CN201376671Y - 模块化远程数字航拍吊舱及数据处理系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种模块化远程数字航拍吊舱及数据处理系统，所述系统包括：设置在高亚音速舱体内的：光学单元模块；图像处理计算机模块；数传电台模块；机载记录设备模块；舱内环境温度控制系统模块，和设置于地面的地面处理设备，其中，所述高亚音速舱体内设置的各个模块是物理上相互独立的模块，各个模块之间由电缆和航空快速插头连接。本实用新型采用了模块化的技术手段，获得了先进的快速、远程、实时图像获取能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种模块化远程数字航拍吊舱及数据处理系统，在航拍、飞机加改装等领域中具有具体应用。
背景技术
航拍及数据处理系统用于将飞机在空中拍摄的远方图像信息实时传送到地面，再通过地面设备的处理，将所获的图像信息及时传回地面，帮助决策者掌握直观、确切、近实时的远方现场态势。
实用新型内容
本实用新型的目的是通过对现有设备(飞机、网络、终端等等)与本系统的模块化组合，在保留现有设备性能的前提下，以较少的投资获得远程航拍及相应的图像信息分析处理能力。
与国内同类设备的主要区别在于：①通过模块化的软、硬件配置，帮助使用者在获得上述先进手段的同时，实现灵活的利用(配置)其现有的飞机(平台)及地面设施，最大限度的节省系统建设投资。②帮助使用者，按照其使用要求、习惯处理所获的图像信息。
本实用新型的目的是通过提供一种模块化远程数字航拍吊舱及数据处理系统来解决的，所述航拍吊舱包括具有符合空中飞行要求的形状的高亚音速舱体，该高亚音速舱体适合于吊挂在飞行器上，并且该高亚音速舱体上设置有透明窗口，所述系统包括：
设置于高亚音速舱体内的：光学单元模块、图像处理计算机模块、数传电台模块、机载记录设备模块，舱内环境温度控制系统模块；和
设置于地面的地面处理设备，所述地面处理设备包括：
无线传输网络、有线传输网络、数据处理单元和显示终端；
其中，所述高亚音速舱体内设置的各个模块是物理上相互独立的模块，各个模块之间由电缆和航空快速插头连接。
所述系统还包括：设置在高亚音速舱体内的红外热成像仪单元模块；和高亚音速舱体上设置的红外探测窗口。其中：高亚音速舱体包括头部、中段和尾部三个舱段，舱内环境温度控制系统模块安装在高亚音速舱体的头部中，光学单元模块安装在高亚音速舱体的中段内，图像处理计算机模块、数传电台模块、机载记录设备模块安装在高亚音速舱体的尾部内，所述透明窗口设置在高亚音速舱体的中段上。
最好，高亚音速舱体包括头部、中段和尾部三个舱段，舱内环境温度控制系统模块和红外热成像仪单元模块安装在高亚音速舱体的头部中，光学单元模块安装在高亚音速舱体的中段内，图像处理计算机模块、数传电台模块、机载记录设备模块安装在高亚音速舱体的尾部内，所述透明窗口设置在高亚音速舱体的中段上，所述红外探测窗口设置在高亚音速舱体的头部上。
其中，所述光学单元模块为长焦距CCD相机，对目标可见光进行汇聚、放大及成像。
其中，所述图像处理计算机模块包括对比度控制模块、信号压缩模块及系统控制模块。
其中，所述数传电台模块包括工作在S波段的发射机和相应的接收机。
其中，所述机载记录设备模块为机载密封可移动硬盘。
其中，在高速舱体的尾部还设置有刀形天线。
其中，所述地面处理设备还包括广播分发单元。
本实用新型所述系统的优势在于，采用了模块化的技术手段，充分利用使用者已有设备平台能力的基础，通过对关键设备的投资建设，在实现对既有系统、能力的嵌入式整合，保留原有系统、能力的同时，获得先进的快速、远程、实时图像获取能力。最终用户无需增加飞机平台的数量，即可获得本系统较高的勤务出勤率，在大量的有线、无线通信传输、终端环节，既可选择利用已有设备，也可利用本系统的建设对原有系统能力进行增强。仅减免采购专用飞机平台一项，1套系统即可为用户节省2-6亿元人民币的专用飞机采购投资，并大量节省本系统全寿命期内的专用飞机、专业设备、专业人员的使用、维护、维修、培训费用。
模块化系统的另一个优势在于，作为信息获取与处理系统，相关基础技术发展十分迅猛，在本系统使用期间，可以根据使用者的需求，用最新基础技术成果，方便地对本系统进行不断的局部改进，保持系统的先进性。
附图说明
图1表示按照本实用新型的数字化航拍吊舱吊挂在飞行器上的状态；
图2是按照本实用新型的数字化航拍吊舱的立体外观图；
