正如本发明的名称所确立的,本发明的目的是一种用于将飞桁端部、加油容器口及加油机本身进行定位的系统,其中飞桁理解为由具有移动飞行控制表面的刚性伸缩管形成的空中加油杆或飞桁，加油飞行器的操作员可以将所述刚性伸缩管延伸和插入到接收燃料的飞行器的容器中。
加油操作涉及三个重要方面：接收器开始接近加油机；将接收器放置在对加油最佳的位置；以及飞桁喷嘴与接收器容器之间接触以便开始供应燃料。在此描述的系统或元件组允许在当前的手动加油之前以半自动和甚至自动方式来很安全地、精准地并且可靠地执行这些接近、定位和接触操作，并且甚至帮助接收器在其被供应燃料时更容易地保持其位置。由于这些装置,接收器中的系统部分能够获得加油机的位置以便其接近,并且加油机内的系统部分能够精确地确定飞桁必须进入的容器的位置和倾角以及飞桁端部的位置和倾角(运行受限于此),以便发展足够的控制规则来实现这种接触。
因此，本发明由于下述事实而值得关注，即其允许母飞机以半自动和甚至自动方式来给接收燃料的飞机进行加油。
由于系统可用装置的共同协作，加油机飞桁手或加油操作员可以精确地确定飞桁必须进入其中的容器的位置和倾角以及相对于所述飞桁端部的位置和倾角以便帮助操作。基于由本发明获得的信息的自动化系统也是完全可行的。
本发明包括用于定位加油机相对于接收器的位置的装置、用于对接收器相对于加油机的位置进行定位的装置-换句话说确定接收器确切的空间位置，另一方面本发明包括用于定位飞桁端部的装置-所述装置能够精确地确定它们本身的位置和相对倾角。所有这些都与公共坐标系相关并且因此如果控制两者的规则(即飞桁和接收燃料的飞机)被适当地设计，并且基于由本发明为其提供的这种用于其最终接近和接触的信息就能够通过自动装置实现接近操作。
依据接收器容器位置的获得方式，本发明给出的系统具有几个明显不同的版本，根据所选的实施型式，每个版本都有不同的优点。在通过战略性地放置在油箱中的一组两个摄像机获得的图像中，每个版本都从位于飞桁端部的某些光点的位置获得飞桁端部-具体地是喷嘴的位置。使用定位接收器位置的装置，使用布置在接收器飞机上的一系列LED、激光器或光发射器以及放置于加油飞行器上的摄像机或者使用TOF(飞行时间)摄像机或具有DOE图案的激光发射器，它们获得接收燃料的飞行器容器口的位置，所述TOF(飞行时间)摄像机或具有DOE图案的激光发射器还与放置在加油机下方(在加油机机身或外表面上的下部-例如飞机底面处机身末端或腹部整流罩的下部区域)的摄像机结合。
如已经指出的那样，本发明的目的是一种用于相对于接收器接近和定位加油机的系统，基于容易配套的所述系统，使接收器能够以半自动或自动方式接近加油机，这导致在飞行中途整个加油进程的自动化。
因此可以认为，本发明被限定在空中加油系统的范围内，并且本发明具体地涉及与待加油飞行器的容器中的飞桁定位系统。
背景技术：
目前以两种不同的方式进行空中加油：用软管和篮或者用飞桁进行加油。在用飞桁执行加油操作时，飞桁的端部或喷嘴(燃油出口喷嘴)必须放置在将要接收燃料的飞机的表面上的容器中。整个该操作目前都是手动进行的并且依赖于操作员或飞桁手的专业知识。
专利US6966525B1是已知的现有技术，其描述了空中加油系统，并且该专利文件中提供了对准系统和方法以便通过第一飞行器来实质上自动地执行空中加油系统相对于由第二飞行器支持的加油容器的定位和操作，以便于第一飞行器与第二飞行器进行加油操作。更具体地说，该专利提供了用于以可延伸喷嘴能够在飞行途中从加油延伸臂延伸至并钩住加油容器以便启动空中加油操作的方式在飞行途中将加油杆与加油容器对准的装置。
现有技术中与本发明相关的另一个专利是专利US6752357，其描述了一种飞行器距离测量系统，该系统使用可延伸加油臂的已知长度、喷嘴的位置分析至少一个摄像机的图像，以便识别飞桁喷嘴与接收燃料的飞行器的加油容器之间的距离。换句话说，该专利的目的是计算飞桁喷嘴与接收燃料的容器之间的距离以便对飞机进行加油。
某些其他系统给出了用于定位接收器位置的装置的细节，但是没有系统使用对飞桁末端定位的装置，并且类似地，没有系统给出用于对容器及飞桁末端定位的两个装置的细节。
所有先前的系统都依赖于操作员或飞桁手的专业知识才能进行操作，因为他们归根结底也是手动操作。
因此，本发明的目的还在于开发一种系统，所述系统能够实现半自动或自动加油，从而不依赖于操作者的专业知识就能将飞桁端部正确地定位在飞机表面上的容器中，因此本发明开发了一种例如下面描述的系统-该系统实质上包含在权利要求1中，实现了半自动甚至自动加油。
技术实现要素：
本发明的定位系统的主要部分包括用于对接收器的位置进行定位的装置，以便确定接收器在空间中定位的位置和方式,并且另一方面，所述定位系统的主要部分包括用于对飞桁端部的位置进行定位的装置-这就允许准确地确定所述飞桁端部相对于公共坐标系的位置和倾角、并且因此允许如果管理两者(即，飞桁和接收器飞行器)的规则被适当地设计并且基于本发明提供的信息而便于其最终接近和接触的话，自动方式能够接近。
