具有自動檢查臨近區域以及雪、霧檢測功能的飛機進站系統和方法
2023-06-04 23:58:36 4
專利名稱：具有自動檢查臨近區域以及雪、霧檢測功能的飛機進站系統和方法
技術領域：
本發明涉及一種飛機進站系統(aircraft docking system)，尤其是對飛機進站系統進行改進使其能夠在進站之前和進站時自動檢查飛機附近的障礙物，同時還能夠檢測進站系統前面的霧和雪。本發明進一步涉及這類系統的實現。
背景技術：
近年來，旅客、貨物和其他航空交通的數量大大增加，包括起飛、著陸以及其他地面交通。並且，地勤車輛的數量也顯著增加，這些車輛主要用於卸貨和提供給養服務和正常維護，並對飛機提供支持。隨著地勤交通的大幅度增多則要求進站飛機和辨識停機坪上的飛機的技術更加的可控和安全。
為此，2000年2月8日提出的6023665號美國專利中提出了一種使用雷射脈衝取得某距離內的物體形貌，從而實現飛機檢測、辨識和進站的系統，該專利的發明人與本發明的相同。該系統首先掃描大門前的區域直至其定位並辨識出一個物體。當這個物體被識別為一架飛機時，系統就跟蹤該物體。系統可以實時地根據外形提供的信息顯示飛機的類型、飛機與進站點之間距離以及飛機的橫向位置。該系統的操作模式包括「捕捉模式」和「跟蹤模式」。「捕捉模式」負責檢測到物體並辨別是否是飛機；「跟蹤模式」負責確認飛機的類型並且檢測飛機向大門的運動。
如圖1A所示，上面的專利中的進站跟蹤系統(用10泛指)為物體的計算機化的位置提供辨識，確認物體的類型並且跟蹤物體，這裡的「物體」一般應當是一架飛機12。在操作中，當控制塔臺降落了一架飛機12之後，它通知該系統飛機正在接近門16和期待中該飛機的型號(如747，L-1011等)。系統10於是掃描門16前面的區域19直至其定位該物體並識別出這是飛機12。系統10於是將飛機12的外形與期待中的飛機的參考外形進行比較，同時還評估期待中的飛機型號的其他幾何特徵。如果被定位的飛機在進站點前的一個最小距離上(如12米)被發現與期望的外形和其他標準不符合的話，該系統就給塔臺14發信號通知，並且顯示一個「停止」標誌，然後關機。
如果物體就是期待中的飛機12，系統10實時地向飛行員顯示飛機12與進站點間的距離和飛機的橫向位置將其跟蹤至門16。飛機12的橫向距離由顯示器18提供，這樣飛行員可以修正飛機的位置從而以正確的角度靠近門16。當飛機12到達了進站點時，這個結果被顯示在顯示器18上，此時飛行員停下飛機。
根據圖1B，系統10包括一個雷射測距儀(LRF)20，兩個鏡子21、22，一個顯示單元18，兩個步進電機24、25，一個微處理器26。Laser Atlanta公司有合適的雷射測距儀產品出售，該產品能夠發射雷射脈衝、接收遠處物體反射的雷射脈衝並且測量出與那些物體的距離。
系統10在設計時使得在LRF20的串行埠和微處理器26之間有一個連接28。通過這個連接，LRF20大約每400分之一秒向微處理器26發送測量數據。系統20中由23標記的硬體組件由微處理26中的程序進行控制。除此之外，微處理26將數據傳給顯示單元18。作為與飛行員之間的接口，顯示單元18被放置在門16的上面向飛行員顯示飛機與進站點29還有多遠、系統期望到來的飛機型號30和飛機的橫向位置。使用這個顯示器，飛行員可以根據門16調整飛機12從而保證飛機在處於進入門的正確角度上。如果顯示器18顯示的飛機型號30有誤，飛行員可以在發生損傷之前停止前進。這個雙保險的措施確保了旅客、飛機和飛行設施的安全，因為如果系統在一個等待停止737客機的位置上試圖進站一架更大型的747客機，很可能會造成嚴重的損害。
除了顯示單元18，微處理器26還將從LRF20來的數據通過連接32轉發給步進電機24、25來控制雷射20的位置。步進電機24、25與鏡子21、22相連，根據處理器26指令控制鏡子21、22。因此，通過控制步進電機24、25，微處理器26可以改變鏡子的角度從而改變LRF20的雷射脈衝的方向。
鏡子21、22通過將雷射脈衝從停機坪上反射出去來定向雷射。在一個優選的實現中，LRF20並不移動，雷射的掃描是由鏡子實現的。一個鏡子22控制雷射的水平角度，另一個鏡子21控制雷射的豎直角度。通過激勵步進電機24、25，微處理器26控制鏡子的角度因此就能控制雷射脈衝的方向。
