一种机载地面预警系统技术方案

本发明专利技术提供了一种机载地面预警系统，包括光电信号采集模块、图像处理模块、光学障碍物检测模块、定位模块、通信模块、计算处理模块、显示及告警模块，所述图像处理模块用于处理光电信号采集到的机场环境成像，所述光学障碍物检测模块用于检测飞机周围的障碍物，定位模块用于确定飞机当前位置信息，机载通信模块用于获取信息，计算处理模块用于计算机场环境成像、可视化跑道和滑行道引导所需数据以及跑道和滑行道告警所需数据，并将计算所得数据发送到显示及告警模块，显示及告警模块用于将计算处理模块计算得到的数据叠加显示到PFD和ND上及进行告警提示。本发明专利技术有效提高了驾驶员的判断基准，提高了飞机在着陆、滑行过程中的安全性。

An Airborne Ground Early Warning System

【技术实现步骤摘要】
一种机载地面预警系统
本专利技术涉及航空安全
，具体涉及一种机载地面预警系统。
技术介绍
近年来，随着经济的快速发展，空中运输行业蓬勃发展，但是随之而来的是日渐突出的安全问题，各类事故明显增多，由大雾、雨雪、夜间等复杂气象环境引起的事故率呈上升趋势，其中着陆段事故最为频繁，据统计该事故占整个事故率的36％。由于着陆时高度低，因此留给飞行员发现与处理问题的时间很短，尤其在气象环境恶劣、能见度不足两千米时或云高低于两百米时，问题更为明显。所以各国都在争相研发相关机载设备，这样即使在比较恶劣的气象环境下，也能较好地提取出机场的位置，以判断着陆方向。另外，据民航的安全报告以及不安全事件统计分析报告的描述，机场滑行道和跑道是安全事故的多发地带。不安全事件、事故征候和事故每年都以一定的概率发生，给民航生产带来了经济上的损失，跑道侵入、跑道混淆以及滑行道上障碍物等风险对生产人员和乘客的生命安全也造成了一定威胁。针对日益严重的跑道侵入现象，各研究机构都已投入大量的精力研究和开发防止跑道侵入的机场场面管理系统。目前努力的重点主要集中在两个方面：为飞行员提供位置信息的地面特定设备；及时为空中交通管制员提供跑道侵入告警的报警设备。虽然目前机场场面管理系统对防跑道侵入可以起到一些作用，但缺陷在于，告警信号需通过空中交通管制员通知飞行员，而用于告警过程的时间非常有限。一架滑行的航空器可能在几秒钟内就能越过跑道停机线标志，进入跑道。在这么短的时间里，要通过一连串的事件来避免跑道侵入事件。首先，系统必须探测到侵入冲突；然后给管制员发送警告；管制员接到告警信号后要进行分析判断，中间经过信号接受、处理、传输等环节，而碰撞事故在此间可能已经发生。而且场面监视雷达覆盖能力较小，由地物反射而产生的假目标较多，存在盲区，且对天气比较敏感，刮风下雨时会产生大量杂波，容易产生错误的警报。因此，在机载设备上安装预警系统，使驾驶员在着陆或滑行的过程中能及早获知机场环境及跑道侵入、跑道混淆以及滑行道上障碍物等风险，对预防航空地面事故发生有着十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种机载地面预警系统，本专利技术从改进机载设备的角度，通过研究飞机在降落、地面滑行的操作过程，提出一种机载地面预警系统，能够快速地识别出机场跑道位置，实现跑道滑行引导功能以及告警功能，同时能对危险情况提前预警。鉴于上述问题，本专利技术提出的技术方案是：一种机载地面预警系统，包括：光电信号采集模块、图像处理模块、光学障碍物检测模块、定位模块、通信模块、计算处理模块、显示及告警模块，所述光电信号采集模块用于机场环境成像，所述图像处理模块用于将其前端的光电信号采集模块采集的数字化图像信息转存到图像处理模块中进行机场环境成像数据处理并将数据发送给计算处理模块，所述光学障碍物检测模块用于检测从周围障碍物上反射回来的光的强度、方位角和高度信息，发送到计算处理模块确定障碍物尺寸、位置、相对速度；定位模块用于确定飞机当前位置信息，并将位置信息发送给计算处理模块；通信模块用于获取其他飞机当前信息，并将所选跑道或滑行道上其他飞机位置和运动信息发送到计算处理模块，同时将飞机自身的位置和运动信息广播出去；计算处理模块用于计算机场环境成像数据、可视化跑道和滑行道引导所需数据以及跑道和滑行道告警所需数据，并将计算所得数据发送到显示及告警模块，显示及告警模块用于将计算处理模块计算得到的数据叠加显示到PFD(主飞行显示器)和ND(导航显示器)上及进行告警提示。