这种用于在从配备有飞桁(15)的加油机向接收燃料的飞机在飞行途中加油操作时定位飞桁端部和加油容器端部的基础系统，包括：
用于定位接收器在接收燃料的飞机中的位置的装置，所述装置包括布置在加油机上的至少一个视觉子系统；
用于定位包括光发射器的飞桁末端位置的装置(所述光发射器放置在所述飞桁末端)以及定位布置在加油机上的视觉子系统；
处理装置，在所述处理装置中，允许通过从定位装置获得的图像来精确地确定它们相对于公共坐标系的位置和倾角；
所述用于定位接收器位置的装置包括：
在初始实施方式中，我们将称之为容器装置，所述装置包括布置在接收器飞机上的一系列LED或激光器或者光发射器以及放置在加油飞行器上的摄像机。
在第二实施方式中，它们可以包括TOF照相机，所述TOF摄像机-当放置在加油飞机上时-能够无需在接收燃料的飞机上放置任何装置的情况下就能得知接收器的位置。该TOF摄像机，也称为飞行时间器，由发光元件和矩阵传感器组成，所述矩阵传感器测量光线一旦发出需要多少时间才能返回。这些信息将为我们提供从这种新摄像机到接收器的距离，并且将被纳入视觉子系统中以取代容器装置。我们可以使用飞行时间器摄像机为我们提供的到接收器的距离来获得接收燃料的飞行器表面上的一组点，所述的一组点与识别或比较之前数字化并存储的同一接收器飞机的表面的算法一起将以由容器装置提供的替代方式来提供容器口的位置，从而允许使用指定的TOF摄像机来替代该装置。
在第三实施方式中，用于定位接收器位置的装置包括置于加油机中的激光发射器或照明器，DOE或衍射透镜为所述激光发射器或照明器生成结构性照明(所述结构性照明形成被添加到接收器的表面上的已知光照图案)，并且所述激光发射器或照明器与处理子系统以及两个视觉子系统摄像机中的任一个一起允许通过基本遥测技术获得从两个摄像机中任何一个相机到它们之间的距离。这种关于两种距离的矩阵信息(两种距离之中的任一种都是通过矩阵的点与接收器本身的3D图像模型上的相同点之间的比较进行识别获得的)使得能够获得等同于由容器装置获得的位置的信息并且因此提供了与装置相同的功能，从而使它不变得不需要而可以替换它。
用于定位飞桁末端的装置包括被布置在飞桁末端的光发射器以及被布置在加油机上的摄像机(视觉子系统的摄像机)，其中，所述光发射器可以优选地但不必然为LED、激光发射器或者光纤的端部，所述光纤的端部传导任何上述的光的并且具有附接到它们端部的透镜或漫射器元件。
所述处理装置包括控制电子装置，所述控制电子装置用于打开和关闭所述飞桁装置的光发射器。它们还具有视频信号处理电子装置，以便计算与其他装置的光发射器的距离的信息。它们还具有足够的计算能力，以便分析点云、识别其中的某些图案并且将它们与其他点云进行比较。
所述定位系统旨在产生构成本发明基础的基本信息。该信息包括：
由分配燃料的“喷嘴”代表的飞桁端部的空间位置及其倾角，所述飞桁端部的空间位置及其倾角将通过空间中的点(x，y，z)以及平行于所述喷嘴所在的飞桁的可移除部分的方向的向量(Vx，Vy，Vz)来体现，
容器内的燃料入口(fuel inlet mouth)的空间位置与流入其中的管的倾角，如上所述，所述燃料入口位于接收燃料的飞机的上表面上，容器内的燃料入口的空间位置与流入其中的管的倾角两者均由三个坐标点以及与所提及的管平行的三个分量向量来表示，
对于接近和定位系统来说，第三点信息是加油机相对于接收器的位置以及两者之间的相对倾角，这将用作接触初始阶段的估算工具，
如已经提及的那样，与飞桁端部和燃料入口端口的位置有关的参考数据由一组6个坐标表示，每个坐标都关于与加油机所属的坐标轴，并且为了方便起见，所述轴线的原点将被放置在本发明中用于获得指示位置的两个腔室之一中；因此，原点O将位于所述腔室的传感器的中心，并且其Z轴将垂直于传感器的表面，OX和OY两个轴线平行于所述传感器的平面、上方的正Y和水平轴线以及右侧增长的Xs轴线。
所述信息基于由形成本发明一部分的视觉子系统获得的数据来获得(无论是完整版本还是简短版本)，并且所述视觉子系统主要包括两个摄像机以及将在下面详细描述的其他电子元件。该摄像机子系统捕获由如前所述分别放置在飞桁末端和接收器飞机的容器上的两个装置发射的光。此外，并且如下面将详细描述的，将存储对应于每个装置的信息以便于两者之间的将来和随后的接触。
在本文中随后提及构成本发明简短版本的元件的时候，我们使用“容器装置”、“飞桁点装置”和“视觉子系统”来表示构成本发明的三个简化的定位装置，从而如已经说明的那样，仅在涉及接收器接触接近加油机时使用本发明的完整版本进行处理。