系統10控制水平鏡子22來獲得一個±10度以內的連續的水平掃描，掃描角度步長大約0.1度，等同於Escap EDM-453步進電機的每步16個微步。一個角度步長由讀取單元的每一個響應中獲得，如大約每2.5毫秒一次。豎直鏡子21可以被控制用來獲得+20度和-30度之間的豎直掃描，角度步長大約0.1度，每2.5毫秒一步。在飛機頭部高度被確定和飛機12被確認的情況下，豎直鏡子被用來進行豎直掃描。在跟蹤模式下，豎直鏡子21被連續調整用來確保水平掃描跟蹤飛機12的頭部。
儘管上文專利中的系統能夠檢測到飛機，系統並不能檢測到地勤車輛或者其他位於進站區域內的物體。因為飛行員視野有限，飛機容易與其他地勤設備或物體相撞。並且，系統可能由於霧或者雪給出錯誤的警告，尤其是前一種情況。
對於系統而言霧在10至25米之間最常見。因為這個距離太近甚至是位於進站區域內，如果捕捉程序在霧中啟動，系統會發生門阻塞或者ID錯誤的狀況。當飛機出現時捕捉程序需要一種能夠識別出被捕捉的物體很可能是霧並且又不妨礙捕獲過程的方法。
在有霧的情況下的日誌文件顯示霧在系統前更像是固態的物體。對霧的掃描通常會有100％的反射，而且這些反射之間只有幾分米的差異。雪則可能更擴散，擴散5至10米大約有60％到80％的反射。因此雪比霧通常更容易被檢測到，如與固態物體分開。圖2A和2B顯示了霧的採樣圖象，而圖2C和2D則顯示了雪的採樣圖象。
發明內容
從上面可以明顯看出，在飛機檢測系統中需要一種克服上面所述的問題的方法。因此本發明的一個目標就是提供附近周邊的物體檢測。
本發明的另一個目標是為飛行員判斷提供支持，確認向大門前進是否安全或者是否有相撞的可能。
本發明還有一個目標是提供對霧和雪的準確檢測。
為了達到上述的若干目標，本發明涉及了一個飛機檢測的系統和方法，它可以在進站的過程中自動檢測飛機的附近區域是否有障礙物。因為飛機可能以很快的速度向大門移動，所以檢測障礙物時花去系統最少的時間就非常重要，因為這樣它對進站的影響才最小。檢查窄型飛機機翼掃過的地方和寬型飛機發動機掃過的地方是尤其重要的。同時，檢測中心線的橋側的臨近區域就不如檢測相反方向重要了，因為大部分地勤車輛的移動都在相反方向進行。因此，掃描單元在安裝時可以使得其光軸指向中心線左側，如5度左右，以此充分地利用系統的水平掃描距離。
本發明進一步還涉及一個檢測飛機的系統和方法，該方法通過分析那些激發捕捉條件的雷射掃描來檢測出霧和雪。如果測得的與捕捉到的物體的之間的距離沿著物體寬度方向隨機變化(非確定模式)，則物體被認為可能是霧/雪。本系統不會將可能是霧狀況作為跟蹤階段有效的目標，這樣系統仍處於捕捉模式。如果霧狀況太嚴重，系統會顯示一個警告信息來通知飛行員/塔臺操作者。在這樣的情況下，系統的意思是飛行員應當繼續向進站點前進，但是應當小心些，因為只要飛機一旦從霧中顯現出來系統就會立即將其識別出來。
當系統檢測到霧的情況時，顯示單元隨即從標準的顯示切換成交替顯示飛機的型號與「DOWNGRADED(降低級別)」或者「LOW VISB(低可見度)」從而表明由於較低的能見度導致性能下降。
本發明的任何實現或者實現的組合可以通過對上面引用的專利的系統進行適當的修改來實現。
本發明的一個優選的實施例將結合下面的圖進行詳細解釋圖1A和1B展示了上面引用的專利的飛機進站系統，該系統可以根據本發明進行修改；圖2A和2B展示了隨著飛機進站系統1A和1B獲得的霧的圖；圖2C和2D展示了隨著飛機進站系統1A和1B獲得的雪的圖；圖3展示了在臨近區域檢查時需要檢查的區域；圖4展示了在臨近區域檢查時的地面抑制中所用的圖形；圖5展示了在臨近區域檢查時計算豎直掃描角度所用的圖形；圖6A和6B分別是在捕捉和跟蹤下進行臨近區域掃描的流程圖；圖7A-7I是霧檢測程序的階段圖；圖8是霧檢測程序的流程圖，而圖9-11是本發明所用的另外三個可替換的霧檢測算法的流程圖。
具體實施例方式
