专利名称：机场跑道外来入侵物扫描监控像机俯仰角自动调节机构的制作方法
技术领域：
本实用新型属于民用航空技术领域，特别是涉及一种机场跑道外来入侵物扫描监控像机俯仰角自动调节机构。
背景技术：
机场跑道外来入侵物会严重影响飞机的起降安全，并可能引起航空事故或空难，因此需要对机场跑道外来入侵物进行监测。目前采用的机场跑道外来入侵物人工巡检方式存在需要人员众多、存在漏检，以及大型枢纽机场飞机起降密度大，因此不能提供足够的时间供人工检查等缺陷。为此，在国内首次提出并研制出机场跑道外来入侵物视觉自动检测系统，以此来实现机场跑道外来入侵物的实时自动监测及定位，该系统包含8套分布在3600米长跑道范围内的扫描监测像机，通过每套像机扫描50米宽600米长的跑道区域，实现部分重叠的全跑道无遗漏实时监测。在每套像机水平旋转扫描过程中，像机的扫描轨迹是一个以转动中心为圆心，以主光轴到跑道中心线初始距离在地面垂直投影为半径的一个 圆，所以像机的扫描范围是这个圆与跑道区域相交得到的一个圆弧，这样像机的视场范围不能完全落在跑道上，所以为使像机水平转动时视场的近端和远端正好落在跑道的两条边上，必须保证像机的主光轴始终落在跑道的中心线上，这就需要使像机在水平旋转扫描的同时垂直俯仰角也要相应改变。但是现有的可360°旋转的云台存在的问题是操作复杂，使用成本高，因此不适合大规模推广。
发明内容为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供的一种能够使像机方便准确地对期望区域进行扫描监测的机场跑道外来入侵物扫描监控像机俯仰角自动调节机构。为了达到上述目的，本实用新型提供的机场跑道外来入侵物扫描监控像机俯仰角自动调节机构包括支撑杆、控制部、电控旋转台、扫描监测像机支撑架、运动轨迹导轨和滑轮机构；其中支撑杆垂直设置，下端固定在地面上，上端与电控旋转台相连接；控制部安装在支撑杆上，其由嵌入式计算机和电机驱动控制器组成；电控旋转台的上端与扫描监测像机支撑架连接，内部安装有控制电机和相应的传动机构，用于在控制部的控制下推动扫描监测像机支撑架进行旋转，并且控制部上的嵌入式计算机通过电机驱动控制器与电控旋转台内部的控制电机相连接；扫描监测像机支撑架的上端与扫描监测像机的中部下端相连接；运动轨迹导轨由导轨底座和轨道面组成，其中导轨底座为圆盘形状，中心部位形成有一个用于贯穿支撑杆的连接孔，边缘沿垂直方向向上延伸而形成轨道面，并且轨道面的上端面呈曲线状；滑轮机构由连杆、滑轮支架和滑轮组成，其中连杆的上端与扫描监测像机的前端下部相连接，下端与滑轮支架的上端相连接；滑轮安装在滑轮支架的下端，轮面与轨道面的上端面相接触，并且能够沿轨道面的上端面滚动，用于调整扫描监测像机的俯仰角。所述的轨道面上端面上面对机场跑道一侧的高度低于与其相对的另一侧高度。[0007]所述的支撑杆固定在距跑道400米处，其高度为8米。所述的控制电机为步进电机。本实用新型提供的机场跑道外来入侵物扫描监控像机俯仰角自动调节机构具有如下有益效果针对扫描监测像机在电控旋转台的控制下水平旋转时视场范围会超出跑道边界的问题，利用电控旋转台下方的运动轨迹导轨和滑轮机构，保证扫描监测像机在水平旋转的同时垂直方向俯仰角也相应地改变，以使其主光轴能够始终落在跑道中心线上，实现了跑道的无遗漏实时监测，从而解决了扫描监测像机扫描时视场范围越界问题。该装置结构简单，便于操作和维护。
