用于航空器的照明系统的制作方法

本发明涉及照明系统技术领域，尤其涉及用于航空器的机载照明系统。

背景技术：

当前，航空器上的机载跑道照明系统包括与“滑行”、“跑道转弯”、“起飞”和“着陆”中的飞行阶段全部或部分相关的前灯。

这些前灯是分开的并固定在航空器上的不同位置，尤其是固定在起落架腿上，通常是前起落架的起落架腿上，对于某些可伸缩前灯，还固定在机翼上、冲击边缘上、机身上机翼的翼根处、机腹整流罩或机翼下方。

在夜间，在各个飞行阶段内，这些各种各样的前灯相继或同时使用，以允许飞行员识别航空器必须飞行的空间。

因此，每个飞行阶段与一个或多个照明光束相关，这些照明光束的强度分布和瞄准方向不同，并适应于飞行员的可见度需求。图1示意性示出了各种照明光束的可能布置、以及相关前灯中的一部分前灯。应当注意的是，上述表示处于航空器所在的平面内，因此未显示瞄准方向相对于该平面的差异。着陆阶段中的照明光束被标记为l。滑行阶段中的照明光束被标记为t，跑道转弯阶段中的照明光束被标记为r，起飞阶段中的照明光束被标记为to。

在进场阶段，图1中标记为l的着陆灯沿着下降路径(直线路径)瞄准，以便照亮飞机将要接触的地面的位置。这是飞行员必须将其注意力集中的位置。

在着陆阶段，在中间的起落架降落之前，飞机的姿态变化并轻微地向上倾斜。飞机的路径改变并变圆，以便与跑道相切。

由于着陆阶段非常短，因此到目前为止，没有光束专门用于此阶段。

就在着陆阶段之后，前起落架与地面接触。然后，起飞灯接管，瞄准方向几乎平行于地面。这些前灯照亮飞机前方的跑道。

用于起飞阶段和着陆阶段的光束以一种类型的光束为特征，在起飞阶段的跑道末端处以及在着陆阶段沿着滑翔道，这种类型的光束的空间光强度分布是完全相同的，且准直到瞄准方向。

在滑行阶段，为了离开或进入跑道，在滑行道上使用滑行灯和跑道转弯灯。该阶段中的照明的特征是光分布水平地广泛分布，以识别飞机周围的障碍物，主要是在驾驶舱前方(由滑行灯识别)和机翼前方(由跑道转弯灯识别)的障碍物。

这些光束必须保持笔直地集中并向下指向地面，以便使穿过这两类光束的地面工作人员的目眩最小化。

这些照明系统具有显著的缺点。首先，前灯是固定的，并因此在着陆阶段和起飞阶段不能跟随航空器的迎角而变化，尤其是当盛行风在方向或强度上变化时。由于航空器的姿态发生显著变化，因此，基于所需的瞄准精度，由此获取到的跑道上的照明在效率和方向性上可能变化很大。

使用大量的分开的前灯还具有显著的尺寸和重量的缺点，而尺寸和重量都是航空领域的关键参数。

此外，考虑到所需的性能特性，确保符合要求的照明所需的电力消耗和位置数量对安装和电力供应造成了严重限制。

此外，由于光束因湿空气中的水汽而产生的后向散射降低了被观察区域的对比度，所以同时开启着陆光束和起飞光束会降低飞行员的视觉感知。实际上，航空领域中使用的反射前灯由反射镜仅反射所产生的光的大约一半以形成光束。光源产生的其余光线没有发生任何反射，并以非常宽的立体角直接从飞机中射出。该会损失的光中的一部分在飞行员和用于照明场景的光束之间穿过。当天气干燥时，该会损失的光的光束不能照亮飞行员视野内的、悬浮在空气中的颗粒。但是，在有雾时，飞行员视野中悬浮的颗粒被照明，产生浓度或多或少的、反向散射光的迷雾。这种反向散射降低了对比度，并可使飞行员目眩，尤其是在雾浓厚时。

因此，需要一种用于航空器的照明系统，该照明系统包括相对于现有系统而言有限数量的前灯，同时提供至少同样的照明。

技术实现要素：

本发明的一个目的是一种用于航空器的照明系统，该照明系统包括至少一个光学采集装置、至少一个远程前灯、闭环控制装置和用于控制光源的装置，每个远程前灯包括至少一个光源，该用于控制光源的装置根据从光学采集装置和从航空器的数据网络中接收的数据控制光源，使得所述照明系统产生至少一个用于关于航空器的飞行和滑行阶段自适应照明的光束，以便照明航空器周围空间的至少一个预定区域。

