專利名稱:高空風(fēng)自動測量儀的制作方法
【專利摘要】一種高空風(fēng)自動測量儀，包括鏡頭、回轉(zhuǎn)平臺、操控系統(tǒng)和基座，其特征是回轉(zhuǎn)平臺的內(nèi)轉(zhuǎn)套垂直安裝在基座的縱軸套中；方位角控制電機(jī)固裝在內(nèi)轉(zhuǎn)套內(nèi)；方位角控制電機(jī)的輸出軸固接在基座上；方位傳感器的一端固裝在縱軸套上，方位傳感器的另一端固裝在回轉(zhuǎn)平臺的殼體內(nèi)；成像系統(tǒng)的前端設(shè)置鏡頭，鏡頭的后端固定組裝在安裝平板上，圖像傳感器組裝在安裝平板上；成像系統(tǒng)通過兩橫軸水平轉(zhuǎn)動連接在回轉(zhuǎn)平臺上，一側(cè)橫軸與高低角控制電機(jī)的輸出軸連接，另一側(cè)橫軸與高低傳感器的輸入軸固定連接。本實(shí)用新型增加了方位角度調(diào)整的伺服驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)了小球測風(fēng)的自動追蹤與測量。能對測量目標(biāo)進(jìn)行數(shù)字成像、識別鎖定；具有性能穩(wěn)定、便攜易用等特點(diǎn)。
【專利說明】高空風(fēng)自動測量儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于一種高空風(fēng)測量儀器，特別是一種小球測風(fēng)用自動追蹤探空氣球的風(fēng)向風(fēng)速測量設(shè)備。本實(shí)用新型能夠完成對探空氣球的自動追蹤、數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)一鍵式空中風(fēng)探測。

【背景技術(shù)】
[0002]在部隊(duì)、野外訓(xùn)練中，小球測風(fēng)是高空風(fēng)測量的一種常用的技術(shù)手段。測量人員通過架設(shè)在地面的測量儀器對探空氣球進(jìn)行追蹤觀測，確定其運(yùn)動軌跡。探空氣球的運(yùn)動軌跡可反應(yīng)出測量區(qū)域的高空風(fēng)的實(shí)時狀態(tài)，由此實(shí)現(xiàn)了高空風(fēng)的測量。由于高空風(fēng)的測量覆蓋范圍較大，空中風(fēng)復(fù)雜多變，往往需要用測量儀器對探空氣球進(jìn)行長時間連續(xù)不間斷的人工追蹤觀測，才能獲得準(zhǔn)確的高空風(fēng)數(shù)據(jù)。而在實(shí)際測量操作中，觀測效果會受到氣候條件變化、人員業(yè)務(wù)水平及工作狀態(tài)波動等因素的直接影響。如何解決既要降低觀測對人員和氣候條件需求的高度依賴，又不影響觀測結(jié)果，一直是我國小球測風(fēng)儀器研制和使用中的難題。
[0003]探空氣球運(yùn)動初始角度變化大；運(yùn)動中期角度變化不規(guī)律，運(yùn)行時間長；運(yùn)動末期，目標(biāo)影像小，易受干擾而丟失。目前的測量技術(shù)大多是通過光學(xué)系統(tǒng)采用人工觀測的方式捕捉目標(biāo)，捕捉到目標(biāo)后再手動調(diào)整儀器追蹤目標(biāo)。目前，國內(nèi)尚無小球測風(fēng)目標(biāo)自動追蹤、采集處理的測量設(shè)備。研制與開發(fā)能夠通過圖像顯示并識別探空氣球，通過伺服驅(qū)動對探空氣球進(jìn)行自動追蹤的便攜測量儀器，是解決上述問題的有效途徑。高空風(fēng)自動測量儀不僅能為小球測風(fēng)提供有效手段，而且為降低氣象觀測對人員業(yè)務(wù)水平和狀態(tài)的高度依賴程度，降低操作人員的工作強(qiáng)度提供一種新手段，具有重要應(yīng)用價值和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種小球測風(fēng)用自動追蹤探空氣球的風(fēng)向風(fēng)速測量設(shè)備，采用光學(xué)望遠(yuǎn)、數(shù)字成像與圖像處理，實(shí)現(xiàn)影像目標(biāo)識別鎖定；利用伺服電機(jī)的步進(jìn)隨動特性，采用伺服電機(jī)控制光學(xué)系統(tǒng)精確回轉(zhuǎn)定向的方法，實(shí)現(xiàn)對觀測目標(biāo)的自動追蹤；利用角度傳感器的工作特性，實(shí)時采集角度數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)方位角的連續(xù)自動測量。