关于飞桁端部和容器口的位置，在简化的发明中包括三个元件：容器装置、飞桁装置以及由一套至少两个摄像机形成的视觉子系统，其中所述摄像机和所述飞桁装置彼此电连接并放置在加油机中，而与位于接收器表面上的容器装置的通信基于经由发射的光和接收传感器进行的通信。这种通信是双向的，换句话说，它可以沿着两个方向上传输：接收燃料的飞机通过有源元件发射光并通过飞行加油器的摄像机接收光。同时加油机也通过被放置在飞桁中的有源发光元件发射光并且通过图像传感器接收光，而所述图像传感器不一定是飞机燃料接收器中的矩阵变换电路。最后一种通信几乎完全发生在燃料发生理论转移并且两者之间的情形和相对距离最佳时两个飞机之间接触之时。
下面将更详细地描述这些基本元件或部分：
容器装置在优选实施方式中，在接收器飞机上发现的容器装置包括高抗冲击性的半中空钢带，所述钢带包括也具有高强度的材料(例如石墨烯、氧化铝或类似物)的至少四个透明区域，在所述至少四个透明区域内嵌设了至少三个提供光的元件和第四元件，所述第四元件包括接收并检测来自其他装置的光的传感器。可选地，该装置中可能会嵌设两个缩小尺寸的摄像机。这将允许由类似于现在描述的一个装置的另一个装置发射的光被“看到”，其中该装置被放置在加油机上，并且因此确定其相对于该接收器的相对位置。该装置将通过胶合、拧紧、铆接或类似的工序固定在接收燃料的飞机上。
该装置放置在接收燃料的飞机的容器上。它的盒包括防震框架，所述防震框架可由钢、钛、聚四氟乙烯、芳族聚酰胺纤维或者其他具有广泛的工作温度的高强度材料制成。在该框架中，嵌设了上面讨论过的光发射器和传感器。这些发射器必须能够发出足够强度的光线以便加油机的摄像机能够在日光下“看到”它们，并且将发出摄像机需要的位置信息以便用它们的光线准确地定位它们。每个摄像机都将“看到”每个发射器位于其图像传感器的像素矩阵将提供的位置范围内的位置(x，y)内。这对(x，y)对应于放置在空间中的一条线，并且关于由摄像机本身限定的某些坐标轴。两个摄像机的使用和模式改变使我们能够通过几何图形来确定两条线的交点，并且因此通过两个摄像机看到的光线来确定相对于固定到摄像机上的坐标轴的位置。如下面将要详细描述的，这些光源将包括LED或激光发射器，所述LED或激光发射器在打开时将通过二进制和冗余代码发送控制信息和其他信息-例如适当地压缩和数字化的语音信号。假如发送的信息不是控制信息，那么当容器位置或数字化信息本身的信息正在发送时，通过一组具有特定节奏模式的连续脉冲来简单地处理信息的发送。
举例来说，当信息不涉及位置时，可以使用以下格式发送信息：Header+L+Data+CRC16(首标+长度+数据+CRC16)。如果Header是一个16位的字符串以指示消息的开始，则L是数据位长度，L高达8位以至最多255位数据。CRC是16位循环冗余码。Data可以包括子系统与装置之间的同步时钟。如果要传送的信息是语音信息，则它将被数字化、压缩并以简单的纠错码和更长的帧发送。
所述子系统将通过连接到接收器的电源来实现供电，该子系统还包括控制线，该控制线将用作来自接收燃料的飞机内的存储代码的发射的许可。
为了确保即使在具有高太阳光亮度的情况下也能够适当地看到光发射器，并且为了避免与来自地面或其他飞行器的其他光源相混淆，本发明采用的方法包括同时使用提供非常积极的实用结果的帮助：首先，发射的光被限制在具有非常窄的波长范围和高时间相干性的光谱带内。其余的波长通过放置在摄像机透镜前的同样窄的带通光过滤器来进行移除。与环境光相比，这使我们的发射光的相对值有了很大提高。同时，作为一种辅助手段，我们使发出的光以一种限定的图案闪烁。以此方式，对于在图像中某一点发出的与该图案一起发射的光的反射所接收的像素，我们获得必定具有相同图案的值。因此，如果我们使用与摄像机中使用的频率相同的频率(每秒帧数)，那么我们可以获取连续帧中的像素值，并与发射的光的图案进行关联。相关值超过某个阈值的像素会向我们指示它们已被我们的发射器照亮。这两种方法的结合使我们能够通过用视觉子系统从我们的图像以足够清晰度并且以这些摄像机的分辨率允许的准确度“看到”那些光发射器，同时考虑到工作距离相对较小，可以完全保证并且没有多大困难达到亚厘米级的分辨率。所述容器装置还有传感器，所述传感器的输入信号经过滤波和光学放大，并且还伴有一定的“零”模式和另一种“1”模式。在喷嘴与容器之间已经发生接触或者接近于发生接触(即，它们彼此非常接近)时，来自其他装置或飞桁装置的光信号将容易地到达该传感器。这个过程将允许48K波特的通信，这意味着可以通过这种链接和方法容易地传送口头对话。最后，该装置包括电子装置，所述电子装置具有在适当的情况下提取语音信号或数据或者在适当的时候从其光发射器生成脉冲的功能。该装置的更高级版本将包括两个额外的摄像机以及类似于视觉子系统的处理电子装置。
飞桁装置：
