一种飞行器摄像定位系统技术方案

本发明专利技术涉及一种飞行器摄像定位系统，包括，安装于飞行器上机身两侧,两侧各四个，呈近似凸四边形的激光目标源；在着陆平台上沿飞行器着陆方向左右两侧对称布置的两台近红外广角摄像机；图像处理单元对图像进行目标搜索、捕获、识别与跟踪，完成激光目标源的跟踪测量，实时解算出飞行器的位置与姿态，将解算结果通过CPCI总线接口送到主控系统单元；所述主控系统单元根据图像处理单元发送的结算结果控制飞行器着陆轨迹。所述系统克服了现有定位系统的不足，易操作、抗干扰能力强、适应恶劣环境。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及飞行器控制
，尤其涉及一种飞行器摄像定位系统。
技术介绍
目前，飞行器着陆定位系统主要包括以下几种形式:微波着陆系统，由机上设备获得引导数据，其优点是:系统精度高，能满足全天候工作要求;允许飞机任意选择机场航道，适用于作各种起落的各型飞机;系统容量大，能满足空中交通量增加的要求;设备体积小，对场地要求低。但是易受电子干扰。目视引导系统，由专职引导员在着陆平台利用信号旗或无线电指令目视引导飞机着舰。这要求引导员既有丰富的指挥经验，又有很强的目测能力。但是，抗阴雨雾云恶劣天气能力不足，也容易出现操作失误。计算机视觉自主着陆系统，主要通过安装在飞机上的摄像机，获得着陆点附近的图像，使用计算机视觉算法，估计出飞机的飞行状态和相对于着陆点的位置和方位，结合其他机载传感器，实现飞机的自主着陆控制。但是，上述技术存在很多缺点:1、无线电导航设备复杂，且易受干扰;2、人工目视控制，抗阴雨雾云恶劣天气能力不足，且容易出现操作失误;3、自主着陆系统对计算能力要求较高;4、着陆平台可能是动平台，动平台做六自由度运动，飞行器相对动平台位置关系复杂。因此，需要一种易操作、抗干扰能力强、适应恶劣环境的定位着陆系统。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种飞行器摄像定位系统，在昼夜条件及各种天气状况下精确定位飞行器相对着陆平台位置，所述系统也可以应用到其他运动物体之间的相互精确定位，用以解决现有技术中存在的各种问题。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的:—种飞行器摄像定位系统，包括激光目标源、摄像机、图像处理单元、主控系统单元和光纤通信模块，其中，所述激光目标源数量为八个，安装于飞行器上机身两侧，两侧各四个，呈近似凸四边形；所述摄像机为两台近红外广角摄像机，在着陆平台上沿飞行器着陆方向左右两侧对称布置；所述近红外广角摄像机与图像处理单元通过光纤通信模块连接；所述图像处理单元包括数据预处理板和数据处理板；所述数据预处理板接收通过光纤通信模块传输的两路串行数字图像信号，并将其转换为并行图像数据流传输到数据处理板；数据处理板接收来自数据预处理板的两路图像数据流，同时对两路图像进行目标搜索、捕获、识别与跟踪，分别完成总共八个激光目标源的跟踪测量，实时解算出飞行器相对预期指定着落面的三维空间位置与姿态，将解算结果通过CPCI总线接口送到主控系统单元；所述主控系统单元根据图像处理单元发送的结算结果计算出飞行器应移动方向并转化为控制信号;将控制信号发送给飞行器，控制飞行器着陆轨迹。其中，所述激光目标源为中心波长在近红外波段的激光二极管，发出的光形成一个中心波长为808nm，带宽4nm的光谱。其中，所述摄像机为两台近红外广角摄像机，在着陆平台上沿飞行器着陆方向左右两侧对称布置；所述近红外广角摄像机的光学镜头采用镀滤光膜设计，一层滤光膜可以截止波长815nm至11OOnm的光，另一层滤光膜可截止800nm以下的所有光;两层滤光膜的组合起到了极窄带通滤波器的作用；为防止运动目标两侧摄像机采集图像时刻的不同，两台摄像机接收同步信号后同时开始自动曝光。其中，所述数据预处理板通过高速FPGA驱动光纤收发模块与摄像机信息交互，接收通过光纤通信模块传输的两路串行数字图像信号，进行串并转换并进行图像解码、滤波等预处理;预处理后的两路图像数据流经两路并行总线通过CPCI插座发送到数据处理板。