本發明的各種優選的實施例將根據圖進行詳細的敘述，在圖中，相同的數字始終表示同樣的部件或者操作步驟。首先，將給出一個優選的臨近區域檢查功能的實施例；然後，一個優選的霧檢測功能的實施例將被給出。儘管這兩個實施例是分別給出的，顯然他們可以被結合起來。
臨近區域檢測功能的實施例將被首先給出。因為對於地勤車輛而言從左側接近飛機比較方便，臨近區域檢測功能的實現將基於這個事實。當然，如果可以預先知道地勤車輛將從右側接近飛機，那麼臨近區域檢測將據此進行調整。
圖3顯示了要被檢測的區域。假設進站系統的水平掃描範圍為±10度。因為中心線右側5度的掃描僅僅包含了飛行員不需要的區域的信息，所以只對中心線右側區域進行臨近區域檢測。10度的臨近區域掃描對於B737飛機一樣大小的飛機而言將覆蓋從右翼尖端至最內約60米的區域。它也將包含寬體式客機的內發動機掃描過的區域48米以內的區域。這對於B737而言相應於45米的前端，而對於B747而言則相應於25米的前端。假設能夠被檢測到的最小物體的尺寸為寬1米、高1.5米。臨近區域檢測特性忽略了進站區域(前端)附近5米範圍內的物體的回波反射，這是為了讓地勤人員能夠位於進站點上。
圖4展示了地面抑制所用的掃描幾何圖形。為了減弱地面回波反射的問題，如雪堆的反射，所有低於一定高度g的回波反射都被忽略。因此，如果測量到的距離l比lg大，則該回波反射被忽略。
其中lg＝(laserheight-g)/sinγ這裡，γ＝δ+βδ＝arcsin(laserheight/lmax)β＝相對於「參考光束」的豎直角度lmax＝在中心線定義中獲得的「參考光束」的長度laserheight(雷射高度)＝在中心線定義過程中自動計算的數值由於地面的高度變化導致有若干laserheight數值，所以要根據下面給出的實際的「覆蓋區域」來使用該數值。
臨近區域檢測的豎直掃描角將結合圖5進行解釋。為了檢測到一個高度為h的物體，掃描必須能夠到達高度g和h之間。
若干掃描將作用於待檢測的區域。掃描中的角度步長dγ由如下公式給出d=12[(h-g)/(laserheight-g)]sin2]]>
舉個例子來講，假設要覆蓋一個從30米到100米的區域，下面給出這兩個例子的覆蓋區域和角度形式的掃描角γ。對兩個例子而言，laserheight＝5米。在第一個例子中，h＝1.5米，g＝0.5米。γ和覆蓋區域m的結果數值如表1所示
在第二個例子中，h＝2米，g＝1米，γ和覆蓋區域m的結果數值如表2所示
現在來考慮水平掃描的角度步長。假設在100米處檢測一個1米寬的物體，並且需要雷射脈衝3次擊中物體。這意味著解析度必須小於arctan(0.3/100)≈0.17°，這就是說需要每次測量1微步，這也與正常掃描是一樣的。
臨近區域檢測可以在捕捉模式中進行，也可以在跟蹤模式中進行。下面首先根據圖6A敘述捕捉模式中的臨近區域檢測，然後，跟蹤模式中的臨近區域檢測將根據圖6B進行介紹。
在捕捉模式中，第602步，正常的捕捉掃描(±5度)與從-15度到+5度的臨近區域檢測掃描交替進行(每秒掃描)。臨近區域檢測掃描的豎直角度γ根據上面的表1或者2在每次掃描間改變從而覆蓋-15度到+5度的區域。
如果一個物體在604步被檢測到，在第606步中它被當作一個可能的飛機，系統旋即進入跟蹤模式來檢查該物體是否運動(計算的數值大於某個特定的值)。如果它在運動，則跟蹤模式持續到第610步。如果它沒有運動，則在第612步中它被認為是一個障礙物；系統恢復到捕捉模式，存儲障礙物的典型坐標並設置一個「障礙物標誌」來表明在臨近區域內有障礙物。如果在後來的614步的臨近區域檢測中發現障礙物的話，該物體將在616步中被處理。否則，在第618步中該物體的坐標將從存儲器中刪除。如果沒有存儲任何障礙物的坐標，該標誌被重置。臨近區域檢測在第620步結束。
在捕捉模式中，每3個捕捉掃描就進行一次臨近區域檢測的掃描。臨近區域檢測的掃描從捕捉點到進站點之間進行重複，但離系統距離不會超過30米，這時系統掃描中心線(-15度到-5度)的一側。如果發現物體，進站程序以鎖門方式暫停下來。如果物體消失，進站程序繼續運行。一個物體如果要被識別為障礙物的話，它必須在某一位置保持至少2次檢測的時間，這說明在臨近區域內有一個非移動的物體。
