一種基于激光掃描的飛機(jī)入塢跟蹤定位系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及飛機(jī)定位識別和泊位引導(dǎo)系統(tǒng)，特別是涉及一種基于激光掃描的飛機(jī) 入瑪跟蹤定位系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著客運飛機(jī)、貨運飛機(jī)起降架次不斷增多。相應(yīng)的，需要配備更多地資 源和更好的控制去滿足日益繁多的機(jī)場接機(jī)任務(wù)，提高機(jī)場資源流通速率。
[0003] 飛機(jī)泊位引導(dǎo)是指將到港飛機(jī)從滑行道末端導(dǎo)引至機(jī)坪的停機(jī)位置并準(zhǔn)確停泊 的過程。飛機(jī)泊位引導(dǎo)的目的是保障入瑪飛機(jī)安全準(zhǔn)確停泊，能方便飛機(jī)與各種地勤接口 的準(zhǔn)確對接，并使登機(jī)橋能有效靠接飛機(jī)艙口，提高機(jī)場運行效率和安全。自動飛機(jī)泊位引 導(dǎo)系統(tǒng)按使用傳感器的類型不同主要分為；（1)地埋線圈類；（2)激光掃描測距類；（3)視 覺感知類。
[0004] 地埋感應(yīng)線圈類自動引導(dǎo)系統(tǒng)通過探測是否有金屬物體經(jīng)過或停留來確定入瑪 飛機(jī)的位置。地埋感應(yīng)線圈的優(yōu)點是響應(yīng)速度快、成本低，對天氣和照度無要求，但誤差較 大、抗干擾能力低。同時，埋在地下的引線和電子元件容易被壓壞、可靠性不高，測量精度不 高，不能識別機(jī)型，可調(diào)試可維修性差。
[0005] 激光掃描測距類自動引導(dǎo)系統(tǒng)通過激光測距和激光掃描來確定飛機(jī)位置、速度和 機(jī)型等信息，不受環(huán)境照度的影響、且受天氣影響較小，精度較高，可調(diào)試可維修性好。
[0006] 視覺感知類自動引導(dǎo)系統(tǒng)通過光學(xué)成像方式獲取飛機(jī)入瑪過程的圖像信息，進(jìn)而 通過智能化信息處理技術(shù)確定入瑪飛機(jī)的位置、速度和機(jī)型等信息，系統(tǒng)架構(gòu)簡單、成本 低，具有高的智能化水平，可調(diào)性可維護(hù)性較好，但對天氣和照度有要求、適應(yīng)性較差。
[0007] 目前，用于機(jī)場站坪引導(dǎo)飛機(jī)快速正確泊位的系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到規(guī)?；?，其中包 括中國專利申請00815802W及PCT申請W093/13104等申請公開的系統(tǒng)。
[0008] 但上述系統(tǒng)中還存在一些缺陷，即需要保證設(shè)備非常正對引導(dǎo)線，且在開關(guān)機(jī)后 需要重新做好零點標(biāo)定和調(diào)試?，F(xiàn)有方案不能完全做到安裝調(diào)試方便，引導(dǎo)飛機(jī)入瑪泊位 快速安全準(zhǔn)確。
[0009] 同時，對于機(jī)型識別和身份驗證，還難W有滿意的表現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于，利用激光快速準(zhǔn)確的對飛機(jī)進(jìn)行跟蹤定位，隨時的 準(zhǔn)確的跟蹤到飛機(jī)機(jī)鼻的位置。
[0011] 另外，還可檢測飛機(jī)的機(jī)型，避免泊位錯誤。
[0012] 本發(fā)明公開了一種基于激光掃描的入瑪飛機(jī)跟蹤定位方法，包括：
[0013] 步驟1，飛機(jī)進(jìn)入泊位飛機(jī)跟蹤與定位區(qū)后，在一垂直掃描角度對該飛機(jī)的機(jī)頭進(jìn) 行水平方向的激光掃描；
[0014] 步驟2,獲取激光掃描的回波數(shù)據(jù)，利用該回波數(shù)據(jù)，計算飛機(jī)的機(jī)鼻位置W及飛 機(jī)相對機(jī)位的引導(dǎo)線的偏移數(shù)據(jù)；
[0015] 步驟3,根據(jù)該機(jī)鼻位置W及該偏移數(shù)據(jù)，實時顯示該飛機(jī)與該引導(dǎo)線的相對位 置；
[0016] 步驟4,根據(jù)該機(jī)鼻位置，判斷掃描得到的機(jī)鼻高度是否處于一有效區(qū)間，并據(jù)W 對垂直掃描角度進(jìn)行調(diào)整。
[0017] 步驟2進(jìn)一步包括：