远程前灯可设计成照明航空器跑道至少300m的距离。

远程前灯可包括高速扫描装置，该高速扫描装置配备有至少两个旋转反射面，所述至少两个旋转反射面的旋转轴是正交的且以这样的方式设置，即光源出口处的光束相继在所述至少两个旋转反射面中的一个上反射然后再在所述至少两个旋转反射面的另一个上反射。

远程前灯可包括至少一个具有可变焦点的共轴光学系统或至少一个具有固定焦点的共轴光学系统，光源以及使光源移动的装置位于上述共轴光学系统的焦平面上，使得光束的方向可相对于所述共轴光学系统的轴倾斜和/或垂直于焦平面移动，可使光束的口径增大。

远程前灯可包括棱镜条纹的玻璃，该玻璃设置在共轴光学系统的出口处，允许产生至少一个照明光束。

远程前灯可包括具有至少两个发光体的组件，所述至少两个发光体中的每个设计成吸收所述光源发出的光，并重新发出白光。

光源可以是激光类型的光源，或者是通过激光类型的红色单色光光源、激光类型的绿色单色光光源及激光类型的蓝色单色光光源的组合获得的激光类型的光源。

本发明的另一个目的是用于控制照明系统的方法，该方法包括以下步骤：

利用至少一个光学采集装置采集航空器前方场景的图像，

对所采集的场景的图像执行形状识别，以区分存在的各种对象，特别是跑道、地面信号灯及任何潜在的障碍物，

从航空器的数据网络中获取飞行信息，

根据所获取的信息和预定模型确定正在进行的飞行阶段，

根据所确定的飞行阶段和所识别的在航空器前方的对象，确定至少一个待开启的照明光束及所述照明光束的方向和分布，

对于闭环控制装置，确定适合光源方向的设定值，且在适用的情况下，对于根据待照射的照明光束以及该照明光束的方向和分布使至少一个光源移动的装置，确定适合光源方向的设定值。

飞行信息可包括速度、高度、姿态角、推力、反推力状态、机轮与地面的接触、冲击边缘位置和襟翼位置中的至少一个值。

为了确定至少一个待开启的照明光束以及所述照明光束的方向和分布，对于每个待开启的照明光束，根据待照明区域的预定坐标值和范围，可确定所述光束的高度角、水平角和瞄准方向，使得光束照明航空器的周围空间的预定区域，然后，根据至少包括跑道和航空器的各自位置的飞行数据可校正所确定的值。

该照明系统提供了作为多功能和灵活系统的优点，得益于激光技术的使用，该系统在超出传统着陆功能之外的很长范围区域直至着陆到邻近的航空器滑行区域，在范围和方向上是可配置的。

借助于光学采集装置的使用和允许对待照明区域进行监测和分析的控制方法的使用，该系统还提供了闭环控制的优点和光束在竖直和水平方向上自适应的优点。

通过因使用准直激光束而减少目眩影响和杂散光源，以及通过减少产生航空器的各种光束所需的设备数量，该照明系统相对于现有系统也是有优势的。

最后，本发明通过整合到发光二极管(light-emittingdiode，led)、高压气体放电灯(highintensitydischarge，hid)或卤素灯类的照明系统中，可用于传统照明的补充。在该配置中，本发明的瞄准方向关于来自集成光学采集装置的图像处理而被闭环控制。如果闭环控制是不可操作的，则将照明激光束的瞄准方向以默认瞄准方向适当地预定。

附图说明

通过阅读下面的描述，本发明的其他目的、特征和优点将变得易懂，所述描述仅以非限制性示例的方式提供且参考附图给出，在附图中：

图1示出了根据现有技术一实施例的航空器上的各种光束的布置；

图2示出了根据本发明一实施例的照明系统产生的各种照明光束；

图3示出了根据本发明的照明系统的第一实施例；

图4示出了根据本发明的照明系统的第二实施例；

图5示出了根据本发明的照明系统的第三实施例；和

图6示出了根据本发明的用于控制照明系统的方法的各个步骤。

具体实施方式

根据本发明的照明系统1允许与航空器的各个飞行阶段相关的所有前灯由至少一个远程前灯代替，关于前述的各个飞行阶段，该至少一个远程前灯在瞄准方向(定向)和光强度分布(范围)上是闭环控制的。航空器例如为飞机或其他飞行装置。图2示出了根据本发明的照明系统1产生的各种照明光束。应当注意的是，此处，起飞光束和着陆光束结合在一起并标记为l/to。

