飞机起降跟踪视频监控系统方案
1 概述
飞机起降平安光电跟踪/机场跑道异物辨认、飞行区鸟群探测、机场周界平安监控系统是我公司应民航机场的请求自主开发的，具有全天候、速度快、掩盖面广、视距范围大、图像稳定明晰的特性，可大幅进步机场运营的平安性，经过多传感器的探测监控，可为机场提供即时的信息材料，主要包括现场视频，天文位置，范围和事情过程等内容。
飞机起降平安光电跟踪/机场跑道异物辨认、飞行区鸟群探测、机场周界平安监控系统是针对机场平安运营而设计的共同的一个高稳定，多传感器的监视察看和数据跟踪系统，它集成了高性能红外热成像仪、摄像系统和半导体激光照明等传感器。该系统的异物探测指向器装置在机场的跑道两端，光电跟踪一体化设备装置在机场观测塔顶，显控台装置在控制室内。在白昼经过高性能彩色CCD摄像系统搭配红外热成像系统察看、监视搜索目的；而夜间经过红外热成像系统搜索察看目的，同时采用大功率大发射角的激光照明器映照目的，经过高灵活度CCD摄像系统对空中目的停止察看监视和搜索，同时也能够对飞机跑道路面有无异物停止24小时察看监视和搜索，一经发现有FOD(FOD有两种解释，其一是外来物（Foreign Object Debris），即可能损伤航空器或系统的某种外来的物质、碎屑或物体；其二是外来物损伤(Foreign Object Damage)，即任何由外来物惹起的损伤，能够是物理上的损伤也能够是经济上的损失，有可能会降低产品的平安或性能。FOD的品种相当多，如硬物体、软物体、鸟类、雷电等。FOD危害十分严重，实验和经历都标明机场道面上的外来物能够很容易被吸入发起机，招致发起机失效。碎片也会堆积在机械安装中，影响起落架、襟翼等设备的正常运转。典型的FOD包括：飞机和发起机衔接件（螺帽、螺钉、垫圈、保险丝等）、机械工具、飞行物品（钉子、私人证件、钢笔、铅笔等）、野生动物、树叶、石头和沙子、道面资料、木块、塑料或聚乙烯资料、纸制品、运转区的冰碴儿，以至雷电。)，可上指派机场工作人员快速处置。
采用了先进的陀螺稳定技术和计算机图像处置及控制技术，能有效地隔离台风,强风力的摇晃，能够对空中目的进、跑道道面、禁区周界平安、全天候（24小时）察看、搜索、监视和自动跟踪飞机的平安起降。
该系统能够依据用户的请求，灵敏选配多种规格的百万像素高清光学镜头、高清透雾CCD摄像机、制冷型、非制冷型红外热像仪和红外镜头，采用了计算机自动控制技术、图像信息处置技术、图像稳定技术、自动跟踪等现代高科技，产品具有如下先进的技术特性：
² 全天候24小时对周边目的作全方位跟踪、监视和录像；
² 采用高端图像传感器和处置模块，进步产品性能；
² 采用规范化、模块化设计技术，扩展性好，维修便当；
² 采用“三防”、密封设计技术，利于恶劣环境长期运用；
² 采用先进的图像处置技术、目的跟踪技术，图像稳定明晰；
² 采用了先进的陀螺伺服稳定技术，有效地隔离台风/强风力摇晃；
² 采用彩色、黑白和红外热成像系统，即便在完整乌黑的夜晚，也能发现和辨认目的；
² 提供RS485、以太网和多路规范视频接口；
2 主要功用及指标
2.1
产品图片
2.2 主要功用
机场光电跟踪监控系统，在白昼和夜晚能够对机场周边一定范围内的空域环境和目的作全方位探测、跟踪、监视和录像，主要功用如下：
2.2.1 多成像系统
具有彩色/黑白和红外热成像系统
