基于激光技术的超高船舶探测系统及其探测方法与流程

1.本发明涉及航空安全领域，尤其是涉及一种基于激光技术的超高船舶探测系统及其探测方法。


背景技术：

2.航空器沿跑道升空时由于其升角有限，对于跑道末端航迹正下方的建筑或其他物体的高度有严格的高度限制，若高度超高，很可能干扰到航空飞行。
3.在航空器场周边存在水运航道的情况下，航道内行驶的超高船舶会影响航空器起降安全。当船舶通航保护区内船舶不高于标高时，船舶和航空器可自由通航，互不影响，否则会触发安全运行机制，需要对航空器采取一定的控制措施，避免航空器与船舶产生冲突，因此需要在航道上下游布置探测装置，提前判断航船有无超高。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种基于激光技术的超高船舶探测系统及其探测方法，解决了在航空器航行路线上存在航船通过时，判断航船是否超高的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于激光技术的超高船舶探测系统，包括设在水道两侧的多个建筑站台，各建筑站台上设有激光发射装置或设有激光接收器或设有激光发射装置和激光接收器，激光由水道一侧的建筑站台上发射至水道另一侧的建筑站台上接收，建筑站台包括第一站台、第二站台和第三站台，第一站台和第二站台设在水道的靠近航空器跑道的一侧，第三站台设在水道的另一侧，第一站台和第二站台分别布置在航空器跑道两侧以使第三站台与第一站台和第二站台的连线倾斜于航空器跑道的长度方向布置。
6.优选的方案中，建筑站台还包括第四站台和第五站台，第四站台和第五站台布置在第三站台两侧，第三站台、第四站台和第五站台位于水道的同一侧。
7.优选的方案中，激光发射装置包括多个激光发射头，多个激光发射头照射在水道对岸建筑站台的光斑形成重叠区，水道对岸建筑站台上的激光接收器布置在重叠区。
8.优选的方案中，激光发射装置包括基准激光发射器和加强激光发射器，基准激光发射器和加强激光发射器中分别设有激光发射头，基准激光发射器包括水平调整装置和激光器连接座，激光发射头通过激光器连接座与水平调整装置连接，加强激光发射器还设有两个转动轴正交布置的角度调整台，两个角度调整台用于调整激光发射头的俯仰和水平角度，加强激光发射器与基准激光发射器在水道对岸的激光接收器上的光斑重叠。
9.优选的方案中，水平调整装置和激光器连接座之间还设有可水平转动的角度调整台，激光器连接座通过角度调整台与水平调整装置连接。
10.优选的方案中，水平调整装置包括基座，基座上设有可转动的球铰，球铰一侧设有水平调整板，球铰一端设有连接杆，连接杆与水平调整板连接，水平调整板设有至少三个可伸缩的顶杆，顶杆一端穿过水平调整板抵靠在基座上。
11.优选的方案中，角度调整台包括底座，底座上设有可转动的转轴，转轴外侧套有蜗轮，底座上还设有可转动的蜗杆，蜗杆与蜗轮啮合，转轴端部设有转台。
12.包括探测方法，s1、将第四站台、第一站台、第三站台、第二站台和第五站台依次连线形成的折线将水道划分成多个安全级别不同的监控区域，第一站台与第三站台连线、第二站台与第三站台连线形成的区域为核心区，核心区两侧为监控缓冲区；s2、开启激光发射装置，激光照射向对岸的激光接收器；s3、当监控缓冲区外边缘的探测激光被触发时，布置在水道一侧的第一成像追踪仪或第二成像追踪仪对监控缓冲区进行实时监控，判断威胁是否成立，若成立则系统对机场发出警戒，若不成立则对机场发出危险解除信号；s4、当核心区边缘的探测激光被触发时，若已经经过缓冲区判断威胁成立时，则向机场发出碰撞警告，若威胁不成立，则第一成像追踪仪或第二成像追踪仪对水道进行二次拍摄确认，并通知人工确认威胁。
13.优选的方案中，还包括激光合束照射方法：s21、将第一站台和第二站台设置为发射站，每个发射站布置至少四个激光发射头，并平均分为两组，第三站台、第四站台和第五站台设置为接收站，第一站台向第四站台和第三站台分别发射激光，第二站台分别向第三站台和第五站台发射激光；s22、组内设有基准发射头，利用水平仪调整基准发射头至水平发射，调整基准发射头的水平转角使其照射到对岸的接收站，调整接收站的激光接收器的位置处于亮斑的中心；s23、调整组内其余的激光发射头的发射角度，使其照射到对岸接收站的多个光斑合成一个亮斑。
14.优选的方案中，组内各激光发射头发射的激光颜色不同，激光合束时，照射到激光接收器上的光斑在重叠区发生颜色变化，当光斑完全变色时，激光合束照射调试完毕。