照明系统1不仅允许减少所需设备的数量，而且还允许优化性能特性，以便根据每个飞行阶段及待增加的进场和着陆光束的照明范围，提高飞行员可见的航空器周围的场景的元素(element)。

照明系统1被设计成为滑行、跑道转弯、起飞和着陆中的每个飞行阶段产生至少一个照明光束。替代地，照明系统1被设计成产生这些照明光束中的全部或部分光束。

照明系统1包括：光学采集装置2，包含光源3a、3b的至少一个远程前灯12a、12b、13a、13b、14a、14b，闭环控制装置4，和用于控制光源3a、3b与闭环控制装置4的装置5，以及在适用的情况下，照明系统1还包括使至少一个光源3a、3b移动的装置。

对光源3a、3b的控制应理解为意指照明持续时间、对高速扫描装置的控制、及其同步性。

包括在照明系统1中的所有元件尽可能彼此靠近地布置，以避免介绍中描述的缺点。

控制装置5和闭环控制装置4允许根据飞行阶段(进场、着陆、滑行和起飞)修改至少一个光束6a、6b的范围和方向，这样，产生的光束至少对应于根据现有技术的航空器配备的照明系统产生的光束。

现将描述本发明的、与图2中示出的光束的产生相关联的各实施例。这些实施例涉及两个远程前灯，每个远程前灯设置在航空器的一个机翼上，尤其靠近机翼的翼根。然而，可以清楚地看出，在不偏离本发明的范围以及不与任何创造性对应的情况下，可修改远程前灯的数量和位置。尤其，当安装在航空器的机腹整流罩上时，可仅使用一个远程前灯。

在图3示出的第一实施例中，照明系统1包括两个远程前灯12a、12b，这两个远程前灯中的每个包括高速扫描装置7a或7b，该高速扫描装置配备有至少两个旋转反射面，所述至少两个旋转反射面的旋转轴是正交的。所述至少两个反射面的每个组件以这样的方式设置，即相应光源3a、3b出口处的光束相继在所述至少两个旋转反射面7a、7b中的一个反射面上反射然后在所述至少两个旋转反射面7a、7b中的另一个反射面上反射。每个反射面直接连接至电机的轴，使得电机的轴被包含在反射面所在的平面内。

根据反射面的位置、反射面的角速度和光源的照明持续时间，可以照明一个点、一条直线或一条曲线。也可以通过并置一组直线来照明一个表面，该组直线足够接近使得观察者看不到该组直线之间的间隙。结合短于视网膜持续时间的扫描速度，由此可以形成由单个点绘出的复杂图形。

在一具体实施例中，光源3a、3c为激光类型的光源。

激光类型的光源提供了能够产生比其他光源(发光二极管(light-emittingdiode，led)、白炽灯或气体放电灯)更高亮度的优势。因此，发出的光强度可被准直和引导成极细的光束和极窄的立体角，这允许增加光束的范围。

激光类型的光源也不会发出任何会损失的光。由于激光光斑的扫描保持在有用光束的立体角内，因此不存在会损失的光。这不会产生任何的、有用光束之外的杂散后向散射。这种情况改善了照明场景的对比度，并避免了在存在粒子或雾的情况下对飞行员的目眩影响。

在另一具体实施例中，通过组合激光类型的三种单色光(红色、绿色和蓝色)光源获得光源3a、3b。由此获得的光源提供了激光光源特性的优点，同时产生了来自红色、绿色和蓝色光源的色组合的颜色。因此，可以获得白色或可见光谱中的任何颜色。这种特征允许再现诸如航空标准中规定的照射白光。这种特征结合对图案进行投影的能力还允许将图表或文本投影到地面上。因此，可以投影为地面人员准备的信息，尤其是警告或定位指令(喷气发动机前面的危险区域、飞行员的盲点、对飞机的识别、在乘坐者攻击的情况下与当局的通信，例如sos等)。

根据图4示出的另一实施例，照明系统1的每个远程前灯13a、13b还包括至少一个具有可变焦点的共轴光学系统8a、8b，所述共轴光学系统的焦点被光源3a、3b占据。

共轴光学系统8a、8b配备有使远程光源3a、3b移动的装置，使得光束的方向可以围绕共轴光学系统8a、8b的轴偏移。换句话说，光源3a、3b可在与共轴光学系统8a、8b的轴的方向垂直的平面内移动。当共轴光学系统8a、8b的轴未与光束对准时，共轴光学系统8a、8b出口处的光束的焦点偏离该轴，这样，光束是偏离的。