进一步的，所述的光电信号采集模块安装于机腹，实现图像信息采集，所述光电信号采集模块包括长波红外图像采集系统、近红外图像采集系统和可见光图像采集系统；所述的长波红外图像采集系统是由长波红外光学系统、相应的传感器及电路组件构成，主要用于采集长波红外图像；其中长波红外光学系统是全谱段长波红外光学系统、偏振长波红外成像系统或者长波红外多光谱成像系统，并加装偏振部件或滤光部件，可实现具有明显光学特性的机场跑道区域成像区分，主要适用于夜间或雾霾天气环境下机场环境成像；所述的近红外图像采集系统主要由近红外光学系统、相应的传感器及电路组件构成，主要用于采集近红外图像；其中近红外光学系统是全谱段成像系统、偏振近红外成像系统或近红外多光谱成像系统，并加装偏振部件或滤光部件，可实现具有明显光学特性的机场跑道区域成像区分，主要用于高温高湿、雨天、夜间星光条件下机场环境成像；所述的可见光图像采集系统主要由可见光光学系统、相应的传感器及电路组件构成，主要用于采集可见光图像，用于日间能见度较好时机场环境成像。进一步的，所述图像处理模块安装于机内，比如设备舱，实现图像数据处理，所述图像处理模块包括多个图像采集子模块、彩色图像生成信息处理模块、智能处理模块和图像配准模块。进一步的，所述长波红外图像采集系统、近红外图像采集系统和可见光图像采集系统分别通过一个图像采集子模块与图像配准模块相连接，图像配准模块分别与彩色图像生成信息处理模块和智能处理模块连接，智能处理模块与彩色图像生成信息处理模块连接，彩色图像生成信息处理模块和计算处理模块连接。进一步的，所述光学障碍物检测模块包括机载光源、机载光学传感器，所述机载光源设置于机头上方和下方，机载光学传感器设置于前起落架和两个主起落架上。进一步的，所述计算处理模块包括FMC(飞行管理计算机)、AMDB(机场地图数据库)，AMDB用来存储机场移动地图，FMC用于采集定位模块输出的飞机当前位置信息。进一步的，所述定位模块包括GNSS(全球导航卫星系统)接收机、MMR(多模式接收机)，GNSS接收机接收飞机的当前地理位置信息，并发送给FMC；MMR接收陆基卫星增强信号，GNSS综合处理这些信号精确定位飞机当前地理位置信息。进一步的，所述通信模块包括：XPNDR(应答机)、CMU(通讯管理单元)，XPNDR接收来自其他航空器的ADS-B(广播式自动相关监视)信号和ATC(空中交通管制)信息，将所选跑道或滑行道上其他飞机位置或运动信息发送到计算处理模块；CMU包括与ATC的数据链路，通过该数据链路传送、协商、修改、批准或拒绝滑行路线和指令。所述的显示及告警模块包括PFD、ND以及机载语音告警设备，PFD用于叠加显示当前飞机所在跑道或滑行道的3D视图、飞机最优滑行速度以及与跑道或滑行道中心线夹角信息，ND用于显示飞机位于所选滑行路径或跑道何处的位置信息、场面其他航空器的位置信息以及其他相关信息，告警模块用于发出语音告警提示。本专利技术所提供的记载地面预警系统的工作原理是：在飞机着陆过程中，利用长波红外图像采集系统采集夜间或雾霾天气环境下机场环境图像；利用近红外图像采集系统采集高温高湿、雨天、夜间星光条件下机场环境图像；利用可见光图像采集系统采集日间机场环境图像，然后经各自的图像采集子模块传送给图像配准模块，之后再传送给彩色图像生成信息处理模块和智能处理模块，由彩色图像生成信息处理模块将上述三种图像融合在一起，结合智能处理模块的图像信息融合、机场及跑道检测、跑道障碍物检测和姿态检测等结果形成彩色视频图像，通过计算处理模