捕捉模式中的臨近區域檢測使用一組固定的檢測點，這些點的選擇依據就是要覆蓋指定的臨近檢測區域。當在臨近區域內檢測到一個物體時，系統就停止捕捉模式並且顯示一個警告信息。那時，系統只在臨近區域檢測點內循環，並增加臨近區域檢測的速度。這樣直到所有的臨近區域檢測點都報告說該區域內無障礙，系統才恢復捕捉模式。
如果一個區域內要被判定為沒有障礙，則該區域內的檢測點至少在1.5個循環內應該報告沒有物體，這是為了能夠跟上臨近區域內的移動物體。
在跟蹤模式中，一旦飛機的ID在第623步中被確定，臨近區域檢查隨即在第634步中開始並且大約每2秒重複一次(如大約每8次掃描後)。臨近區域掃描的豎直角選擇的目標是使得掃描能夠覆蓋到飛機機頭向後且向內5米的區域。如果在第636步檢測到一個非移動的物體，則在第638步就會設置「障礙物標誌」並且同時繼續跟蹤模式。如果在640步發現物體消失，在第642步該標誌被重置。只要標誌在跟蹤模式中被設置了，消息「WAIT-APRN BLKD」就會第644步顯示，這個過程隨著第646步結束。
在跟蹤模式中，每8次飛機機頭掃描(縱橫各4次)就進行一次臨近區域檢測。臨近區域檢測並不與發動機的ID掃描同步，因為那樣的話飛機失去跟蹤的時間將會太長。發動機ID掃描的也是每8次飛機機頭掃描進行一次。對於一個辨識失敗的飛機，掃描序列為縱、橫、縱、橫、發動機ID、縱、橫、縱、橫、臨近區域檢測...這樣持續下去一直到離進站點12米的地方ID失敗為止。
臨近區域檢測掃描相對於機頭的一個固定的位置。如果發現物體，進站程序以臨近區域阻塞的狀況暫停工作。如果物體消失，則進站程序繼續工作。
如果在飛機的臨近區域內發現物體，則無論飛機在什麼位置，系統都會將臨近區域檢測鎖定到那個物體上，這是為了防止隨著飛機的繼續向前移動導致臨近區域檢測丟失檢測到的目標。系統仍然還會跟蹤飛機的機頭，但不接受任何引入的信息。如果系統發現飛機已經位於進站點上而此時臨近區域阻塞的條件依然存在，則系統忽略臨近區域阻塞條件，顯示「STOP」信息。
當飛機距離進站點4米以內或者距離系統30米以內的時候，臨近區域檢測將停止，這是為了防止其影響進站點精度。
現在討論霧檢測的實現。首先，根據圖7A-7I和圖8中的流程圖給出一個簡介。
在第802步，飛機進站系統根據常規程序啟動。圖7A中的常規內容被顯示出來。從上向下看的進站區域有霧籠罩，如圖7B所示。
圖7C是霧的響應圖象。在第804步中，系統將霧認為是一個大得足以激活捕捉模式的物體。
在第806步中，系統分析圖7C中的數據，確定捕捉到的物體最可能是霧還是雪。系統此時保持在捕捉模式中，但激活低能見度顯示，這時圖7D和圖7E的內容交替顯示。
在第808步中，飛機接近停止點。一個從上看下去的接近路線如圖7F所示。
在第810步中，隨著飛機接近停止點，系統從霧中看到飛機。響應圖形如圖7G。
在第812步中，隨著系統捕捉到飛機，圖7H所示的距離和方向角的顯示被激活。
在第814步中，進站過程根據正常的操作進行，並顯示圖7I中的內容。這一過程在第816步結束。
現在給出三種檢測霧的算法。每一種算法都是用來將霧的響應圖象與固體的響應圖象區分開。算法依據的是霧的響應的空間分布在一定程度上是隨機的特點。這裡的任何一種算法都可以在捕捉模式中被用於防止由於霧的反射作用導致的「門阻塞」或者「ID錯誤」的消息被錯誤地給出。算法中的特殊的數值，諸如全部反射的50％或者60％，要根據經驗給出。
第一個算法將根據圖9來解釋。第一個算法包含一個預處理階段902和判別階段904。預處理階段對反射模式進行預處理，判別階段中將進行了預處理的反射模式與準則相比較來確定這個模式是由霧引起的還是由固體物質引起的。
預處理階段902包括兩個對回波的空間分布的評估。有n個從雷射測距儀獲得的距離為li的回波，i＝1到n。如果在906步中發現相鄰回波之間的距離滿足|(li-li+1)|＜0.5米，則這兩個相鄰的回波在第908步中被廢棄。如果在第910步中發現一行中的三個相鄰回波的距離變化的符號相同，這三個回波在第908步中被廢棄。