昼夜完成对机场周边一定空域范围内的空中飞机和空中飞行目的作全方位搜索、察看、监视和录像.同时也对飞机跑道上的障碍物全方位搜索、察看、监视和辨认。在白昼采用高性能彩色/黑白电视摄像系统停止察看、监视和搜索目的，在晚上经过红外热像仪探测目的，同时停止录像。
2.2.2 陀螺稳定功用
具有良好的视轴稳定功用
光电转台设备采用陀螺稳定系统可以有效地隔离因台风,强风的横摇、纵摇，从而坚持光电摄像系统的稳定，得到明晰、稳定的图像，而且保证目的图像一直在电视屏幕上而不丧失。
2.2.3 智能捕获目的
具有手动搜索、捕获和自动跟踪目的的功用
该系统操作非常便当。用手动支配杆能够在不同的转速下（0—40°/s）对空中目的停止搜索、察看和监视，对需求长期监视的目的可转入自动跟踪录相状态。
具有雷达引导跟踪功用
2.2.4 自动跟踪功用
具有目的自动跟踪功用
采用先进的图像处置和辨认技术、目的自动跟踪技术（只限光电跟踪系统），使请求跟踪的目的坚持在电视视场中心。
2.2.5 光学调整功用
具有电动变倍、调焦等光学参数调整功用
2.2.6 多接口兼容
可接纳雷达、GPS、电罗经的数据，为取证提供目的天文位置
在被取证的实时图像中可将事情发作的位置（经度、纬度）和时间日期（年.月.日.时.分）自动叠录在一同，提供了完好的证据三要素（事情实况、发作时间和天文位置）从而进步证据的真实性和全面性。完成这个功用的条件是需将本机场的雷达、GPS、电罗经的有关信息经过规范接口提供应监视取证系统，由SU-300完成目的位置的解算，采用数字化技术，提供RS485、以太网和多路规范视频接口。
2.2.7 高抗风抗冲击才能
具有良好的抗载体振动和抗冲击才能
设备自身内置陀螺稳定系统，外形采用球形抗风设计，各部件衔接严密设计合理，抗冲击才能做到最好。
2.2.8 图像实时记载
具有实时记载图像功用
同屏显现目的的天文位置和时间日期 将多个彩色、黑白电视摄像系统和红外热成像系统搜集的图像信息，经数字化处置、紧缩后存贮在嵌入式硬盘录像机和主控计算机硬盘里，存储容量大，保管时间长，还能够依据用户需求，加大硬盘以扩展存储周期，或增加其他外存设备，如光盘刻录机等，定期将图像信息停止刻录以永世保管存档。存储后的图像信息，能够随时在装置了图像处置软件的计算机上重放，取证图像上叠加有目的的天文位置、时间等信息，增强了机场等违规取证力度。
3.1 系统组成
主要由装置于室外的指向器和装置于室内的显控设备两大局部组成，它们之间采用光纤/电缆衔接。
室外指向器由高性能彩色/黑白电视摄像传感器、制冷红外热成像传感器、转台、陀螺伺服稳定系统等局部组成。
l 彩色/黑白电视可透雾型摄像传感器：由二可变1000mm焦距高清镜头和高性能彩色/黑白高清CCD摄像机组成。
l 制冷型红外热成像传感器：由红外两档变焦镜头和制冷红外热像仪组成。
l 转台：由方位座、俯仰包及支撑构造组成。
l 陀螺伺服稳定系统：由直流力矩电机、直流测速电机、陀螺、旋转变压器等组成。
舱内显控设备包括：低压电源、主控机箱、伺服驱动器、硬盘录像机、操控键盘、轨迹球、液晶显现器等组成。
3.2 工作方式和原理
3.2.1 工作方式
（1） 单杆手动搜索方式
由操作人员手动支配单杆，控制系统接纳到操作员的支配信息后，驱动指向器扫描搜索目的。
（2） 自动扇扫搜索方式
由操作人员设定一定的方位察看范围，自动对空搜索跟踪目的。
（3） 手动跟踪目的方式
操作人员在屏幕上发现感兴味的目的后，手动支配单杆，控制系统接纳操作人员的支配信息，驱动指向器，使目的一直成像在光学系统视场中心局部。