[0005]本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案是:包括鏡頭、回轉(zhuǎn)平臺、操控系統(tǒng)和基座，其特征是:在基座上固定連接縱軸套，回轉(zhuǎn)平臺嵌裝的內(nèi)轉(zhuǎn)套垂直安裝在縱軸套中；方位角控制電機(jī)輸出軸向下設(shè)置，方位角控制電機(jī)固定組裝在回轉(zhuǎn)平臺的內(nèi)轉(zhuǎn)套內(nèi)；方位角控制電機(jī)的輸出軸固定連接在基座上；回轉(zhuǎn)平臺的內(nèi)轉(zhuǎn)套上連接調(diào)整限位螺母；方位傳感器的一端固定組裝在縱軸套的法蘭上端面上，方位傳感器的另一端固定組裝在回轉(zhuǎn)平臺的殼體內(nèi)部；在方位角控制電機(jī)驅(qū)動下，回轉(zhuǎn)平臺能做范圍360度的水平轉(zhuǎn)動；
[0006]成像系統(tǒng)的前端設(shè)置鏡頭，鏡頭的后端固定組裝在安裝平板上，CCD圖像傳感器組裝在安裝平板上；成像系統(tǒng)通過兩側(cè)橫軸水平轉(zhuǎn)動連接在回轉(zhuǎn)平臺上的軸孔中，一側(cè)橫軸與高低角控制電機(jī)的輸出軸連接，另一側(cè)橫軸與高低傳感器的輸入軸固定連接，高低傳感器固定連接在回轉(zhuǎn)平臺上；以橫軸為轉(zhuǎn)軸，在高低角控制電機(jī)驅(qū)動下，成像系統(tǒng)能做范圍190度的俯仰轉(zhuǎn)動。
[0007]本實(shí)用新型的積極效果:通過圖像電子識別、顯示系統(tǒng)，增加了方位角度調(diào)整的伺服驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)了小球測風(fēng)的自動追蹤與測量。彌補(bǔ)了目前測風(fēng)觀測時需人工通過目鏡對測量目標(biāo)進(jìn)行目測搜索識別，需人工通過雙手不斷轉(zhuǎn)動調(diào)整手輪實(shí)現(xiàn)跟蹤測量目標(biāo)等不足，改善了觀測人員工作強(qiáng)度大、對業(yè)務(wù)水平要求高等情況。能對測量目標(biāo)進(jìn)行數(shù)字成像、識別鎖定；具有性能穩(wěn)定、便攜易用，使用成本低等特點(diǎn)。方便在部隊(duì)、野外訓(xùn)練時使用，適宜長期觀測，且有利于批量生產(chǎn)。

【附圖說明】

[0008]圖1是本實(shí)用新型的外部整體示意圖。
[0009]圖2是圖1的左視圖。
[0010]圖3是成像系統(tǒng)示意圖。
[0011]圖4是圖3的左視圖。
[0012]圖5是成像系統(tǒng)通過橫軸連接在回轉(zhuǎn)平臺上的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖6是縱軸套、基座與回轉(zhuǎn)平臺的連接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖7是操控系統(tǒng)、電池與回轉(zhuǎn)平臺連接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖8是基座內(nèi)部連接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖9是本實(shí)用新型的電路控制連接示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]見圖1-8，本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)如下:在三角底座9上設(shè)置調(diào)平的基座7，基座7上設(shè)置現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的氣泡22和水平調(diào)整螺8。在基座7上固定連接縱軸套15，回轉(zhuǎn)平臺5嵌裝的內(nèi)轉(zhuǎn)套17垂直安裝在縱軸套15中；方位角控制電機(jī)13輸出軸向下設(shè)置，方位角控制電機(jī)13用螺釘固定組裝在回轉(zhuǎn)平臺5的內(nèi)轉(zhuǎn)套17內(nèi)；方位角控制電機(jī)13的輸出軸用螺釘固定連接在基座7上；回轉(zhuǎn)平臺的內(nèi)轉(zhuǎn)套17上連接調(diào)整限位螺母16。
[0018]見圖6，方位傳感器12的一端(固定端)用螺釘固定組裝在縱軸套15的法蘭上端面上，方位傳感器12的另一端(移動端)用螺釘固定組裝在回轉(zhuǎn)平臺5的殼體內(nèi)部。
[0019]見圖6-8，在回轉(zhuǎn)平臺5的正面設(shè)置前面板4，前面板4上組裝鍵盤20和顯示屏19，主控計算機(jī)板21固定組裝在前面板4的背面；在回轉(zhuǎn)平臺5的背面組裝電池6、設(shè)置輸出接口 14。以縱軸套15為回轉(zhuǎn)中心，在方位角控制電機(jī)13驅(qū)動下，回轉(zhuǎn)平臺5可做范圍360度的水平轉(zhuǎn)動。