该第二装置包括保护和支撑用的盒，所述保护和支撑用的盒保护位于飞桁末端上的某些光发射器。
飞桁装置包括盒，所述盒容纳必要功能所需的电子装置和光发射器。该盒必须具有紧固飞桁的装置。它可能是符合上述条件的环或类似元件。在优选实施方式中，所述盒具有两个半环，所述两个半环将所述盒紧固到飞桁喷嘴的前部区域。该盒包含本实施例中使用的LED的驱动器，所述驱动器为LED提供将依据建立的准则打开和关闭所述LED所必需的电流。这些电子装置还必须包括向所述电子装置的其余部分和电压适配器提供必要的保护，所述电压适配器将飞行器提供的电压转换为驱动器和其他电子装置运行所需的电压。在所述盒的外表面上，在与飞桁的轴线正交的飞机中，LED被布置成使其中一个LED尽可能靠近视觉子系统摄像机的中心，而另外两个LED则相对于摄像机内的这种最小距离对称地放置。这是最低限度的配置，并且可以放置额外的LED以获得额外的冗余，这就需要进行更多的计算量。在进行所述照明时LED照明的持续时间将与摄像机的时帧相同，并且所述LED照明的持续时间在打开和关闭所述照明时将与它们同步。所提议的盒将是铝制的并且其形状和尺寸将与飞桁的几何形状兼容，以避免导致与飞行器的其他部件或飞桁本身发生摩擦或碰撞的几何干涉。
在更完整的版本中，该装置可以包含摄像机，所述摄像机将在接触时从特许位置观看接收器。
两个前述的装置都将发出漫射光-所述漫射光将被视觉子系统捕获，当处理所述漫射光时将获得两个元件之间的相对位置，并通过控制系统由此获得在几乎或者完全没有人介入的情况下产生接触的能力。
视觉子系统：
所述视觉子系统主要包括一组摄像机(至少两个)，所述摄像机组的功能是观察其中其他指示装置执行它们发送它们相应位置的定位信号的基本作用的运行情况，通过所述运行情况将推断出衍生的信息。这反过来将允许我们在喷嘴与容器之间建立可靠的接触。在优选实施型式中，这些摄像机准备好以工作距离观察放置在本发明的其他装置中的发射器发射的光。这将涉及诸如良好的分辨率(在本情形中为1080，然而在其他情形中可以为其他分辨率)等工况要求。采集频率为每秒至少30帧，工作频谱包括红外频谱。电气连接将使LED(作为飞桁点装置的优选光发射器)的开启与由摄像机的图像传感器获取的图像帧同步。
所提出的系统实质上很简单，因此频谱范围窄并且具有广角漫射的有源光发射器可以通过使用具有相应的滤波器并且采用脉冲编码技术的摄像机而距离数十米在很大范围内看到-这是这些类型的操作以及各种环境光照条件所必需的。在完整系统(也是本发明的目的)中，接收器和加油机之间的初始接近的附加功能由相同的技术和相同类型的装置所涵盖：在接收燃料的飞行器中添加视觉子系统并且加油机的视觉子系统旁边添加光发射器。
在接近和定位系统的最广义的情况中，该系统包括三个用于加油的定位装置，一个布置在接收容器上，另一个定位在加油机上，并且再另外一个定位在飞桁末端上。
加油装置中每个都包括：
至少三个LED或激光型的光发射器或两者的组合，每个都配有广角漫射器以便漫射它们发射的光。每个光发射器都将由其相应的驱动器供电，并且全部都由控制电子单元控制，
至少两个具有相应透镜和窄带通滤光器的高速视频摄像机(>30fps)，所述高速视频摄像机调谐成适合另一个协作装置发出的光。所述摄像机将具有高速fpga型或类似的电子装置，以便实时确定由另一个定位装置协作器发出的光点坐标，
带有相应透镜的光传感器，其可以检测来自附近的另一个协作定位装置的光，
电子设备，所述电子设备处理由两个摄像机提供的坐标以获得每个发射器相对于其中一个摄像机的相对坐标。此外，为了将该信息提供给飞行器的其余部分以用于辅助加油，将会有用于整个电子设备的通信总线以便控制和识别/处理装置外部的其他设备。位置接触信息也将存储在存储器中，以便其能够在未来的场合使用。
电子设备将至少执行以下功能：
计算由每个摄像机显示的每个光发射器的x、y，
计算两个摄像机同时显示的每个光点的X，Y，Z。
计算刚性地链接到前一个点的相关点以及垂直于附接到它的相关表面的向量的Xp，Yp，Zp和Vpx，Vpy，Vpz，
存储之前的信息，
将之前的信息发送到外部，
打开和关闭光发射器，
通过对应于另一个协作定位装置的光发射器的序列的连续帧像素的相关性来进行识别，
提取高速光信号的数据。
所有视觉子系统的摄像机都具有可控且可变的焦距，并且它们还可以具有可控且可变的光圈和/或变焦镜头。
在可能的实施方式中，所述飞桁定位装置可被集成到飞桁本身之中。
此外，在可能的实施方式中，容器可以被构造成使得容器定位装置被集成到容器本身之中。
在上面所示的操作中，构成它的某些元件或部件可以被飞机中当前存在的类似元件所替代，当以获得整个发明所描述的功能为目的而为之添加新元件或新功能时，所述类似元件被设置成具有本发明所含有新的具体功能，因此尽可能地避免在飞行器中安装新的装置。