块进行计算最终在终端显示与声光告警提示装置中进行显示，若发现移动目标进入着陆跑道、着陆偏移、机身姿态异常等情况，发出相应的声光报警信号，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机载地面预警系统，其特征在于：包括：光电信号采集模块、图像处理模块、光学障碍物检测模块、定位模块、通信模块、计算处理模块、显示及告警模块，所述光电信号采集模块用于机场环境成像，所述图像处理模块用于将其前端的光电信号采集模块采集的数字化图像信息转存到图像处理模块中进行机场环境成像数据处理并将数据发送给计算处理模块，所述光学障碍物检测模块用于检测从周围障碍物上反射回来的光的强度、方位角和高度信息，发送到计算处理模块确定障碍物尺寸、位置、相对速度；定位模块用于确定飞机当前位置信息，并将位置信息发送给计算处理模块；通信模块用于获取其他飞机当前信息，并将所选跑道或滑行道上其他飞机位置和运动信息发送到计算处理模块，同时将飞机自身的位置和运动信息广播出去；计算处理模块用于计算机场环境成像数据、可视化跑道和滑行道引导所需数据以及跑道和滑行道告警所需数据，并将计算所得数据发送到显示及告警模块，显示及告警模块用于将计算处理模块计算得到的数据叠加显示到PFD(主飞行显示器)和ND(导航显示器)上及进行告警提示。

【技术特征摘要】
1.一种机载地面预警系统，其特征在于：包括：光电信号采集模块、图像处理模块、光学障碍物检测模块、定位模块、通信模块、计算处理模块、显示及告警模块，所述光电信号采集模块用于机场环境成像，所述图像处理模块用于将其前端的光电信号采集模块采集的数字化图像信息转存到图像处理模块中进行机场环境成像数据处理并将数据发送给计算处理模块，所述光学障碍物检测模块用于检测从周围障碍物上反射回来的光的强度、方位角和高度信息，发送到计算处理模块确定障碍物尺寸、位置、相对速度；定位模块用于确定飞机当前位置信息，并将位置信息发送给计算处理模块；通信模块用于获取其他飞机当前信息，并将所选跑道或滑行道上其他飞机位置和运动信息发送到计算处理模块，同时将飞机自身的位置和运动信息广播出去；计算处理模块用于计算机场环境成像数据、可视化跑道和滑行道引导所需数据以及跑道和滑行道告警所需数据，并将计算所得数据发送到显示及告警模块，显示及告警模块用于将计算处理模块计算得到的数据叠加显示到PFD(主飞行显示器)和ND(导航显示器)上及进行告警提示。2.根据权利要求1所述的所述的一种机载地面预警系统，其特征在于：所述光电信号采集模块安装于机腹，实现图像信息采集，所述光电信号采集模块包括长波红外图像采集系统、近红外图像采集系统和可见光图像采集系统；所述的长波红外图像采集系统是由长波红外光学系统、相应的传感器及电路组件构成，主要用于采集长波红外图像；其中长波红外光学系统是全谱段长波红外光学系统、偏振长波红外成像系统或者长波红外多光谱成像系统，并加装偏振部件或滤光部件，可实现具有明显光学特性的机场跑道区域成像区分，主要适用于夜间或雾霾天气环境下机场环境成像；所述的近红外图像采集系统主要由近红外光学系统、相应的传感器及电路组件构成，主要用于采集近红外图像；其中近红外光学系统是全谱段成像系统、偏振近红外成像系统或近红外多光谱成像系统，并加装偏振部件或滤光部件，可实现具有明显光学特性的机场跑道区域成像区分，主要用于高温高湿、雨天、夜间星光条件下机场环境成像；所述的可见光图像采集系统主要由可见光光学系统、相应的传感器及电路组件构成，主要用于采集可见光图像，用于日间能见度较好时机场环境成像。3.根据权利要求1所述的所述的一种机载地面预警系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘颖笛，张力，王可，
申请(专利权)人：武汉华瑞密达科教有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42