（4） 自动跟踪目的方式
操作人员在屏幕上发现感兴味的目的后，手动捕获目的，系统自动锁定目的进入自动跟踪状态。在目的运动过程中，不需进一步的操作干预，控制系统驱动精细轴系使目的一直成像在光学系统视场中心。
(5) 雷达指引方式
操作人员将系统设定为雷达导引工作状态后，可实时接纳雷达发出的目的引导信息，光电系统依据雷达的目的指示信息停止自动搜索，锁定和跟踪指定目的，使目的一直成像在光学系统视场中心部位。
（6） 图像显现与记载
光学传感器产生的视频信号传输到电气控制机箱中停止视频分配。一组视频信号进入工业控制计算机的视频采集卡，经图像处置后显现在液晶显现器上。系统操控软件的界面上具备两个画面窗口，可选择双窗口显现不同的视频图像（可见光视频图像和红外视频图像）。显现在窗口中的图像能够用紧缩图片的方式保管在工业控制计算机的硬盘中，便于事后阅读或转储。
另一组分配后的视频信号则传输到硬盘录像机中停止实时记载。保管在硬盘录像机中的图像能够随时停止检索和回放。
3.2.2 工作原理阐明
（1） 系统工作原理
系统的原理框图如下图所示。
陀螺稳定系统作为一种高精度的瞄准线稳定系统，能够提供对地、对空目的的全景式大范围探测和跟踪。其重要功用是隔离载体角运动，使探测器在惯性空间内坚持稳定；可以响应指令信号，在一定角度范围内对目的停止搜索，在人工辨认锁定后可以按探测器信号自动跟踪目的，并给出方位、俯仰信息。可实时对空中敏感地域停止监视，执行昼夜监视、海岸巡查等任务。在国防和民用范畴具有宽广的应用前景。
平台部件包括框架、俯仰/方位电机、大/藐视场CCD、激光测距仪、俯仰/方位旋转变压器(以下简称旋变)。CCD摄像机装置于互相正交的内、外两个框架上，由两个力矩电机控制能够在航向和俯仰两个自在度的方向上扫描。在内、外框架上分别由速率陀螺感测方位和俯仰运动，其输出送入稳定系统调理器，再经功率放大后至力矩电机，使框架依照指令旋转(扫描)或稳定瞄准线。
电子部件包括系统主板、电视跟踪器、电机驱动及数据采集坚持电路。电子部件依据系统的请求对系统的航向、程度、俯仰、横滚和方位停止修正和补偿控制；依据陀螺仪的温度漂移特性曲线停止温度补偿控制；自动采样、监测系统信号；完成系统主要参数的常量有选择地动态显现。
显控部件包括控制盒、工控机。主要用于显现由CCD摄像机摄入的图像及系统状态信息，并完成搜索、锁定、解锁等操作。
稳定轴相关设计指标如下：方位、俯仰轴角速度大于40°/s,方位、俯仰轴角加速度大于60°/s2。静态下对不大于3 000gcm的扰动力矩，角度动摇不大于30″且稳定后无静差。
稳定隔离精度技术指标为:摇晃台在摆幅为3°、频率为1Hz的正弦扰动下，平台俯仰通道摆幅应小于2′；摇晃台在摆幅为2°、频率为1Hz的正弦扰动下，稳定平台方位通道摆幅应小于2′。
当平台遭到载体的运动干扰时，假如光轴作用点间隔较远，即便相对惯性空间产生很小的误差角偏移，也会使远间隔外的跟踪点脱离视场。因而系统主要针对干扰力矩下平台角度输出稳定后无静差这一请求来停止设计。
在普通的速率反应计划中，校正环节选用PID校正仅能完成系统角速度无静差，不能完成角度无静差。假如要让系统角度输出无静差，则需求在校正环节中含有双重积分环节，因而设计了在速率陀螺反应的根底上采用PII2校正环节的控制办法。由于直流力矩电机电枢电感值通常十分小，疏忽其时间常数的影响，模型简化后的稳定回路控制框图