除非另外指明，否则本文使用的所有技术和科学元件都具有本发明所属领域的技术人员通常理解的含义。当使用本发明时，可以采用与说明书中描述的那些相似或相当的方法和材料。
在整个说明书和权利要求书中，词语“包括”、“包含”及其变体并非旨在排除其他技术特征、添加件、部件或步骤。对于本领域的技术人员而言，本发明的其他目的、优点和特性将部分地来自于说明书并且部分地来自于本发明的实施。
附图说明
为了补充给出的描述并且为了帮助更好地理解本发明的特性，根据本发明的实际实施方式的优选示例，给出一组附图作为所述描述的必要部分，其中下面仅说明性地描述了所述附图：
在图1中，我们可以观察到用于接近和定位飞桁端部和容器口的系统的第一实施方式的示意图，
在图2中，我们可以观察到用于接近和定位飞桁端部和容器口的系统的简化示意图，
在图3中，给出了图1所示的定位系统的替代实施方式，
图4A、4B和4C描述了构成本发明的三个不同装置或子系统，
图5A更详细地描绘了图4A中所示的本发明的装置中的第一装置，
图5B示出了容器装置的横截面，
图5C描述了接收器的一部分的横截面，
图5D是图5C的元件的笛卡尔表示，
图6描述了在飞桁(15)将要发生接触时刻的接收燃料的飞机，
图7描述了当视觉子系统放置在位于加油机下侧的腹部整流罩中时从飞桁获得的图像，
图8示出了加油飞行器及其设置的飞桁的视图，
图9是组成飞桁装置的一部分的最重要元件的位置的笛卡尔表示和示意图，
图10是视觉子系统的笛卡尔表示，
在图11中，示出了视觉子系统的结构，
图12描述了盒，形成飞桁装置的一部分的元件包含在所述盒中，
在图13中，描述了容器装置的构成。
在图14中，示出了用于加油的定位装置的示意图。
具体实施方式
鉴于附图，下面描述了本发明的优选实施方式。
图1示出了设有飞桁(15)的母飞机或加油机(40)，所述飞桁(15)具有可延伸部分(13)，在所述可延伸部分(13)末端可以发现第一光发射器(12)，而第二光发射器(2)布置在所述接收燃料的飞机上，所述接收燃料的飞机可以额外地并且以补充方式具有接收传感器(22)；另外，加油机上还布置有摄像机(26)。
图2示出了对应于用于靠近和定位飞桁端部和容器口的系统的实施方式，该系统包括布置在飞桁(15)末端的定位装置(41)，另一个定位装置(41)布置在容器上并且另一个定位装置(41)布置在加油机(40)上，其中每个定位器装置(41)都包括以下部件：
至少三个LED或激光型的光发射器，
至少两个高速视频摄像机，
处理坐标的电子设备，
带有相应透镜的光传感器。
图3示出了图1中提出的替代实施方式，其中用于对所使用容器进行定位的装置包括光发射器(21)，已经通过使用下述也用于定位容器的装置中的任一个来替代(TOF摄像机(42)、LASER激光发射器(43)和DOE图案(44))。
图4A，4B和4C描述构成飞桁端部和容器口的定位系统的三个不同的元件或子系统。
在图4A中，我们可以看到元件(5)，所述元件(5)将接收燃料的飞机紧固在燃料容器正上方不远处。称为容器装置的构件具有倒“U”或“V”的形状和结构件(5)，所述结构件(5)在其表面上具有至少三个光源(2)。该元件具有连接电缆(7)，所述连接线缆(7)在连接器中结束，以便与飞行器的控制部分结合。
图4B示出了位于飞桁(20)的端部的所谓飞桁装置，所述飞桁装置实质上包括用于固定和保护它的环(19)和用于定位它的光发射器(12)。
在图4C中，我们可以看到一组两个摄像机(26)，当放置在油箱上的适当位置时所述两个摄像机(26)将使得本发明的其他装置能被看到和定位，并且所述两个摄像机(26)组成所谓的视觉子系统。两个腔室通过支撑件(28)结合和固定，每个腔室都设置有其相应的透镜(25)和滤波元件(24)。
图5A更详细地示出了容器装置，在图中可以看到放置在结构件(5)上的接收传感器(22)，并且在飞桁末端和容器在一起时所述接收传感器(22)可以接收来自飞桁末端装置的光形式的信息。另外，容器装置具有一系列光发射器(21)，其中元件(21)和元件(22)都嵌设在透明或半透明材料(23)中。在容器装置的下方，示出了容器(9)的口(8)，飞桁(9)必须安装在口(8)中。
图5B示出了容器装置(其中结构件(5)可见)以及透明或半透明材料(3)的横截面，所述透明或半透明材料(3)保护被放置在印刷电路(4)上的光发射器(2)，在所述印刷电路(4)处可以看到其余的电子装置。
图5C描绘了接收器的相同部分的横截面图，图中示出了容器装置的结构件(5)以及光反射发射器(21)和容器口的端部(6)，其中，该结构件(5)设置有类似于将可以在接收燃料的飞机的截取区段中看到的倾角，其中区段(b)描述了从其闭合中心到连结位于所述装置的中间区域处的两个光发射器的区段的中点的距离，而区段(a)描述了从与容器口的同一中点到与该相同容器的轴线垂直的轴线上的所述装置的上部光源(21)的距离。最后，是上述区段(a)与(b)两者之间的角度。