判別階段904對預處理的數據應用兩個準則。如果在第912步中發現在經過預處理之後少於60％的所有回波中存留下來(也就是說在第908步中超過40％被廢棄)，則在第914步中作出「沒有霧」的判斷。否則，在第916步中判斷平均距離lmean是否等於20±2米以及v是否等於4±1米，其中lmean=lin,]]>並且v=[(nli2)-(li)2][n(n-1)].]]>如果滿足條件，則在第918步中確定有霧存在。否則，在第914步中確定沒有霧。算法在第920步中結束。
第二個算法將根據圖10來解釋。第二個算法與第一個類似，也有一個預處理階段1002和判別階段1004。
預處理階段1002從第1006步開始，首先根據上面給出的公式對每一個回波數據計算lmean和v。第1008步對每一個回波i與相鄰的回波的距離進行估算。如果|(li-li-1)|＜0.5米或者|(li-li+1)|＜0.5米，則給回波i在1010步中被廢棄。
判別階段1004對預處理的數據應用兩個準則。如果在第1012步中發現剩餘的反射少於n/2，換言之有超過半數的反射在1010步中被廢棄了，則在1014步中確定沒有霧。否則在1016步中，對剩下的反射重新計算lmean和v，如果得到的lmean-new和νnew滿足|(lmean-new-lmean)|＜2米並且|(νnew-ν)|＜2米，則在第1018步中確定有霧。否則，在第1014步中確定沒有霧。算法在第1020步中結束。
第三個算法將參照圖11進行解釋。第三個算法基於兩個前提。首先，它假設霧的一個特性是相鄰的回波的位置之間不存在相關性或者相關性很小。其次，它假設固體物質的一個特性是，大多數由三個或者四個回波組成的組的位置可以用一條近似直線連接起來。第三個算法不需要預處理並且使用所有的回波數據。
在第1102步中，對每一個回波i，從直線計算出一個偏差ui，從兩個左側回波推導，如下ui＝|li-2li-1+li-2|。
在第1104步中，變量νi按照如下方法計算如果ui≥U，則νi＝1，其中U根據經驗獲得，例如＝1。
如果ui＜U，則νi＝0。
在第1106步中，下面內容被計算S＝∑νi在第1108步中，S和V的大小關係被確定，其中V根據經驗獲得，例如V＝50。如果S＞V，則在的1110步中確定有霧，否則在第1112步中確定沒有霧。算法在第1114步結束。
在控制權被傳給跟蹤模式算法之前，每一次引發標準捕捉模式的雷射掃描都被分析是否是由於霧產生的。在霧分析中，只有那些距離被捕捉到的物體±8米並且與雷射距離大於2米而不超過35米的回波才會被分析。對於物體上的正常反射，方向的變化被計數，這裡「方向的變化」指的是距離其相鄰回波大於等於2dm的反射，並且該回波與前一個距離步的方向相比具有不同的方向(向內/向外)。前兩個方向變化不被計數，因為他們通常出現在真實的飛機上；只有前兩個之後的變化才被計數。如果物體上有效的回波與方向變化的比率小於8(回波每變化)，那麼回波模式被認為是由霧或者雪導致的。如果檢測到霧或者雪，則捕捉階段階段繼續。如果最後8次捕捉掃描中超過4次報告有雪情，那麼就認為是「低能見度」的狀況，這是顯示切換到「low visibility」的信息。
儘管上文給出了本發明的各種優選的實現，那些看過當前介紹並且精於此道的人會自然地得出結論在本發明內容的範疇內其他的實現也是可能的。例如，數值是例證性的而不是受限制的。尤其是，那些經驗性的數值在不同的狀況和機場授權下可以有所變化。並且，除了沒有公開的技術以外上面公開了的技術都可以用硬體實現。進一步講，用來檢測霧的技術可以被用於任何形式的水凝物或者水化物(如雪、雨、冰雹等)。因此，本發明應當只根據附加的權利要求的限制進行解釋。
(按照條約第19條的修改) 第1頁1.一種識別一個檢測到的物體並檢測在物體的臨近區域內是否有障礙物的方法，該方法包括(a)將光脈衝投射到物體上和所述區域中來產生反射脈衝；(b)在檢測器中接收反射的脈衝；(c)根據反射的脈衝識別所述物體；並且(d)根據反射的脈衝確認在所述區域內是否存在障礙物。
2.權利要求1的方法中，其中步驟(a)包含(i)投射第一組光脈衝到物體上以及(ii)投射第二組光脈衝到所述區域裡；步驟(c)使用從第一組光脈衝獲得的反射脈衝來操作；而步驟(d)使用從第二組光脈衝獲得的反射脈衝來操作。