图I为本实用新型提供的机场跑道外来入侵物扫描监控像机俯仰角自动调节机构组成示意图。·[0011]图2为本实用新型提供的机场跑道外来入侵物扫描监控像机俯仰角自动调节机构中运动轨迹导轨结构示意图。图3为本实用新型提供的机场跑道外来入侵物扫描监控像机俯仰角自动调节机构中滑轮机构结构示意图。图4为采用本实用新型提供的机场跑道外来入侵物扫描监控像机俯仰角自动调节机构的扫描监测像机俯仰角与水平旋转角变化关系示意图。图中1为支撑杆；2为控制部；3为电控旋转台；4为扫描监测像机支撑架；5为扫描监测像机；6为机场跑道；7机场跑道外来入侵物；8为像机水平旋转时扫描区域；9为水平旋转和垂直俯仰时的扫描区域；10为跑道中心线；11为运动轨迹导轨；12为滑轮机构，13为导轨底座；14为连接孔；15为轨道面，16为连杆，17为滑轮，18为滑轮支架。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型提供的机场跑道外来入侵物扫描监控像机俯仰角自动调节机构进行详细说明。如图I-图3所示，本实用新型提供的机场跑道外来入侵物扫描监控像机俯仰角自动调节机构包括支撑杆I、控制部2、电控旋转台3、扫描监测像机支撑架4、运动轨迹导轨11和滑轮机构12 ;其中支撑杆I垂直设置，下端固定在地面上，上端与电控旋转台3相连接；控制部2安装在支撑杆I上，其由嵌入式计算机和电机驱动控制器组成；电控旋转台3的上端与扫描监测像机支撑架4连接，内部安装有控制电机和相应的传动机构，用于在控制部2的控制下推动扫描监测像机支撑架4进行旋转，并且控制部2上的嵌入式计算机通过电机驱动控制器与电控旋转台3内部的控制电机相连接；扫描监测像机支撑架4的上端与扫描监测像机5的中部下端相连接；运动轨迹导轨11由导轨底座13和轨道面15组成，其中导轨底座13为圆盘形状，中心部位形成有一个用于贯穿支撑杆I的连接孔14，边缘沿垂直方向向上延伸而形成轨道面15，并且轨道面15的上端面呈曲线状；滑轮机构12由连杆16、滑轮支架18和滑轮17组成，其中连杆16的上端与扫描监测像机5的前端下部相连接，下端与滑轮支架18的上端相连接；滑轮17安装在滑轮支架18的下端，轮面与轨道面15的上端面相接触，并且能够沿轨道面15的上端面滚动，用于调整扫描监测像机5的俯仰角。所述的轨道面15上端面上面对机场跑道6 —侧的高度低于与其相对的另一侧高度。所述的支撑杆I固定在距跑道400米处，其高度为8米。所述的控制电机为步进电机。本实用新型提供的机场跑道外来入侵物扫描监控像机俯仰角自动调节机构在工作时，控制部2内部的嵌入式计算机通过电机驱动控制器控制电控旋转台3内部的控制电机按照定间隔旋转，从而带动电控旋转台3旋转，固定在电控旋转台3之上的扫描监测像机5也将随电控旋转台3 —同旋转，在此过程中，通过滑轮支架18及连杆16与扫描监测像机5相连的滑轮17将在轨道面15上端面上滚动，并通过连杆16使扫描监测像机5的前端镜 头俯仰角发生变化，由此对50米宽600米长的跑道区域进行扫描，扫描区域如图I中标号9所示。如图4所示，本实用新型提供的机场跑道外来入侵物扫描监控像机俯仰角自动调节机构是以扫描监测像机5与连杆16的连接点在地面上的投影作为参考点0，扫描监测像机5的扫描轨迹在水平方向上为一圆弧，垂直方向沿此圆弧越向两边运动仰角越大，所以实际运动轨迹可描述为左右对称，中间低，两边逐渐升高的一条圆弧曲线。根据每套扫描监测像机5的扫描范围，结合步进电机控制电控旋转台3定间隔旋转角度，计算出扫描监测像机5垂直俯仰角随水平旋转角的变化关系，进而确定出扫描监测像机5的空间运动轨迹，按此轨迹确定运动轨迹导轨11的结构，并将滑轮机构12上的滑轮17安装在运动轨迹导轨11上，通过滑轮机构12上的连杆16带动滑轮17在运动轨迹导轨11上滑动，使扫描监测像机5的镜头水平旋转的同时其俯仰角相应改变，从而实现跑道的无遗漏实时监测。