图5D是上述元件的笛卡尔表示。如图7所示，这些轴线关于本地原点“O”并且应当随后与位于左腔室的图像传感器的中心的原点O相关。P'是光源P2和P3之间的中点，并且uo、vo和wo是沿着不同轴线方向的规范化四元数(单位向量)。O”-P’轴线是与容器管的轴线相同的轴线。
图6描绘了在飞桁(15)即将与容器口(8)发生接触时的接收燃料的飞机。该视图描述了当视觉子系统位于放置在机身末端的本发明的优选位置时的图像。它示出了：在本优选实施型式中，飞桁襟翼(14)、飞桁的可伸出部分(13)和放置在可延伸杆的顶部的本发明的飞桁端部的装置光源(12a)。还可以观察到喷嘴(11)以及在接触之前喷嘴通常在其上滑动的容器的斜面(10)。
图7描述了当视觉系统放置在位于加油机下侧的腹部整流罩中时从飞桁获得的图像。该附图从加油机的底部示出了喷嘴(11)、飞桁的可延伸部分(13)、飞桁端部(14)和飞桁的固定部分(15)。它还示出了当视觉系统如上所述定位时本发明的照明环的位置(12b)。这两个观察点都会产生接触的图像，每个图像都有其自身的缺点和优点。飞桁装置可以包含六个或更多个光发射器，并且能够以这种方式将视觉子系统放置在两个指示的位置(机身末端和腹部整流罩)处，籍此将获得可以生成有益冗余的补充图像，这对于这些类型的系统非常有用。
图8显示了加油飞行器及其设置的飞桁的视图，以指示视觉子系统可以定位的两个位置。第一个位置对应于其在机身末端(18a)中的其(优选的)放置位置，而第二个位置对应于其在加油机下侧的腹部整流罩(18b)下的位置。如已经提及的那样，所述位置对应于飞桁的照明环的各种实施方式，所述飞桁的照明环可以布置在对应于摄像机的位置(18a)和(18b)的后部(12a)或前部(12b)处。取决于其在机身末端(18a)处或飞行器下侧(18b)处的定位，每个摄像机根据具体位置都相应地限定了视野(16)和(17)。
图9是形成基本上由金属环或类似支撑元件组成的飞桁装置一部分的最重要元件的位置的笛卡尔表示和示意图，其中嵌设了至少三个呈三角形放置的光发射器P1、P2和P3。点P'是最外面的光发射器P2和P3之间的中点。O'是坐标的选定的本地原点。必须再次进行移动，以便能够将任何一点都能相对于放置在摄像机之一的图像传感器的中心的全局原点定位；uo、vo和wo是沿着在不同轴线方向的规范化四元数(单位向量)，d2是从飞桁的燃料出口喷嘴的中心到局部原点O'的距离，可以通过获知在装置中测量的距离P'O'具有值d1来确定所述局部原点O’，vo是沿着飞桁轴线方向的规范化四元数。
图10是视觉子系统的笛卡尔表示。在该图中，可以看到两个摄像机以及它们在瞄准空间的点P时显示的内容。每个摄像机都将看到具有不同局部坐标(X1，Y1)和(X2，Y2)的点，其中所述点将相应地显示为点P1和P2。每个局部示意图中的Z坐标都可以通过每个摄像机的FoV(视场)的一半相对应的角度的1/2来计算，所述FoV(视场)将取决于摄像机的镜片和分辨率以及其传感器的尺寸。一旦找到Z1和Z2，就每个腔室的点而言，将关于预定参考原点获得该点的Z、X和Y。如图所示，在该情形中，我们放置的中心或原点O，不失一般性地位于左腔室的传感器的中心。这将给我们通过两个摄像机观察到的任何点相对于相同坐标轴的坐标以及它们之间的实际相对坐标。
图11示出了视觉子系统的结构，所述视觉子系统包括组成其结构的主要部件。优选地，金属铝外壳包括相隔大约半米距离的两个腔室(距离越大，z轴上的空间分辨率越好)。每个摄像机(26)都具有用于适配和读取的传感器和电子装置，必须事先将透镜(25)和滤波器(24)放置在该传感器和电子装置上以便消除与由飞桁和容器装置发射的波长不同的波长。它包括基于FPGA的特殊电子装置(32)以便实时获得结果，并且所述特殊电子装置(32)执行指示装置的光点的局部坐标xi，yi的处理和图像识别以及提取。
两个摄像机的坐标信息被传送到处理系统(33)，在所述处理系统(33)处最终获得每个光发射器相对于坐标轴的X、Y、Z坐标，该坐标轴的原点位于左边摄像机的传感器的中心，然而也可选择其他位置作为原点。
图12描述了盒，形成飞桁装置的一部分的元件包含在所述盒中。实质上，所述盒包括光发射器(38)，所述光发射器(38)在至少三个该优选实施型式中为LED，并且由它们相应的驱动器(37)供电，而所述驱动器(37)又由微控制器(36)操纵，所述微控制器(36)又与视觉子系统通过控制总线及其相应的通信电子装置(34)连接。控制总线将与视觉子系统同步，以便获得视觉子系统光发射器的位置。