其中，所述数据处理板采用DSP+FPGA的处理架构实现对多路数字图像的高速并行处理与目标姿态的实时解算;来自图像预处理板的两路数据图像流经底板的并行数据总线传送到数据处理板的FPGA中，FPGA主要负责对图像的增强、背景抑制以及实时在线分割，DSP主要负责完成图像处理任务的目标识别、跟踪、脱靶量计算、多目标联合位置解算等功能;DSP通过FPGA产生的译码地址与FPGA交互信息。其中，数据处理板通过PCI桥芯与底板的CPCI总线互联，可通过PCI总线与主控系统单元进行通信，数据处理板也可通过单独设置的并行数据总线与图像预处理板进行通?目O其中，所述DSP为4片，其中一片DSP备用，DSPl和DSP2各自执行跟踪过程，二者分别对左右摄像机所成图像进彳丁处理，完成左右两路摄像机中目标捕获和跟踪，当两片DSP完成目标源位置计算后，通过LinkPort 口将目标源位置信息发送给DSP3，DSP3利用两路图像中目标源位置信息通过双摄影解算模型完成飞行器位置解算、判断解算结果正确性，并将解算合理标志和正确的解算结果反馈给DSPl和DSP2。本专利技术的技术效果如下:I)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。2)系统中采用激光目标源作为配合目标，应用808nm发光光源，可以在黑暗中或光照条件很差的情况下看到标志点。3)飞行器两侧的八个镜头的光源独立，某个损坏不会影响其他的使用4)两台摄像机对称布置，可以在着陆平台纵横摇情况下有效提高捕获一侧飞行器激光目标源概率。5)采用光纤传输单元，可以较好的解决电磁屏蔽问题。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。【附图说明】附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表不相同的部件。图1为飞行器摄像定位系统框图；图2为图像处理单元结构框图；图3为数据预处理板工作原理框图；图4为数据处理板结构框图；图5位数据处理板DSP工作原理框图。【具体实施方式】下面结合附图来具体描述本专利技术的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本专利技术的实施例一起用于阐释本专利技术的原理。如图1所示，一种飞行器摄像定位系统包括:激光目标源、摄像机、图像处理单元和主控系统单元等模块，其中，所述激光目标源数量为八个，安装于飞行器上机身两侧，两侧各四个，呈近似凸四边形;为飞行器高速精确定位系统获取飞行器空中位置和姿态信息提供配合目标，在摄像机所成图像中便于利用凸四边形的几何关系算法识别出对应的目标源图像并在结算中进行对应。其中，所述激光目标源为中心波长在近红外波段的激光二当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种飞行器摄像定位系统，包括激光目标源、摄像机、图像处理单元、主控系统单元和光纤通信模块，其中,所述激光目标源数量为八个，安装于飞行器上机身两侧,两侧各四个，呈近似凸四边形；所述摄像机为两台近红外广角摄像机,在着陆平台上沿飞行器着陆方向左右两侧对称布置；所述近红外广角摄像机与图像处理单元通过光纤通信模块连接；所述图像处理单元包括数据预处理板和数据处理板；所述数据预处理板接收通过光纤通信模块传输的两路串行数字图像信号，并将其转换为并行图像数据流传输到数据处理板；所述数据处理板接收来自数据预处理板的两路图像数据流，同时对两路图像进行目标搜索、捕获、识别与跟踪，分别完成总共八个激光目标源的跟踪测量，实时解算出飞行器相对预期指定着落面的三维空间位置与姿态，将解算结果通过CPCI总线接口送到主控系统单元；所述主控系统单元根据图像处理单元发送的结算结果计算出飞行器应移动方向并转化为控制信号；将控制信号发送给飞行器，控制飞行器着陆轨迹。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡斌，许涛，张鋆，高斌，
申请(专利权)人：中国船舶工业系统工程研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11