[0020]見圖1-5，成像系統(tǒng)2包括有一個兩側(cè)固接橫軸2-2的安裝平板2_1，成像系統(tǒng)2的前端設(shè)置鏡頭2-4，鏡頭2-4的后端用螺釘固定組裝在安裝平板2-1上，CCD圖像傳感器2-3同樣用螺釘固定組裝在安裝平板2-1上；成像系統(tǒng)通過兩側(cè)橫軸水平轉(zhuǎn)動連接在回轉(zhuǎn)平臺上的軸孔中，一側(cè)橫軸與高低角控制電機(jī)10的輸出軸連接，另一側(cè)橫軸與高低傳感器11的輸入軸固定連接，高低傳感器11固定連接在回轉(zhuǎn)平臺5上；在回轉(zhuǎn)平臺5上按現(xiàn)有技術(shù)固定設(shè)置磁針I(yè)。C⑶圖像傳感器2-3的角度分辨率< 0.1"，水平分辨率850TVL;鏡頭2-4的焦距10-300mm，測量目標(biāo)直徑Im — 1.5m，測量距離< 7000m。
[0021]以橫軸2-2為轉(zhuǎn)軸，在高低角控制電機(jī)10驅(qū)動下，成像系統(tǒng)2能做范圍190度的俯仰轉(zhuǎn)動。
[0022]見圖9，本儀器的控制電路連接結(jié)構(gòu)如下:采用市場提供的主控計算機(jī)板21，板內(nèi)嵌入CPU芯片和現(xiàn)有技術(shù)圖像處理DSP板，其中高低角控制信號數(shù)據(jù)端口 Jl與高低角控制電機(jī)10相連；方位角控制信號數(shù)據(jù)端口 J2與方位角控制電機(jī)13相連；鍵盤控制信號數(shù)據(jù)端口 J6與鍵盤20的端口相連；顯示屏控制信號數(shù)據(jù)端口 J5與顯示屏19的相應(yīng)端口相連；方位傳感信號的數(shù)據(jù)端口 J9與方位傳感器12的端口相連；高低傳感信號的數(shù)據(jù)端口 JlO與高低傳感器11的端口相連；鏡頭信號的數(shù)據(jù)端口 J3與鏡頭2-4的端口相連；CCD圖像傳感信號的數(shù)據(jù)端口 J4與CCD圖像傳感器2-3的端口相連；電源數(shù)據(jù)端口 J7與電池6輸出口相連；數(shù)據(jù)端口 J8與輸出接口 14相連。
[0023]工作原理
[0024]高空風(fēng)自動測量儀調(diào)平歸零后，由CXD圖像傳感器2-3通過對鏡頭2_4收集目標(biāo)影像信息進(jìn)行掃描，形成數(shù)字影像視頻信號，影像信號由主控計算機(jī)板21的圖像處理DSP芯片處理，得到比較清晰的圖像。經(jīng)主控計算機(jī)板計算確定目標(biāo)在圖像中的位置以及移動方向、速度，得到追蹤目標(biāo)所需的俯仰位置偏移和水平位置偏移調(diào)整信號量。調(diào)整信號量傳送給控制電機(jī)，高低角控制電機(jī)10負(fù)責(zé)接收俯仰位置偏差調(diào)整信號量，并根據(jù)調(diào)整信號量控制起停及正反轉(zhuǎn)，驅(qū)動橫軸2-2進(jìn)行俯仰角度調(diào)整；方位角控制電機(jī)13負(fù)責(zé)接收水平位置偏差調(diào)整信號量，并根據(jù)調(diào)整信號量控制起停及正反轉(zhuǎn)，驅(qū)動回轉(zhuǎn)平臺5帶著成像系統(tǒng)2進(jìn)行水平角度轉(zhuǎn)動調(diào)整。使目標(biāo)影像位居在顯示圖像十字分劃位置，實(shí)現(xiàn)伺服跟蹤。由方位傳感器12、高低傳感器11完成轉(zhuǎn)動角度值的實(shí)時測量。
[0025]顯示屏19、鍵盤20，用于人員對系統(tǒng)的操作、設(shè)置及交互功能，用于完成目標(biāo)圖像的電子可視功能，最終實(shí)現(xiàn)一鍵式空中風(fēng)探測，完成自動跟蹤探空氣球、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示及通報的生成等操作。
【權(quán)利要求】
1.一種高空風(fēng)自動測量儀，包括鏡頭、回轉(zhuǎn)平臺、操控系統(tǒng)和基座，其特征是:在基座上固定連接縱軸套，回轉(zhuǎn)平臺嵌裝的內(nèi)轉(zhuǎn)套垂直安裝在縱軸套中；方位角控制電機(jī)輸出軸向下設(shè)置，方位角控制電機(jī)固定組裝在回轉(zhuǎn)平臺的內(nèi)轉(zhuǎn)套內(nèi)；方位角控制電機(jī)的輸出軸固定連接在基座上；回轉(zhuǎn)平臺的內(nèi)轉(zhuǎn)套上連接調(diào)整限位螺母；方位傳感器的一端固定組裝在縱軸套的法蘭上端面上，方位傳感器的另一端固定組裝在回轉(zhuǎn)平臺的殼體內(nèi)部； 成像系統(tǒng)的前端設(shè)置鏡頭，鏡頭的后端固定組裝在安裝平板上，CCD圖像傳感器組裝在安裝平板上；成像系統(tǒng)通過兩側(cè)橫軸水平轉(zhuǎn)動連接在回轉(zhuǎn)平臺上的軸孔中，一側(cè)橫軸與高低角控制電機(jī)的輸出軸連接，另一側(cè)橫軸與高低傳感器的輸入軸固定連接，高低傳感器固定連接在回轉(zhuǎn)平臺上。
【文檔編號】G01W1-08GK204302518SQ201420689165
【發(fā)明者】吳占平, 田徑, 申勇 [申請人]沈陽第三三0一工廠