此外，共轴光学系统8a、8b的焦点的变化允许光束的成形。

共轴光学系统8a、8b还可配备有具有条纹区域和棱镜区域的玻璃9a、9b，从而可以产生最终的照明光束6a、6b。棱镜区域允许使入射光偏离。条纹区域允许使入射光散开。为了使入射光散开和偏离，棱镜区域和条纹区域可以叠加。因此，具有棱镜条纹的玻璃元件允许使照明光束偏离、扩散及产生。

组合使用时，共轴光学系统8a、8b和具有棱镜条纹的玻璃元件9a、9b允许自单个光源产生具有不同定向的多个光束。通过提供玻璃元件9的具有棱镜条纹的若干区域，且这些区域配备有棱镜和条纹的各种组合，可以允许产生不同的光束，每个光束具有不同的偏移和分布。

由于共轴光学系统8a、8b允许上述区域被照明且允许其中心被选择，因此可以选择性地照明玻璃元件9a、9b的具有棱镜条纹的每个区域，以便根据提供至具有棱镜条纹的玻璃元件上的多个光束来选择照射出哪个光束。还可以通过照射玻璃元件9a、9b的具有棱镜条纹的更大区域来产生多个光束。

此外，照明系统1可包括多个共轴光学系统，每个共轴光学系统与至少一个具有棱镜条纹的玻璃元件相关。

在一具体实施例中，光源3a、3c为激光类型的光源。在另一具体实施例中，通过组合激光类型的三种单色光(红色、绿色和蓝色)光源获得光源3a、3b。由此获得的光源允许利用激光源的特性，同时产生来自红色、绿色和蓝色光源的色组合的颜色。因此，可以获得白色或可见光谱中的任何颜色。这种特征允许再现诸如航空标准中规定的白色照明光。这种特征结合对图案进行投影的能力还允许将图表或文本投影到地面上。因此，可以投影为地面人员准备的信息，尤其是警告或定位指令(喷气发动机前面的危险区域、飞行员的盲点、对飞机的识别、在乘坐者攻击的情况下与当局的通信，例如sos等)。

根据图5示出的另一实施例，照明系统1的每个远程前灯14a、14b包括具有至少两个发光体10a或10b的组件。据回顾，发光体是吸收第一波长的光然后重新发出第二波长的光的物质。

发光体10a、10b被放置为使得，每个发光体覆盖一预定方向以出射光束，这样，每个瞄准方向被相应发光体的照明覆盖。

对发光体10a、10b中的一个的照射可通过相应的光源的照射来实现，该光源尤其是处于发光体的吸收频率的激光源。在一具体实施例中，激光类型的光源3a、3b和发光体10a、10b彼此相对固定。光束投射和整形光学系统的闭环控制允许在夜间的各种进场、着陆、滑行和起飞阶段内照明预定的跑道区域。

对发光体10a、10b中的一个的照射也可通过借助与诸如图5中示出的高速扫描装置7a、7b相关的光源3a、3b选择性地扫描发光体来实现。在后一种情况下，可以用单个光源照射多个发光体。

在两种情况下，发光体10a、10b中的每个相当于次级光源并且设置在投影光学系统11a、11b的焦点处。

图6示出了根据本发明的控制方法的各个步骤。

在第一步骤20中，采集航空器前方的场景的图像。随后，执行形状识别以便区分存在的各种对象，尤其是跑道、地面上的信号灯和潜在的障碍物。

在第二步骤21中，从航空器的数据网络中获取飞行信息，以确定正在进行的飞行阶段。该信息尤其包括速度、高度还有姿态角。可考虑其他信息，诸如推力、反推力状态、机轮与地面的接触、冲击边缘的位置和襟翼的位置。根据获取的信息和预定的模型，确定正在进行的飞行阶段。

在第三步骤22中，根据确定的飞行阶段和识别的在航空器前方的对象，确定至少一个待开启的照明光束及上述照明光束的方向和分布。

为了执行该步骤，对于每个待开启的照明光束，通过图像处理算法确定上述光束的高度(vertical)角、水平角和瞄准方向，该瞄准方向来自集成光学采集装置。以这种方式，光束照射航空器前方空间的预定区域。因此，对于每种类型的照明光束，待照明区域的坐标和范围被存储到存储器中。这些值随后根据飞行数据和被识别的对象进行校正。尤其是，根据航空器和跑道的各自位置校正待照明区域的坐标和范围。

一旦确定了每个照明光束的方向和分布，在第四步骤23中，对于闭环控制装置4，确定对应于光源3a、3b方向的设定值，并且在适用的情况下，还对于使所述至少一个光源移动的装置，确定对应于光源3a、3b方向的设定值。

只要航空器处于相关的飞行阶段中的一个飞行阶段，该方法循环执行。