图3是按照本实用新型的数字化航拍吊舱的内部构造框图；和
图4表示按照本实用新型的地面处理设备的系统构造。
具体实施方式
按照本实用新型的模块化远程数字航拍吊舱及数据处理系统包括数字化航拍吊舱100和地面处理设备200两个子系统。
<数字化航拍吊舱>
图1表示按照本实用新型的数字化航拍吊舱100吊挂在飞行器上的状态。如图1所示，数字化航拍吊舱100吊挂在诸如飞机之类的飞行器下侧。图2是按照本实用新型的数字化航拍吊舱100的立体外观图。参照图2，数字化航拍吊舱100的高亚音速舱体优选地具有类似于导弹的符合空中飞行要求的形状。该高亚音速舱体包括头部、中段和尾部三个舱段。在数字化航拍吊舱100的高亚音速舱体的头部上，可以根据需要设置红外探测窗口101，用于供红外线从中穿透出来和接收反射回来的红外线。在数字化航拍吊舱100的高亚音速舱体的中段上，设置有CCD相机窗口102，用于供外界光线穿过该窗口102。此外，在中段上还设置有挂接在飞行器上用的通用挂架接口。数字化航拍吊舱100的选用的高亚音速舱体，可适用于高亚音速飞机挂载。
图3是按照本实用新型的数字化航拍吊舱100的内部构造框图。如图3所示，数字化航拍吊舱100包括设置在高亚音速舱体内的：长焦距CCD相机(光学单元)103、图像处理计算机104、数传电台105、机载记录设备106、舱内环境温度控制系统107。此外，数字化航拍吊舱100还包括控制计算机(未示出)。根据最终用户的需求，还可以在数字化航拍吊舱100内增加红外热成像仪单元108。在数字化航拍吊舱100的高亚音速舱体的尾部下部还安装一个刀形天线(未示出)。参照图3，舱内环境温度控制系统107安装在高亚音速舱体的头部中。此外，红外热成像仪单元108也还可加装在高亚音速舱体的头部中。CCD相机103安装在高亚音速舱体的中段内。而图像处理计算机104、数传电台105、机载记录设备106等安装在高亚音速舱体的尾部内。
所述高亚音速舱体内设置各个组成部分都是物理上相互独立的模块，各个模块之间由电缆和航空快速插头连接。并且各个模块是采用便于拆装的方式安装在高亚音速舱体内的，从而便于用户的使用维护，并可根据用户需要对各个模块进行技术升级。
下面将逐一介绍数字化航拍吊舱100的各个组成部分。
光学单元：
光学单元主要由长焦距CCD相机103(拟选用BS-1500K型斜视航空CCD相机)构成，功能是对目标可见光进行汇聚、放大、成像，是吊舱分系统的核心传感器。
航拍吊舱在光学单元的布局上充分借鉴和吸收了国外先进吊舱的方案特点。光机结构模块化、组件化，便于安装调试。选用高强度低线胀系数材料，以保证机载振动、冲击、高低温环境下的光机精度。
主要技术指标(参考数据)如下：
1焦距：1500mm
2相对孔径：1/8
3光谱范围：0.5～0.85μm
4TDICCD型号：CT-F3
5像元数：4096×2
6像元尺寸：13×13μm
7相机工作方式：摆扫式
8相机俯仰角：±5°、±10°、±15°、±20°
9速高比范围：≤0.06
10视场角：20°
11重叠率：≤0.5
12调光范围：滤光片式
13调焦方式：自动
14连续拍摄时间：50min
15电源：115V(400Hz)，28V(直流)
红外热成像仪单元(选装)：
红外热成像仪单元由红外望远镜头和红外成像组件两部分组成。红外望远镜头主要包括物镜、视场变倍和光学消像旋；红外成像组件主要包括光机扫描、红外探测器、探测器制冷器、前放电路和视频处理电路。
红外热成像仪单元的功能是：利用红外宽窄视场对地面景物热辐射成像，可对图像冻结显示，电子变倍，黑热/白热极性变换。
数字化航拍吊舱的红外热成像仪单元可以采用望远镜头与红外成像部件分离的方案，两者之间接口为平行光，接口关系简单，红外望远单元保证与吊舱头部的光学单元的结合，红外成像组件完成目标光信号扫描、输出视频电信号的功能。
红外探测器采用国内最先进的二代288×4扫描焦平面器件。
机载记录设备：
采用机载密封可移动硬盘，型号为DDRs 400。它可以工作在高空并达到防潮、防尘的目的，具有体积小，功耗低的特点。记录后的数据，可经DDRs 400的高亚音速数据接口，送入DIS，DLT等磁带机进行归档、备份。主要技术参数如下：
性能：
数据率： 400Mb/s
用户数据容量： 160GB
误码率： ≤1x10-12
飞行高度： 50,000英尺
温度： -20o C到50o C
湿度： 10％到90％RH