15.本发明的有益效果为：在航空器跑道尽头的水道上布置斜向的三站台式的激光探测系统，相比于在上下游各建造两个站台的布置方式，节约了站台建设成本；将一站台、第二站台布置于跑道两侧，将处于航迹正下方的第三站台布置于水道对岸，将距离拉远，避免了第三站台本身的高度干扰航空器航行；优选方案中利用处于外侧的第四站台和第五站台提前预警，预留出处理威胁的反应时间；优选方案中，采用多激光合束照射的方式提高远端激光的亮度，避免因光斑扩散导致激光接收器接收不到足够光强的激光。
附图说明
16.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
17.图1是本发明的布置示意图。
18.图2是本发明的俯视布置图。
19.图3是本发明的激光重叠示意图。
20.图4是本发明的激光合束示意图。
21.图5是本发明的激光发射装置示意图。
22.图6是本发明的加强激光发射器示意图。
23.图7是本发明的角度调整台示意图。
24.图8是本发明的角度调整台剖视图。
25.图9是本发明的水平调整装置示意图。
26.图中：建筑站台1；第一站台101；第二站台102；第三站台103；第四站台104；第五站台105；激光发射头2；转轴201；蜗轮202；蜗杆203；转台204；限位扣205；底座206；调节杆207；水平调整板208；顶杆209；球铰210；基座211；激光器连接座212；连接板213；安装架214；激光接收器3；第一成像追踪仪4；第二成像追踪仪5；水道6；航空器跑道7；航船8；航空器航迹9。
具体实施方式
27.如图1-9中，一种基于激光技术的超高船舶探测系统，包括设在水道6两侧的多个建筑站台1，两岸建筑站台1高度一致，并且海拔高度接近对航船8的海拔限高的高度，各建筑站台1上设有激光发射装置或设有激光接收器3或设有激光发射装置和激光接收器3，设有激光发射装置的建筑站台1为发射站，设有激光接收器3的建筑站台1为接收站，也可以采用对射激光探测的方式，同一建筑站台1上既设置激光发射装置又设置激光接收器3；激光由水道6一侧的建筑站台1上发射至水道6另一侧的建筑站台1上接收，建筑站台1包括第一站台101、第二站台102和第三站台103，第一站台101和第二站台102设在水道6的靠近航空器跑道7的一侧，第三站台103设在水道6的另一侧，第一站台101和第二站台102分别布置在航空器跑道7两侧以使第三站台103与第一站台101和第二站台102的连线倾斜于航空器跑道7的长度方向布置，如此使高度较高的第一站台101和第二站台102避开航空器航迹9，处于航空器航迹9正下方第三站台103处于对岸，此时航空器已经飞高，第三站台103高度难以对航空器的威胁。
28.向对岸发射水平激光，航船8自身超高或水面上涨时，航船8经过探测激光时船身挡住激光，激光接收器3接收到的光强骤降，由此判断出航船8海拔高度超限。
29.优选的方案中，建筑站台1还包括第四站台104和第五站台105，第四站台104和第五站台105布置在第三站台103两侧，第三站台103、第四站台104和第五站台105位于水道6的同一侧。
30.各建筑站台1将水道6划分成多个安全级别不同的监控区域，提前预警，便于预留出处理威胁的时间。
31.优选的方案中，激光发射装置包括多个激光发射头2，多个激光发射头2照射在水道6对岸建筑站台1的光斑形成重叠区，水道6对岸建筑站台1上的激光接收器3布置在重叠区。
32.激光的平行性远优于其他光线，因此常用于检测邻域，但是由于水道6宽度大，即使使用激光，在数千米远的对岸依旧扩散成数米直径的光斑，光强降低比较明显，因此对于水道较宽时，采用多数激光同时照射激光接收器3，光斑重叠区亮度提高，有利于提高光强。
33.但是，由于大功率激光发热量较大，为了保证散热，双激光发射头2之间需要存在一定间距，再加上激光自身的扩散，最终的探测光线较粗，对高度的检测并不时太精准。
34.因此，在优选的方案中，激光发射装置包括基准激光发射器和加强激光发射器，基
准激光发射器和加强激光发射器中分别设有激光发射头2，基准激光发射器包括水平调整装置和激光器连接座212，激光发射头2通过激光器连接座212与水平调整装置连接，加强激光发射器还设有两个转动轴正交布置的角度调整台，两个角度调整台用l型的连接板213连接，两个角度调整台用于调整激光发射头2的俯仰和水平角度，加强激光发射器与基准激光发射器在水道6对岸的激光接收器3上的光斑接近完全重叠。