3.權利要求2的方法中，在步驟(a)裡第一和第二組光脈衝交替投射。
4.權利要求2的方法中，第二組光脈衝被多次投射到區域中，以從所述區域中產生至少第一和第二組反射脈衝；並且如果在第一組反射脈衝中發現障礙物，第二組反射脈衝就被用來確定障礙物是否在移動。
5.權利要求4的方法中，如果障礙物被確定沒有移動，那麼第二組光脈衝被再次投射到區域內來產生至少第三組反射脈衝，並且步驟(d)包含了從第三組反射脈衝來判斷障礙物是否依然存在。
6.權利要求2的方法中，第二組光脈衝中包含多個豎直角度方向的光脈衝。
7.權利要求2的方法中，在步驟(d)裡從地面上某一高度之下反射回來的脈衝將被忽略。
8.權利要求1的方法中，在識別了物體之後，進一步包含(e)在物體移向大門時跟蹤物體；和在步驟(e)中繼續步驟(a)、(b)和(d)從而在物體移向大門的過程中檢測障礙物。
9.權利要求1的方法中所述物體是一架飛機；並且所述區域是飛機的臨近區域。
10.權利要求9的方法中，需要檢測的障礙物是那些在飛機與其相撞時會導致飛機損害的障礙物。
11.權利要求10的方法中，需要檢測的障礙物是為飛機服務的地勤車輛。
12.一種檢測可能存有水凝物或者水化物的區域內物體的方法，該方法包括(a)將光脈衝投射到所述區域中來產生反射脈衝；(b)在檢測器中接受反射的脈衝；(c)確定是否反射脈衝是由於水凝物或者水化物所致；並且(d)如果在步驟(c)中確定反射的脈衝不是由於水凝物或者水化物所致，根據反射的脈衝檢測物體。
13.權利要求12的方法中，如果在步驟(c)中發現反射的脈衝是由於水凝物或者水化物所致，步驟(a)和(b)被繼續直到透過水凝物或者水化物檢測到物體。
14.權利要求13的方法中所述物體是一架飛機；所述方法實現在一套飛機進站系統中，該系統包含一個飛機進站顯示器；並且如果在步驟(c)中檢測到反射的脈衝是由於水凝物或者水化物所致，那麼飛機進站顯示器被控制為向飛行員表明飛機進站系統性能下降。
15.權利要求12的方法中，步驟(c)裡包含(i)計算表示反射脈衝空間分布的量；並且(ii)使用步驟(c)(i)中計算的量來確定是否反射的脈衝是由於水凝物或者水化物所致。
16.權利要求15的方法中，被計算的量是反射脈衝空間位置的隨機性的度量。
17.權利要求16的方法中，步驟(c)(i)包含(A)計算相鄰的反射脈衝的距離值之間的差值；(B)將那些通過步驟(c)(i)(A)計算得到的差值中小於某一個閾值的反射脈衝丟棄；(C)將距離變化符號相同的任何三個相鄰的反射脈衝丟棄；(D)計算在(c)(i)(A)到(c)(i)(C)步驟後中剩餘的反射脈衝數目與總的反射脈衝數目的比。
18.一種能夠識別一個已經發現的物體並檢查在該物體附近區域內是否有障礙物的系統，該系統包括將光脈衝投射到物體和所述區域內用來產生反射脈衝的一個光源；用來接收反射脈衝的一個檢測器；和一個根據反射脈衝確定物體和並檢查在該物體附近區域內是否有障礙物的計算設備。
19.權利要求18的系統中光源將一組脈衝投射到物體上，將另一組脈衝投射到所述區域內；並且計算設備使用從第一組光脈衝得到的反射脈衝識別物體，使用從第二組光脈衝得到的反射脈衝確定是否有障礙物。
20.權利要求19的系統中，光源交替投射第一組和第二組光脈衝。
21.權利要求19的系統中，第二組光脈衝被多次投射到區域中，以從所述區域中產生至少第一和第二組反射脈衝；並且如果在第一組反射脈衝中發現障礙物，第二組反射脈衝就被用來確定障礙物是否在移動。
22.權利要求21的系統中，如果障礙物被確定沒有移動，那麼第二組光脈衝被再次投射到區域內來產生至少第三組反射脈衝，並且計算單元根據第三組反射脈衝來判斷障礙物是否依然存在。
23.權利要求19的系統中，第二組光脈衝中包含從光源發出的多個豎直角度方向的光脈衝。
24.權利要求19的系統中，計算單元在確定是否存在障礙物時將忽略地面上一定高度之下反射回來的脈衝。
25.權利要求18的系統中，在識別出物體之後，計算設備在物體向大門移動時跟蹤該物體，並且光源、檢測器和計算設備在物體向大門移動的過程中工作，以檢測在這個過程中是否有障礙物。