飞机起降平安光电跟踪/机场跑道异物辨认、飞行区鸟群探测、机场周界平安监控系统是我公司应民航机场的请求自主开发的，具有全天候、速度快、掩盖面广、视距范围大、图像稳定明晰的特性，可大幅进步机场运营的平安性，经过多传感器的探测监控，可为机场提供即时的信息材料，主要包括现场视频，天文位置，范围和事情过程等内容。
飞机起降平安光电跟踪/机场跑道异物辨认、飞行区鸟群探测、机场周界平安监控系统是针对机场平安运营而设计的共同的一个高稳定，多传感器的监视察看和数据跟踪系统，它集成了高性能红外热成像仪、摄像系统和半导体激光照明等传感器。该系统的异物探测指向器装置在机场的跑道两端，光电跟踪一体化设备装置在机场观测塔顶，显控台装置在控制室内。在白昼经过高性能彩色CCD摄像系统搭配红外热成像系统察看、监视搜索目的；而夜间经过红外热成像系统搜索察看目的，同时采用大功率大发射角的激光照明器映照目的，经过高灵活度CCD摄像系统对空中目的停止察看监视和搜索，同时也能够对飞机跑道路面有无异物停止24小时察看监视和搜索，一经发现有FOD(FOD有两种解释，其一是外来物（Foreign Object Debris），即可能损伤航空器或系统的某种外来的物质、碎屑或物体；其二是外来物损伤(Foreign Object Damage)，即任何由外来物惹起的损伤，能够是物理上的损伤也能够是经济上的损失，有可能会降低产品的平安或性能。FOD的品种相当多，如硬物体、软物体、鸟类、雷电等。FOD危害十分严重，实验和经历都标明机场道面上的外来物能够很容易被吸入发起机，招致发起机失效。碎片也会堆积在机械安装中，影响起落架、襟翼等设备的正常运转。典型的FOD包括：飞机和发起机衔接件（螺帽、螺钉、垫圈、保险丝等）、机械工具、飞行物品（钉子、私人证件、钢笔、铅笔等）、野生动物、树叶、石头和沙子、道面资料、木块、塑料或聚乙烯资料、纸制品、运转区的冰碴儿，以至雷电。)，可上指派机场工作人员快速处置。
采用了先进的陀螺稳定技术和计算机图像处置及控制技术，能有效地隔离台风,强风力的摇晃，能够对空中目的进、跑道道面、禁区周界平安、全天候（24小时）察看、搜索、监视和自动跟踪飞机的平安起降。
该系统能够依据用户的请求，灵敏选配多种规格的百万像素高清光学镜头、高清透雾CCD摄像机、制冷型、非制冷型红外热像仪和红外镜头，采用了计算机自动控制技术、图像信息处置技术、图像稳定技术、自动跟踪等现代高科技，产品具有如下先进的技术特性：
² 全天候24小时对周边目的作全方位跟踪、监视和录像；
² 采用高端图像传感器和处置模块，进步产品性能；
² 采用规范化、模块化设计技术，扩展性好，维修便当；
² 采用“三防”、密封设计技术，利于恶劣环境长期运用；
² 采用先进的图像处置技术、目的跟踪技术，图像稳定明晰；
² 采用了先进的陀螺伺服稳定技术，有效地隔离台风/强风力摇晃；
² 采用彩色、黑白和红外热成像系统，即便在完整乌黑的夜晚，也能发现和辨认目的；
² 提供RS485、以太网和多路规范视频接口；
2 主要功用及指标
2.1
产品图片
2.2 主要功用
机场光电跟踪监控系统，在白昼和夜晚能够对机场周边一定范围内的空域环境和目的作全方位探测、跟踪、监视和录像，主要功用如下：
2.2.1 多成像系统
具有彩色/黑白和红外热成像系统