随机振动： 7grms
冲击： 15g
接口：
数据接口： 8位并行，差分ECC
控制接口： EIA-232，EIA-422
数据翻录接口：以太网
时码： IRIG B
电源： 28VDC MIL-STD 704F
物理尺寸：
大小： 6″H×8″W×11″D
重量： 小于18磅
控制计算机
控制计算机单元主要由控制CPU、随动CPU、总线接口、D/A和I/O接口、旋变解算和电源等部件组成。
图像处理计算机
图像处理计算机主要由对比度控制模块、信号压缩模块、系统控制等组成。
吊舱工作时，与飞机机内安装的惯导系统、大气数据计算机、无线电高度表等航电火控系统设备通过429总线交联，为红外及可见光图像提供地图和时间标定。
对飞机机上记录图像数据采用无损压缩方式，对传输图像采取基于小波变换的图像压缩。硬件由DSP芯片+专用芯片实现。
温度控制单元
温度控制单元的功能是消除外挂舱体的蒙皮气动加热与内部功耗发热问题，在低温时具有电加热功能。
航拍吊舱舱内环境温度控制系统通过采用三轮式装置，可突破低速飞行的工作禁区，舱内环境温度控制系统布局解决了前后舱的制冷量合理分配问题，保证航拍吊舱内部工作温度在正常范围内。
数传电台
选用VTX 5537WT发射机和相应的VTR 5585WT接收机。该设备工作在S波段，发射机功率为5W，可以传输从2.1GHz到2.7GHz宽频带范围内信号，比特率最高为20Mbps。
主要特点：
1.同步输出频率；2.宽调制响应；
3.高载波偏差； 4.功率为5W。
RF特点：
| 类型 | 直接频率PLL综合的FM激励器 |
| 频率范围 | S波段：2100-2700MHz(200MHz分波段) |
| 频率稳定性 | ±0.0025％ |
| 频率控制 | 通过编程插头控制频率(250KHz步长) |
| 输出功率 | 5W |
| 可容纳载入VSWR | 无限任何相位(绝缘保护) |
| 载波峰值偏差 | 最大5MHz |
| 伪频率抑制 | -25dB对应的-[55+10log Po(W)] |
| 附带FM偏差 | 5KHz RMS |
调制特点：
| 频率响应 | 3bBpp： |
| 偏移灵敏度 | 峰值8MHz 1Vpp±10％ |
| 输入阻抗 | 75Ω或50Ω |
结构特点：
电压：24-32VDC
环境条件：
| 操作温度 | -40℃-+85℃ |
| 存放温度 | -55℃-+100℃ |
| 振动正弦 | 20g，20-2000Hz，3维 |
| 振动随机性 | 0.45g^2/Hz，20-2000Hz，3维 |
| 静态加速度 | 100g，3维 |
| 冲击 | 100g，11ms，3维 |
| 低压力 | 最大25000m |
| FMI | MIL-STD-461，462，463A |
挂载飞行包线
最大速度： 320米/秒；
最大高度： 15千米；
过载： -3～7g。
航拍使用包线
最大速度： 320米/秒；
最大高度： 15千米；
过载： -3～5.5g。
主要技术性能
使用可见光相机，由驾驶员在机上操作，大大提高了系统使用的灵活性。通过选装可同时配备红外、可见光两种相机，驾驶员可在机上进行转换操作。
作用距离(识别150吨级小型快艇以上目标时)：
可见光：50-60公里(能见度20公里时)
红外：10-30公里(选装)
工作波长：
红外：8～12微米 可见光：0.4～0.9微米
工作现场：
红外：4.3°×5.8°
可见光：相机俯仰角：±5°、±10°、±15°、±20°
视场角：20°
速高比范围：≤0.06
数传电台：
工作频率：2.1GHz～2.7GHz
比特率最高为20Mbps。
系统连续拍照并记录时间：3小时。
悬挂接口：航拍吊舱通过标准接口与载机实现交联。
机械接口：
符合本行业的机载悬挂物和悬挂装置结合部位的通用设计准则，具有良好的通用性。
挂距：
355.6mm，兼容762mm挂距，以适应不同载机需要。
电气接口：
符合本行业的飞机/悬挂物电气连接系统要求。
可靠性
平均故障间隔时间(MTBF)不小于300小时。
维修性
采用三级维修体制，外场平均修复时间(MTTR)不大于30分钟。
具有上电自检测、启动自检测、周期自检测、维护自检测四种工作方式。
通过机内自检测和二级检测设备，应能完成对单个外场可更换单元进行故障检测和隔离。
环境条件
工作温度：-45℃～+50℃；
电磁兼容性满足本行业的电磁发射和敏感度要求。
