要本實用新型視覺著陸地面動態驗證測試裝置，涉及飛行器導航領域，解決現有驗證測試裝置測試方法單一，復用性差的問題。本實用新型技術方案包括模擬機場合作標誌、數字相機、無線圖像傳輸系統、視覺著陸地面工作站、綜合控制操作臺、六自由度機械臂、地面傳送帶、機械臂控制櫃、傳送帶控制櫃。本實用新型通過數字相機的運動軌跡模擬飛機飛行航跡，可以對視覺著陸系統方案進行實驗室動態環境測試與驗證，並對各項性能指標進行測試(如定位精度、合作目標檢測精度、抗幹擾能力等)。
文檔編號G01C25/00GK202928591SQ20122061147
公開日2013年5月8日 申請日期2012年11月16日 優先權日2012年11月16日
發明者嶽亞洲, 王濤 申請人:中國航空工業第六一八研究所