[001引步驟21，對該回波數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波；
[0019] 步驟22,從濾波后的回波數(shù)據(jù)中，截取落在機(jī)頭的目標(biāo)點；
[0020] 步驟23,將該目標(biāo)點從極坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為H維空間數(shù)據(jù)；
[002。 步驟24,利用該目標(biāo)點進(jìn)行曲線擬合，W曲線的頂點作為該機(jī)鼻位置，W曲線的對 稱軸作為該飛機(jī)的對稱軸，通過該機(jī)鼻位置計算機(jī)輪位置；
[0022] 步驟25,將該機(jī)輪位置的水平坐標(biāo)與引導(dǎo)線的水平坐標(biāo)之差作為該偏移數(shù)據(jù)。
[0023] 該步驟22選擇同時滿足如下規(guī)則的回波數(shù)據(jù)作為該目標(biāo)點：
[0024] 距離值與理論距離值的差別小于預(yù)定闊值；
[0025] 在多個連續(xù)的距離值中，選取擁有最小值者作為該目標(biāo)點。
[0026] 步驟4進(jìn)一步包括：
[0027] 步驟41，將該機(jī)鼻位置的Z軸數(shù)據(jù)作為機(jī)鼻高度；
[0028] 步驟42,當(dāng)該機(jī)鼻高度與一預(yù)定機(jī)鼻高度之間的差值大于一高度闊值時，將該垂 直掃描角度偏轉(zhuǎn)一個預(yù)設(shè)角度，重復(fù)執(zhí)行步驟1。
[0029] 所述方法還包括垂直方向的激光掃描的步驟，包括：
[0030] 步驟51，在該機(jī)鼻位置的X軸點進(jìn)行垂直方向的激光掃描；
[0031] 步驟52,找出垂直方向的激光掃描的回波數(shù)據(jù)中距離值最小的點Pmi。；
[0032] 步驟53,將所找出的點及與其相鄰且連續(xù)的點，形成一集合；
[003引步驟54,判斷該集合中的點的總數(shù)是否大于等于一數(shù)量闊值，如果是，W該所找出 的點作為機(jī)鼻位置，如果否，放棄該所找出的點，尋找除該所找出的點之外，回波數(shù)據(jù)中距 離值最小的點Pmm'，執(zhí)行步驟53 ;
[0034] 步驟55,W步驟54所找到的機(jī)鼻位置的Z軸數(shù)據(jù)作為機(jī)鼻高度；
[0035] 步驟56,當(dāng)該掃描得到的機(jī)鼻高度與一預(yù)定機(jī)鼻高度之間的差值大于一高度闊值 時，將該垂直掃描角度偏轉(zhuǎn)一個預(yù)設(shè)角度。
[0036] 飛機(jī)距離機(jī)位的停止線越近，執(zhí)行該垂直方向的激光掃描的步驟的頻率越高。
[0037] 所述方法還包括機(jī)型識別的步驟，包括；機(jī)鼻高度驗證、機(jī)艙寬度驗證、機(jī)頭俯視 輪廓驗證、機(jī)頭側(cè)視輪廓驗證和飛機(jī)引擎驗證中的一種或幾種；
[0038] 該機(jī)鼻高度驗證包括：如果該機(jī)鼻高度與預(yù)設(shè)機(jī)鼻高度之差在一預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，視 為通過機(jī)鼻高度驗證；
[0039] 該機(jī)艙寬度驗證包括：尋找該回波數(shù)據(jù)中X坐標(biāo)相差最大的兩個點，將送兩個點 的直線距離作為機(jī)艙寬度，如果該機(jī)艙寬度大于理論機(jī)艙寬度與一寬度系數(shù)的乘積，視為 通過機(jī)艙寬度驗證；
[0040] 該機(jī)頭俯視輪廓驗證包括；將水平方向的激光掃描獲得的回波數(shù)據(jù)（Xi，yi，Zi)代 入預(yù)設(shè)的俯視輪廓方程y=f" (X)，水平擬合點誤差為A《=|/"(韋）-.V,.I，水平擬合最大誤 差，若町<A町，則可認(rèn)為機(jī)頭的俯視輪廓驗證通過，ADh為俯視驗證闊值，i為回波數(shù)據(jù)的目標(biāo)點的序號，n為俯視方程的擬合次數(shù)；
[0041] 該機(jī)頭側(cè)視輪廓驗證包括；將垂直方向的激光掃描獲得的回波數(shù)據(jù)（Xi，yi，Zi)代 入預(yù)設(shè)的俯視輪廓方程Z=gm(y)，垂直擬合點誤差為A式'= |g'"(.V,〇-2,|，垂直擬合最大誤 差A(yù)=max 若Dv<ADv,則可認(rèn)為機(jī)頭的側(cè)視輪廓驗證通過，ADv為側(cè)視驗證闊值， i為回波數(shù)據(jù)的目標(biāo)點的序號，m為側(cè)視方程的擬合次數(shù)；