在其它环境适应方面，满足本行业的相关要求。
外形尺寸
直径：≤710毫米；长度：≤5680毫米；重量：≤350千克。
供电要求
品质要求：符合本行业的飞机供电特性及对用电设备的要求。
<地面处理设备>
图4表示按照本实用新型的地面处理设备200的系统构造。如图4所示，按照本实用新型的地面处理设备200包括：无线传输网络201、有线传输网络202、数据处理单元203和显示终端204。此外，按照本实用新型的地面处理设备200还可以根据需要包括广播分发单元，例如，屏幕终端、数据终端以及其它任何经过授权的平台(车辆、飞机、船艇)信息终端进行广播分发。
下面将逐一介绍按照本实用新型的地面处理设备200的各个组成部分。
数据处理单元
数据处理单元203是依托计算机技术，融合多年的航空图像处理实践经验与最终用户的具体要求，而搭建的计算机信息处理中心，将吊舱获取的海量图像信息进行实时处理，并根据需要进行标注、精读、比对、储存等。
有线、无线传输网络及终端显示单元
有线传输网络包括通信光缆，原则上不受距离的限制。无线传输网络包括数传电台和微波传输链路，其中数传电台的传输距离≥200千米，允许接力。显示终端204包括中心单元和经最终用户授权的其它用户终端，也可以向特定的其他用户终端群进行广播式的分发。
前面介绍本实用新型的实施方式仅仅是举例说明，并不构成对本实用新型的限定。本实用新型的范围是由权利要求定义的，本实用新型的范围应当涵盖本实用新型实施方式中的技术方案在细节和形式上的任何修改和改变。
Claims (10)
1、一种模块化远程数字航拍吊舱及数据处理系统，所述航拍吊舱包括具有符合空中飞行要求的形状的高亚音速舱体，该高亚音速舱体适合于吊挂在飞行器上，并且该高亚音速舱体上设置有透明窗口，其特征在于，所述系统包括：
设置于高亚音速舱体内的光学单元模块、图像处理计算机模块、数传电台模块、机载记录设备模块，和舱内环境温度控制系统模块；其中，所述高亚音速舱体内设置的各个模块是物理上相互独立的模块，各个模块之间由电缆和航空快速插头连接；以及
设置于地面的地面处理设备，所述地面处理设备包括：无线传输网络、有线传输网络、数据处理单元和显示终端。
2、按照权利要求1所述的模块化远程数字航拍吊舱及数据处理系统，其特征在于，所述系统还包括：设置在高亚音速舱体内的红外热成像仪单元模块；和高亚音速舱体上设置的红外探测窗口。
3、按照权利要求1所述的模块化远程数字航拍吊舱及数据处理系统，其特征在于，所述高亚音速舱体包括头部、中段和尾部三个舱段；舱内环境温度控制系统模块安装在高亚音速舱体的头部中；光学单元模块安装在高亚音速舱体的中段内；图像处理计算机模块、数传电台模块和机载记录设备模块安装在高亚音速舱体的尾部内；所述透明窗口设置在高亚音速舱体的中段上。
4、按照权利要求2所述的模块化远程数字航拍吊舱及数据处理系统，其特征在于，所述高亚音速舱体包括头部、中段和尾部三个舱段；舱内环境温度控制系统模块和红外热成像仪单元模块安装在高亚音速舱体的头部中；光学单元模块安装在高亚音速舱体的中段内，图像处理计算机模块、数传电台模块和机载记录设备模块安装在高亚音速舱体的尾部内；所述透明窗口设置在高亚音速舱体的中段上；所述红外探测窗口设置在高亚音速舱体的头部上。
5、按照权利要求1所述的模块化远程数字航拍吊舱及数据处理系统，其特征在于，所述光学单元模块为长焦距CCD相机，该相机对目标可见光进行汇聚、放大及成像。
6、按照权利要求1、3或4所述的模块化远程数字航拍吊舱及数据处理系统，其特征在于，所述图像处理计算机模块包括对比度控制模块、信号压缩模块及系统控制模块。
7、按照权利要求1所述的模块化远程数字航拍吊舱及数据处理系统，其特征在于，所述数传电台模块包括工作在S波段的发射机和相应的接收机。
8、按照权利要求1所述的模块化远程数字航拍吊舱及数据处理系统，其特征在于，所述机载记录设备模块为机载密封可移动硬盘。
9、按照权利要求1所述的模块化远程数字航拍吊舱及数据处理系统，其特征在于，在高亚音速舱体的尾部还设置有刀形天线。
10、按照权利要求1所述的模块化远程数字航拍吊舱及数据处理系统，其特征在于，所述地面处理设备还包括广播分发单元。
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Cited By (12)
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