昼夜完成对机场周边一定空域范围内的空中飞机和空中飞行目的作全方位搜索、察看、监视和录像.同时也对飞机跑道上的障碍物全方位搜索、察看、监视和辨认。在白昼采用高性能彩色/黑白电视摄像系统停止察看、监视和搜索目的，在晚上经过红外热像仪探测目的，同时停止录像。
2.2.2 陀螺稳定功用
具有良好的视轴稳定功用
光电转台设备采用陀螺稳定系统可以有效地隔离因台风,强风的横摇、纵摇，从而坚持光电摄像系统的稳定，得到明晰、稳定的图像，而且保证目的图像一直在电视屏幕上而不丧失。
2.2.3 智能捕获目的
具有手动搜索、捕获和自动跟踪目的的功用
该系统操作非常便当。用手动支配杆能够在不同的转速下（0—40°/s）对空中目的停止搜索、察看和监视，对需求长期监视的目的可转入自动跟踪录相状态。
具有雷达引导跟踪功用
2.2.4 自动跟踪功用
具有目的自动跟踪功用
采用先进的图像处置和辨认技术、目的自动跟踪技术（只限光电跟踪系统），使请求跟踪的目的坚持在电视视场中心。
2.2.5 光学调整功用
具有电动变倍、调焦等光学参数调整功用
2.2.6 多接口兼容
可接纳雷达、GPS、电罗经的数据，为取证提供目的天文位置
在被取证的实时图像中可将事情发作的位置（经度、纬度）和时间日期（年.月.日.时.分）自动叠录在一同，提供了完好的证据三要素（事情实况、发作时间和天文位置）从而进步证据的真实性和全面性。完成这个功用的条件是需将本机场的雷达、GPS、电罗经的有关信息经过规范接口提供应监视取证系统，由SU-300完成目的位置的解算，采用数字化技术，提供RS485、以太网和多路规范视频接口。
2.2.7 高抗风抗冲击才能
具有良好的抗载体振动和抗冲击才能
设备自身内置陀螺稳定系统，外形采用球形抗风设计，各部件衔接严密设计合理，抗冲击才能做到最好。
2.2.8 图像实时记载
具有实时记载图像功用
同屏显现目的的天文位置和时间日期 将多个彩色、黑白电视摄像系统和红外热成像系统搜集的图像信息，经数字化处置、紧缩后存贮在嵌入式硬盘录像机和主控计算机硬盘里，存储容量大，保管时间长，还能够依据用户需求，加大硬盘以扩展存储周期，或增加其他外存设备，如光盘刻录机等，定期将图像信息停止刻录以永世保管存档。存储后的图像信息，能够随时在装置了图像处置软件的计算机上重放，取证图像上叠加有目的的天文位置、时间等信息，增强了机场等违规取证力度。
3.1 系统组成
主要由装置于室外的指向器和装置于室内的显控设备两大局部组成，它们之间采用光纤/电缆衔接。
室外指向器由高性能彩色/黑白电视摄像传感器、制冷红外热成像传感器、转台、陀螺伺服稳定系统等局部组成。
l 彩色/黑白电视可透雾型摄像传感器：由二可变1000mm焦距高清镜头和高性能彩色/黑白高清CCD摄像机组成。
l 制冷型红外热成像传感器：由红外两档变焦镜头和制冷红外热像仪组成。
l 转台：由方位座、俯仰包及支撑构造组成。
l 陀螺伺服稳定系统：由直流力矩电机、直流测速电机、陀螺、旋转变压器等组成。
舱内显控设备包括：低压电源、主控机箱、伺服驱动器、硬盘录像机、操控键盘、轨迹球、液晶显现器等组成。
3.2 工作方式和原理
3.2.1 工作方式
（1） 单杆手动搜索方式
由操作人员手动支配单杆，控制系统接纳到操作员的支配信息后，驱动指向器扫描搜索目的。
（2） 自动扇扫搜索方式
由操作人员设定一定的方位察看范围，自动对空搜索跟踪目的。
（3） 手动跟踪目的方式
操作人员在屏幕上发现感兴味的目的后，手动支配单杆，控制系统接纳操作人员的支配信息，驱动指向器，使目的一直成像在光学系统视场中心局部。