[0042] 該飛機(jī)引擎驗證包括：
[0043] 根據(jù)該機(jī)鼻位置計算引擎位置，對該引擎位置進(jìn)行水平方向的激光掃描W及垂直 方向的激光掃描；
[0044] 將水平方向的激光掃描得到的回波數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到x-y-zH維坐標(biāo)，尋找距離理論引 擎中必最近的坐標(biāo)點，并尋找與該最近的坐標(biāo)點連續(xù)的點，得到一點集，點集中最左端和最 右端的兩個點的距離作為引擎寬度，該兩個點的中點為引擎中必的水平坐標(biāo)；
[0045] 將垂直方向的激光掃描得到的回波數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到x-y-zH維坐標(biāo)，尋找距離理論引 擎中必最近的坐標(biāo)點，并尋找與該最近的坐標(biāo)點連續(xù)的點，得到一點集，點集中最上端和最 下端的兩個點的距離作為引擎高度，該兩個點的中點為引擎中必的離地高度；
[0046] 判斷引擎的個數(shù)與預(yù)定個數(shù)是否一致，如不一致，視為飛機(jī)引擎驗證失??；
[0047] 判斷該引擎中必的水平坐標(biāo)或該引擎中必的離地高度與標(biāo)準(zhǔn)值的差距是否超過 闊值，如果是，視為飛機(jī)引擎驗證失??；
[0048] 判斷該引擎寬度或該引擎高度與標(biāo)準(zhǔn)值的差距是否超過闊值，如果是，視為引擎 驗證失敗。
[0049] 本發(fā)明還公開了一種基于激光掃描的入瑪飛機(jī)跟蹤定位系統(tǒng)，包括：
[0050] 激光測距裝置；
[0051] 水平激光掃描裝置，用于在一垂直掃描角度，進(jìn)行水平方向的激光掃描；
[0052] 垂直激光掃描裝置，用于在垂直方向進(jìn)行激光掃描；
[0053] 掃描控制裝置，該激光測距裝置、該水平激光掃描裝置和該垂直激光掃描裝置均 分別與掃描控制裝置連接，該掃描控制裝置用于接收激光掃描的回波數(shù)據(jù)；
[0054] 信息處理單元，與該掃描控制裝置連接，利用該回波數(shù)據(jù)，計算飛機(jī)的機(jī)鼻位置W 及飛機(jī)相對機(jī)位的引導(dǎo)線的偏移數(shù)據(jù)；
[00巧]信息顯示單元，該信息顯示單元與該信息處理單元連接，用于根據(jù)該機(jī)鼻位置W及該偏移數(shù)據(jù)實時顯示該飛機(jī)與該引導(dǎo)線的相對位置；
[0056] 其中，該信息處理單元根據(jù)該機(jī)鼻位置，判斷機(jī)鼻高度是否處于一有效區(qū)間，并據(jù) W對該垂直掃描角度進(jìn)行調(diào)整。
[0057] 該水平激光掃描裝置包括水平掃描步進(jìn)電機(jī)及水平反射鏡，該垂直激光掃描裝置 包括垂直掃描步進(jìn)電機(jī)及垂直反射鏡。
[0058] 該信息處理單元對該回波數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，從濾波后的回波數(shù)據(jù)中，截取落在機(jī)頭 的目標(biāo)點，將該目標(biāo)點從極坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為H維空間數(shù)據(jù)，并利用該目標(biāo)點進(jìn)行曲線擬合， W曲線的頂點作為該機(jī)鼻位置，W曲線的對稱軸作為該飛機(jī)的對稱軸，通過該機(jī)鼻位置計 算機(jī)輪位置，再將該機(jī)輪位置的水平坐標(biāo)與引導(dǎo)線的水平坐標(biāo)之差作為該偏移數(shù)據(jù)。
[0059] 該信息處理單元將該機(jī)鼻位置的Z軸數(shù)據(jù)作為該機(jī)鼻高度，當(dāng)該機(jī)鼻高度與一預(yù) 定機(jī)鼻高度之間的差值大于一高度闊值時，將該垂直掃描步進(jìn)電機(jī)的垂直掃描角度偏轉(zhuǎn)一 個預(yù)設(shè)角度
[0060] 本發(fā)明可實現(xiàn)準(zhǔn)確的激光掃描得到飛機(jī)的實時位置并進(jìn)行顯示，W給予飛行員泊 位提示，另外，可并對機(jī)型進(jìn)行自動識別驗證，提高飛機(jī)入瑪?shù)陌踩浴?br>【附圖說明】
[0061] 圖1所示為跟蹤與定位區(qū)的位置示意圖。
[0062] 圖2所示為基