在图13中，描述了容器装置的构成。其中，在该优选实施型式中，一组LED(LED1，LED2，LED3，...LEDn)(38)(至少三个)，由它们相应的驱动器(37)供电，并且它们通过将被远程控制的微控制器(36)来进行激活和去激活。该装置可以通过接收燃料的飞机的控制台打开或关闭。此外，传感器(35)将通过其相应的滤波器(29)接收光，以便信号适配器元件(39)向微控制器(36)提供关于在其中接收的并且来自飞桁装置的脉冲的信息。该装置可以将接收到的信息存储在非易失性存储器中。具有处理算法的微控制器不仅控制LED的照明，而且所述微控制器除了从光传感器(35)接收信息之外还可以提取关于所述装置相对于飞桁装置的位置的信息以及关于音频的信息，这些信息可被插入到飞桁装置发出的脉冲序列中。最后，如上所述，通信总线允许接收燃料的飞机控制该装置。
图14显示了定位装置(41)的结构。该装置被封装在盒(0)中并且包括一组至少三个具有它们相应的漫射器(23)的光发射器(2)，所述漫射器(23)由它们对应的驱动器(37)供电。两个摄像机(26)具有它们相应的透镜(25)和窄带通滤光器(24)。两个摄像机(26)和光发射器通过控制电子单元进行控制，并且来自第一摄像机(26)的信息以及来自设置有光学带通滤波器(29)的光传感器(35)的信息，通过基于FPGA或类似电子装置(33、36、39)的实时处理单元进行处理。摄像机有自己的电子装置，所述电子装置用于实时计算来自另一个定位装置的光点坐标。该装置通过通信总线(34)与外部通信并且由来自该飞机的电源供电，该电源并未在附图中示出。
系统的详细功能：
如果放置在燃料接收器表面上的容器(图6，10)处于被放置在加油机上的有利位置(例如，机身末端(图8-18a)或腹部整流罩(图8-18b))的两个摄像机的子系统(图4C)可以看到的位置，那么放置在容器装置上并且指向相反方向的摄像机可以展示出加油机-更具体地说是加油机的视觉系统。在它旁边放置了加油器的光发射器，所述光发射器将从该位置发出对应的图案，所述图案将被容器装置旁边的摄像机捕获。以此方式，接收器可以定位加油机并接近它以便进入加油位置。(这是本发明追求的特征之一)。
甚至在达到加油位置之前，置于装置上并且位于容器的上侧的光源(图4A，5)(或者在另一替代实施形式中，该光源分布在接收燃料的飞行器的表面上)以对应于某个代码的节奏开始闪烁。这种闪烁具有两种运行模式或两种具体功能，第一种是以与摄像机的帧频匹配的固定频率闪烁，并且第二种是具有不同频率(优选值约为48KHz)并且所述不同频率允许将编码的语音信息发送到飞桁装置，所述飞桁装置在其传感器前设置有适当的滤光器(图14-29)可以从接收到的信号中移除与装置无关的信息光。很明显，如果带通滤波器越窄并且发射的光越相干(图13-38)，那么消除不需要的光线就越容易。由光发射器发送的图案使得能够进行额外的辅助，以便区分由放置在加油机中的视觉子系统的摄像机所获得的图像中的哪些像素对应于由容器装置的光源生成的照明。放置在摄像机后面并且在视觉子系统内的图像处理器(图11-32)将从视频的连续帧中减去图像以获得一个图像与下一个图像之间的差异并且因此能够更清晰地显示从一帧到下一帧不同的点。这些差异将与用于光源闪烁的代码相关联，从而进一步便于检测放置在装置上的每个光源的任务，并且用两个摄像机识别它们中的每一个。
一旦来自容器装置的发射器的光被接收为视觉子系统摄像机的坐标，这些发射器的坐标将使用简单的数学方法进行计算，所述数学方法使所述发射器的坐标能够被包括在电子装置中并且在图像时帧内重新计算(图11-33)。
从而，使用光源的坐标，相对于关于加油器的坐标轴-更具体地相对于它的摄像机中的一个，获得的容器口的位置(图5B-5)以及与所述口正交的向量。(这是本发明追求的第二个重要功能)。
与此同时，放置在飞桁上且接近喷嘴的光源(图4B-12)或(图6-12a)或(图8-12b)将以类似的方式闪烁，尽管与容器装置上那些并不相同，并且可以相对于相同的加油机坐标系统通过完全类似的过程来确定它们的位置。凭借该位置，我们可以精准地确定燃料穿过并且喷出的喷嘴末端的坐标以及与喷嘴的输出区段正交的向量。(这是本发明追求的第三个重要功能)。
初始，我们从接收器获得了加油机的位置，而现在我们已经知道了容器口和飞桁出口末端(两者都关于相同的加油机参考轴线)的相对位置。通过管理或辅助飞桁和接收器飞机本身的运动的控制规则，可以实施半自动或者甚至自动引导以便改进操作。当进行连接时，两组坐标必须匹配并且进行适时适当地调整，正如在本发明的其他实施型式中那样，容器口位置的计算可能不像它的对应优选实施那样明显，因为光发射器可以沿着接收器的表面分布。这样可以具有其他的优点。在实际接触期间，光源位置的信息与进行接触所期望信息的完全相同并且非常有利的是它可以存储；由于在接收燃料的飞机的容器装置与加油机的视觉子系统之间建立通信，本发明能够实现某些操作。接收器使用来自其光发射器的光作为载体将加密的数字信息发送到视觉子系统。与此同时，飞桁装置不仅可以将信息发送到视觉子系统，而且还可以将信息发送到被放置在其中的光传感器将关闭两个飞行器之间的通信回路的容器装置。接收燃料的飞行器可以存储接触位置的信息以及加油机相对于接收燃料的飞行器的其他有益的相关辅助信息。