26.一種檢測可能存有水凝物或者水化物的區域內物體的系統，該系統包括將光脈衝投射到物體和區域內用來產生反射脈衝的一個光源；用來接收反射脈衝的一個檢測器；和一個用來確定反射脈衝是否是由水凝物或水化物引起的計算設備，並且如果發現反射脈衝不是由水凝物或者水化物導致的，則該設備根據反射脈衝檢測物體。
27.權利要求26的系統中，如果計算設備發現反射脈衝是由水凝物或者水化物導致的，光源和檢測器繼續工作直至透過水凝物或者水化物檢測到物體。
28.權利要求27的系統中，系統實現在一套飛機進站系統中，該系統包含一個飛機進站顯示器；並且如果計算設備檢測到反射的脈衝是由於水凝物或者水化物所致，那麼計算設備控制進站顯示器向飛行員表明飛機進站系統性能下降。
29.權利要求26的系統中，計算設備確定反射脈衝是否是由於水凝物或者水化物所致的步驟是(i)計算一個表示反射脈衝空間分布的量；並且
(ii)使用這個量來確定反射脈衝是否是由於水凝物或者水化物所致。
30.權利要求29的系統中，被計算的量是反射脈衝空間位置的隨機性的度量。
31.權利要求30的系統中，計算設備計算所述量的步驟如下(A)計算相鄰的反射脈衝的距離值之間的差值；(B)將那些通過步驟(A)計算得到的差值中小於某一個閾值的反射脈衝丟棄；(C)將距離變化的符號相同的任何三個相鄰的反射脈衝丟棄；(D)計算在(A)到(C)步驟後剩餘的反射脈衝數目與總的反射脈衝數目的比。
權利要求
1.一種識別一個檢測到的物體並檢測在物體的臨近區域內是否有障礙物的方法，該方法包括(a)將光脈衝投射到物體上和所述區域中來產生反射脈衝；(b)在檢測器中接收第一組反射的脈衝；(c)根據反射的脈衝識別物體；並且(d)根據反射的脈衝確認在區域內是否存在障礙物。
2.權利要求1的方法中，其中步驟(a)包含(i)投射第一組光脈衝到物體上以及(ii)投射第二組光脈衝到所述區域裡；步驟(c)使用從第一組光脈衝獲得的反射脈衝來操作；而步驟(d)使用從第二組光脈衝獲得的反射脈衝來操作。
3.權利要求2的方法中，在步驟(a)裡第一和第二組光脈衝交替投射。
4.權利要求2的方法中，第二組光脈衝被多次投射到區域中，以從所述區域中產生至少第一和第二組反射脈衝；並且如果在第一組反射脈衝中發現障礙物，第二組反射脈衝就被用來確定障礙物是否在移動。
5.權利要求4的方法中，如果障礙物被確定沒有移動，那麼第二組光脈衝被再次投射到區域內來產生至少第三組反射脈衝，並且步驟(d)包含了從第三組反射脈衝來判斷障礙物是否依然存在。
6.權利要求2的方法中，第二組光脈衝中包含多個豎直角度方向的光脈衝。
7.權利要求2的方法中，在步驟(d)裡從地面上某一高度之下反射回來的脈衝將被忽略。
8.權利要求1的方法中，在識別了物體之後，進一步包含(e)在物體移向大門時跟蹤物體；和在步驟(e)中繼續步驟(a)、(b)和(d)從而在物體移向大門的過程中檢測障礙物。
9.權利要求1的方法中所述物體是一架飛機；並且所述區域是飛機的臨近區域。
10.權利要求9的方法中，需要檢測的障礙物是那些在飛機與其相撞時會導致飛機損害的障礙物。
11.權利要求10的方法中，需要檢測的障礙物是為飛機服務的地勤車輛。
12.一種檢測可能存有水凝物或者水化物的區域內物體的方法，該方法包括(a)將光脈衝投射到所述區域中來產生反射脈衝；(b)在檢測器中接受第一組反射的脈衝；(c)確定是否反射脈衝是由於水凝物或者水化物所致；並且(d)如果在步驟(c)中確定反射的脈衝不是由於水凝物或者水化物所致，則根據反射的脈衝檢測物體。
13.權利要求12的方法中，如果在步驟(c)中發現反射的脈衝是由於水凝物或者水化物所致，步驟(a)和(b)被繼續直到透過水凝物或者水化物檢測到物體。
14.權利要求13的方法中所述物體是一架飛機；所述方法實現在一套飛機進站系統中，該系統包含一個飛機進站顯示器；並且如果在步驟(c)中檢測到反射的脈衝是由於水凝物或者水化物所致，那麼飛機進站顯示器被控制為向飛行員表明飛機進站系統性能下降。
15.權利要求12的方法中，步驟(c)裡包含(i)計算表示反射脈衝空間分布的量；並且(ii)使用步驟(c)(i)中計算的量來確定是否反射的脈衝是由於水凝物或者水化物所致。