所述的运动轨迹导轨11上轨道面15曲线状上端面的设计原理如下扫描监测像机5的实际运动轨迹可分为水平方向和垂直方向，水平方向为一圆弧，其圆心为扫描监测像机5与连杆16的连接点在地面上的投影，并以此投影作为参考点0，半径为此投影点到跑道6中心线的垂直距离，垂直方向即Z坐标随着圆弧向两边延伸而逐渐升高。记上述参考点O的空间坐标为(X，y, z)，运动轨迹可表示为x2+y2 = r2, z = Z0+ Δ z(I)其中，!■为参考点O到跑道6中心线的垂直距离，Ztl为扫描监测像机5初始z坐标，Δz为每次扫描监测像机5水平转过Λ α角后的垂直方向变化距离。由图4可以得到俯仰角Λ β和垂直方向变化距离Λ ζ与水平旋转角Λ α之间的关系Δ β = arctan (r/cos ( Δ α ) h) -arctan (r/h)(2)Δ ζ = r (1-cos Δα)(3)按此关系设计出运动轨迹导轨11的轨道面15形状，即可实现扫描监测像机5的俯仰自动调节，从而保证机场跑道6的实时无遗漏监测。
权利要求1.一种机场跑道外来入侵物扫描监控像机俯仰角自动调节机构，其特征在于所述的机场跑道外来入侵物扫描监控像机俯仰角自动调节机构包括支撑杆(I)、控制部(2)、电控旋转台(3)、扫描监测像机支撑架(4)、运动轨迹导轨(11)和滑轮机构(12);其中支撑杆⑴垂直设置，下端固定在地面上，上端与电控旋转台⑶相连接；控制部⑵安装在支撑杆(I)上，其由嵌入式计算机和电机驱动控制器组成；电控旋转台(3)的上端与扫描监测像机支撑架(4)连接，内部安装有控制电机和相应的传动机构，用于在控制部(2)的控制下推动扫描监测像机支撑架(4)进行旋转，并且控制部(2)上的嵌入式计算机通过电机驱动控制器与电控旋转台(3)内部的控制电机相连接；扫描监测像机支撑架(4)的上端与扫描监测像机(5)的中部下端相连接；运动轨迹导轨(11)由导轨底座(13)和轨道面(15)组成，其中导轨底座(13)为圆盘形状，中心部位形成有一个用于贯穿支撑杆(I)的连接孔(14)，边缘沿垂直方向向上延伸而形成轨道面(15)，并且轨道面(15)的上端面呈曲线状；滑轮机构(12)由连杆(16)、滑轮支架(18)和滑轮(17)组成，其中连杆(16)的上端与扫描监测像机(5)的前端下部相连接，下端与滑轮支架(18)的上端相连接；滑轮(17)安装在滑轮支架(18)的下端，轮面与轨道面(15)的上端面相接触，并且能够沿轨道面(15)的上端面滚动，用于调整扫描监测像机(5)的俯仰角。
2.根据权利要求I所述的机场跑道外来入侵物扫描监控像机俯仰角自动调节机构，其特征在于所述的轨道面(15)上端面上面对机场跑道(6) —侧的高度低于与其相对的另一侧高度。
3.根据权利要求I所述的机场跑道外来入侵物扫描监控像机俯仰角自动调节机构，其特征在于所述的支撑杆(I)固定在距跑道400米处，其高度为8米。
3、根据权利要求I所述的机场跑道外来入侵物扫描监控像机俯仰角自动调节机构，其特征在于所述的控制电机为步进电机。
专利摘要一种机场跑道外来入侵物扫描监控像机俯仰角自动调节机构。其包括支撑杆、控制部、电控旋转台、扫描监测像机支撑架、运动轨迹导轨和滑轮机构。本实用新型提供的机场跑道外来入侵物扫描监控像机俯仰角自动调节机构具有如下有益效果针对扫描监测像机在电控旋转台的控制下水平旋转时视场范围会超出跑道边界的问题，利用电控旋转台下方的运动轨迹导轨和滑轮机构，保证扫描监测像机在水平旋转的同时垂直方向俯仰角也相应地改变，以使其主光轴能够始终落在跑道中心线上，实现了跑道的无遗漏实时监测，从而解决了扫描监测像机扫描时视场范围越界问题。该装置结构简单，便于操作和维护。
文档编号G05D3/12GK202711073SQ201220257868
公开日2013年1月30日 申请日期2012年6月4日 优先权日2012年6月4日
发明者于之靖, 张东海 申请人:中国民航大学