一旦存储了该位置，并且在将来加油机与同一接收器之间进行连接期间，该接收器将能够告诉加油机为了实现准确的连接，容器应当在处于什么位置。除了交换位置信息之外，该通道还可以用于口头通信，从而避免使用可能比光信号更容易被检测到的任何无线电信号。
本发明的另一个重要功能是能够在接收器与加油机之间进行双向语音通信。也就是说，在容器装置与飞桁装置之间。两者都具有两种方式来打开它们各自的光发射器。一个发送位置并且另一个发送和接收数十kHz的信号-这就足以承载语音信号。并且只要两个装置都配备有相应的光传感器，这就可以双向进行。
因此，为使系统正常运行而实施的各个阶段包括：
通过容器装置摄像机视觉观察被放置在油箱中的并且闪烁的光源，所述光源的闪烁产生了符合这些摄像机帧频的图案，
确定油箱相对于容器装置摄像机的位置，以便于接收燃料的飞行器的接近，
将接收燃料的飞机相对于油箱定位以允许进行加油，在该位置加油机摄像机可以看到接收器，
布置在接收装置上的光源以某个节奏闪烁，该闪烁具有两种操作模式：第一种是以固定频率闪烁，所述固定闪烁频率与摄像机的帧频一致，由此所述光源闪烁执行图案发射；而第二种具有不同的频率(作为优选值为大约48KHz)，并且所述第二种操作模式允许编码的语音信息被发送到飞桁装置，
确定容器口相对于加油机的位置：
-通过摄像机所具有的滤光器来消除摄像机中与装置无关的光的帧图像，
-由图像处理器从视频的连续帧中减去图像以获得一个图像与下一个图像之间的差异，并且因此能够更清楚地显示从一帧到下一帧变化的点，
-将所述差异与用于光源闪烁的图案代码相关联以便确定相关的光源，
-通过简单的数学方法来计算这些发射器的坐标，这就允许将数学方法包含在电子装置中并且实时地重新计算，
在进行之前的操作时，放置在飞桁上且靠近喷嘴的光源将以与容器装置的光源相类似的方式和类似安排发生闪烁。在这样做的时候，它们也将不仅能够发送位置信息，还能发送声音信息，
确定飞桁光源相对于相同加油机坐标系的位置：
准确地确定喷嘴端部相对于加油机的坐标，
确定两个重要点之间的相对位置：飞桁末端和容器口以及与它们的表面垂直的向量。
校准：确定它们接触和储存的相对位置
在飞桁喷嘴与容器接触期间，摄像机组(它们将优选地放置在加油机的机身末端的底部，然而它们也可以放置在其主体的底部，腹部整流器处或者沿着所述腹部整流器布置在该飞机的更多部分上)和装置的光源组(作为本发明的目的)将能够在尽可能最短的距离(即，接触时)看到，主要看到的是放置在飞机接收器的表面上的容器装置。所述装置可以具有在此作为优选实施型式给出的形式，但也可以是位于布置在接收器表面上的多个部分。这种装置甚至可以用一种通过替代方法获得容器位置的系统来代替。本发明的第一个任务是获得容器口中的点的位置以及与其垂直的向量。以此方式，通过由视觉子系统收集的关于光发射器位置的信息或者替代方法和元件的信息，必须获得这六个参数。因此，接触的时刻是安全的时间，此时我们将真正了解在从容器装置获得的信息(在其任何实施型式中)与容器口及其正交向量之间的相对位置。此时，摄像机将能够以最大的准确度来确定喷嘴相对于一组光源或其他元件应当放置在何处，并且通过确定的信息以相同的精度来确定容器相对于它们的位置。该信息很重要并且将允许对整个系统进行校准。这就是为什么在接触时发现容器的位置的信息是完全准确的并且必须从加油机传送到接收燃料的飞行器，所述接收燃料的飞行器将存储该信息以便将其提供给其他加油机。
接收位置信息
如提及的那样，在接触时，飞桁末端与接收燃料的飞机的容器之间的距离是特别有利的。
在作为本发明目的并且位置接近所述容器的装置中，存在接收信息的至少一个光接收传感器，在优选实施型式中将从飞桁的喷嘴以光的形式传送所述信息。以此方式，接收器可以在接触时接收在加油机处获得的信息并将其存储起来，以便在将来的接触期间当另一个加油机提出请求时通过其有源元件发送该信息。另外，同一加油机可以存储该信息以便在将来接触时使用，因为它可以保存在一个小型数据库中以供所有与之接触的接收者使用。不仅可以存储接触数据，而且容器还可以将其他燃料数据等发送给加油机，这些信息将存储在数据库中。
虽然已经充分描述了本发明的本质以及实施本发明的方式，但是应当指出的是，在不更改、改变或修改本发明的基本原理的情况下，在其他实施方式中可以在细节方面以不同于示例指示的方式来实施本发明，并且此时本发明将也能够获得所寻求的保护。