（4） 自动跟踪目的方式
操作人员在屏幕上发现感兴味的目的后，手动捕获目的，系统自动锁定目的进入自动跟踪状态。在目的运动过程中，不需进一步的操作干预，控制系统驱动精细轴系使目的一直成像在光学系统视场中心。
(5) 雷达指引方式
操作人员将系统设定为雷达导引工作状态后，可实时接纳雷达发出的目的引导信息，光电系统依据雷达的目的指示信息停止自动搜索，锁定和跟踪指定目的，使目的一直成像在光学系统视场中心部位。
（6） 图像显现与记载
光学传感器产生的视频信号传输到电气控制机箱中停止视频分配。一组视频信号进入工业控制计算机的视频采集卡，经图像处置后显现在液晶显现器上。系统操控软件的界面上具备两个画面窗口，可选择双窗口显现不同的视频图像（可见光视频图像和红外视频图像）。显现在窗口中的图像能够用紧缩图片的方式保管在工业控制计算机的硬盘中，便于事后阅读或转储。
另一组分配后的视频信号则传输到硬盘录像机中停止实时记载。保管在硬盘录像机中的图像能够随时停止检索和回放。
3.2.2 工作原理阐明
（1） 系统工作原理
系统的原理框图如下图所示。
陀螺稳定系统作为一种高精度的瞄准线稳定系统，能够提供对地、对空目的的全景式大范围探测和跟踪。其重要功用是隔离载体角运动，使探测器在惯性空间内坚持稳定；可以响应指令信号，在一定角度范围内对目的停止搜索，在人工辨认锁定后可以按探测器信号自动跟踪目的，并给出方位、俯仰信息。可实时对空中敏感地域停止监视，执行昼夜监视、海岸巡查等任务。在国防和民用范畴具有宽广的应用前景。
平台部件包括框架、俯仰/方位电机、大/藐视场CCD、激光测距仪、俯仰/方位旋转变压器(以下简称旋变)。CCD摄像机装置于互相正交的内、外两个框架上，由两个力矩电机控制能够在航向和俯仰两个自在度的方向上扫描。在内、外框架上分别由速率陀螺感测方位和俯仰运动，其输出送入稳定系统调理器，再经功率放大后至力矩电机，使框架依照指令旋转(扫描)或稳定瞄准线。
电子部件包括系统主板、电视跟踪器、电机驱动及数据采集坚持电路。电子部件依据系统的请求对系统的航向、程度、俯仰、横滚和方位停止修正和补偿控制；依据陀螺仪的温度漂移特性曲线停止温度补偿控制；自动采样、监测系统信号；完成系统主要参数的常量有选择地动态显现。
显控部件包括控制盒、工控机。主要用于显现由CCD摄像机摄入的图像及系统状态信息，并完成搜索、锁定、解锁等操作。
稳定轴相关设计指标如下：方位、俯仰轴角速度大于40°/s,方位、俯仰轴角加速度大于60°/s2。静态下对不大于3 000gcm的扰动力矩，角度动摇不大于30″且稳定后无静差。
稳定隔离精度技术指标为:摇晃台在摆幅为3°、频率为1Hz的正弦扰动下，平台俯仰通道摆幅应小于2′；摇晃台在摆幅为2°、频率为1Hz的正弦扰动下，稳定平台方位通道摆幅应小于2′。
当平台遭到载体的运动干扰时，假如光轴作用点间隔较远，即便相对惯性空间产生很小的误差角偏移，也会使远间隔外的跟踪点脱离视场。因而系统主要针对干扰力矩下平台角度输出稳定后无静差这一请求来停止设计。
在普通的速率反应计划中，校正环节选用PID校正仅能完成系统角速度无静差，不能完成角度无静差。假如要让系统角度输出无静差，则需求在校正环节中含有双重积分环节，因而设计了在速率陀螺反应的根底上采用PII2校正环节的控制办法。由于直流力矩电机电枢电感值通常十分小，疏忽其时间常数的影响，模型简化后的稳定回路控制框图