16.權利要求15的方法中，被計算的量是反射脈衝空間位置的隨機性的度量。
17.權利要求16的方法中，步驟(c)(i)包含(A)計算相鄰的反射脈衝的距離值之間的差值；(B)將那些通過步驟(c)(i)(A)計算得到的差值中小於某一個閾值的反射脈衝丟棄；(C)將距離變化符號相同的任何三個相鄰的反射脈衝丟棄；(D)計算在(c)(i)(A)到(c)(i)(C)步驟後中剩餘的反射脈衝數目與總的反射脈衝數目的比。
18.一種能夠識別一個已經發現的物體並檢查在該物體附近區域內是否有障礙物的系統，該系統包括將光脈衝投射到物體和所述區域內用來產生反射脈衝的一個光源；用來接收第一組反射脈衝的一個檢測器；和一個根據反射脈衝識別物體和並檢查在該物體附近區域內是否有障礙物的計算設備。
19.權利要求18的系統中光源將一組脈衝投射到物體上，將另一組脈衝投射到所述區域內；並且計算設備使用從第一組光脈衝得到的反射脈衝識別物體，使用從第二組光脈衝得到的反射脈衝確定是否有障礙物。
20.權利要求19的系統中，光源交替投射第一組和第二組光脈衝。
21.權利要求19的系統中，第二組光脈衝被多次投射到區域中，以從所述區域中產生至少第一和第二組反射脈衝；並且如果在第一組反射脈衝中發現障礙物，第二組反射脈衝就被用來確定障礙物是否在移動。
22.權利要求21的系統中，如果障礙物被確定沒有移動，那麼第二組光脈衝被再次投射到區域內來產生至少第三組反射脈衝，並且計算單元根據第三組反射脈衝來判斷障礙物是否依然存在。
23.權利要求19的系統中，第二組光脈衝中包含從光源發出的多個豎直角度方向的光脈衝。
24.權利要求19的系統中，計算單元在確定是否存在障礙物時將忽略地面上一定高度之下反射回來的脈衝。
25.權利要求18的系統中，在識別出物體之後，計算設備在物體向大門移動時跟蹤該物體，並且光源、檢測器和計算設備在物體向大門移動的過程中工作，以檢測在這個過程中是否有障礙物。
26.一種檢測可能存有水凝物或者水化物的區域內物體的系統，該系統包括將光脈衝投射到物體和所述區域內用來產生反射脈衝的一個光源；用來接收第一組反射脈衝的一個檢測器；和一個用來確定反射脈衝是否是由水凝物或水化物引起的計算設備，並且如果發現反射脈衝不是由水凝物或者水化物導致的，則該設備根據反射脈衝檢測物體。
27.權利要求26的系統中，如果計算設備發現反射脈衝是由水凝物或者水化物導致的，光源和檢測器繼續工作直至透過水凝物或者水化物檢測到物體。
28.權利要求27的系統中，系統實現在一套飛機進站系統中，該系統包含一個飛機進站顯示器；並且如果計算設備檢測到反射的脈衝是由於水凝物或者水化物所致，那麼計算設備控制進站顯示器向飛行員表明飛機進站系統性能下降。
29.權利要求26的系統中，計算設備確定反射脈衝是否是由於水凝物或者水化物所致的步驟是(i)計算一個表示反射脈衝空間分布的量；並且(ii)使用這個量來確定反射脈衝是否是由於水凝物或者水化物所致。
30.權利要求29的系統中，被計算的量是反射脈衝空間位置的隨機性的度量。
31.權利要求30的系統中，計算設備計算所述量的步驟如下(A)計算相鄰的反射脈衝的距離值之間的差值；(B)將那些通過步驟(A)計算得到的差值中小於某一個閾值的反射脈衝丟棄；(C)將距離變化的符號相同的任何三個相鄰的反射脈衝丟棄；(D)計算在(A)到(C)步驟後剩餘的反射脈衝數目與總的反射脈衝數目的比。
全文摘要
一種使用雷射脈衝獲得某距離內的物體形貌從而實現飛機檢測、辨識和進站的系統首先掃描門前的區域直到其定位並且確認一個物體。當物體得到確認後該系統即跟蹤該物體。同時該系統還檢測該物體附近的區域來探測是否有諸如地勤車輛之類的障礙物。該系統還能夠分析雷射脈衝來確定究竟是一個固體物質反射了雷射脈衝還是水凝物或者水化物，從而避免將後者錯誤地識別成固體物質。
文檔編號G01S13/93GK1489703SQ01822656
公開日2004年4月14日 申請日期2001年12月11日 優先權日2001年1月12日
發明者拉斯·米爾加德, 拉斯 米爾加德 申請人:安全門國際公司