35.首先，调节水平调整装置将基准激光发射器调整至水平，保证近岸和远岸检测高度一致，并使其对准对岸的激光接收器3，然后调整两个转动轴正交布置的角度调整台，使加强激光发射器的光斑照射到相同的位置，即光斑重合，如此，得到的激光光斑直径最小最集中，亮度最强，检测精度高。
36.由于在基准激光发射器调平后，需要调整激光的水平角度使其对准对岸的激光接收器3，若地基不平，水平调整装置每次转动后就要重调激光发射头2水平，调试难度大；若水平角度上先转向接近激光接收器3的角度，再调整水平时由于地面倾斜方向未知，光斑依旧会有所偏移，还是要再次调整水平角度。
37.因此，在优选的方案中，水平调整装置和激光器连接座212之间还设有可水平转动的角度调整台，激光器连接座212通过角度调整台与水平调整装置连接。
38.如此，以水平调整装置为水平基台，角度调整台安装在其上，激光发射头2调整水平转角对准激光接收器3时就不会对自身俯仰角度产生干扰了。
39.优选的方案中，水平调整装置包括基座211，基座211上设有可万向转动的球铰210，球铰210一侧设有水平调整板208，球铰210一端设有连接杆，连接杆与水平调整板208连接，水平调整板208设有至少三个可伸缩的顶杆209，顶杆209一端穿过水平调整板208抵靠在基座211上。
40.连接杆与水平调整板208螺纹连接，水平调整板208为矩形，顶杆209优选为四个，设在水平调整板208四角并与其螺纹连接，根据建筑用水平仪的指导，转动各顶杆209调整水平调整板208四角的高度一致，将水平调整板208调整水平。
41.优选的方案中，角度调整台包括底座206，底座206上设有可转动的转轴201，转轴201外侧套有蜗轮202，底座206上还设有可转动的蜗杆203，蜗杆203与蜗轮202啮合，蜗杆203一端设有带摩擦纹的调节杆207，转轴201端部设有转台204。
42.底座206还设有带内凸缘的限位扣205，转台204设有外凸缘，限位扣205的内凸缘扣住转台204外凸缘上方防止转台204上下窜动。
43.由于激光器发热较大，且需要长时间工作，每组可设置一个基准激光发射器和三个加强激光发射器，并安装在同一个安装架214上，基准激光发射器调试完毕后，三个加强激光发射器的光斑均对准基准激光发射器的光斑，每两个激光发射器同时工作，另外两个休息，如此轮换工作，保证各激光发射器的寿命。
44.探测方法如下，s1、将第四站台104、第一站台101、第三站台103、第二站台102和第五站台105依次连线形成的折线将水道6划分成多个安全级别不同的监控区域，第一站台101与第三站台103连线、第二站台102与第三站台103连线形成的区域为核心区，核心区两侧为监控缓冲区；s2、开启激光发射装置，激光照射向对岸的激光接收器3；
s3、当监控缓冲区外边缘的探测激光被触发时，布置在水道6一侧的第一成像追踪仪4或第二成像追踪仪5对监控缓冲区进行实时监控，判断威胁是否成立，若成立则系统对机场发出警戒，若不成立则对机场发出危险解除信号；s4、当核心区边缘的探测激光被触发时，若已经经过缓冲区判断威胁成立时，则向机场发出碰撞警告，若威胁不成立，如大型飞鸟挡住探测射线，则第一成像追踪仪4或第二成像追踪仪5对水道6进行二次拍摄确认，并通知人工确认威胁是否为真实。
45.优选的方案中，还包括激光合束照射方法：s21、将第一站台101和第二站台102设置为发射站，每个发射站布置至少四个激光发射头2，并平均分为两组，每组至少两个激光发射头2，优选为四个，第三站台103、第四站台104和第五站台105设置为接收站，第一站台101向第四站台104和第三站台103分别发射激光，第二站台102分别向第三站台103和第五站台105发射激光；s22、组内设有基准发射头，利用水平仪调整基准发射头至水平发射，调整基准发射头的水平转角使其照射到对岸的接收站，调整接收站的激光接收器3的位置处于亮斑的中心；s23、调整组内其余的激光发射头2的发射角度，使其照射到对岸接收站的多个光斑合成一个亮斑。
46.优选的方案中，组内各激光发射头2发射的激光颜色不同，激光合束时，照射到激光接收器3上的光斑在重叠区发生颜色变化，如激光发射头一发出红激光，激光发射头一发出绿激光，激光发射头三发出蓝激光，当光斑完全变成白色时，说明三束激光光斑完全重合，激光合束照射调试完毕。
47.上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。