飞机起降安全光电跟踪远程监控方案

　　
　　概述

　　机场飞机起降光电跟踪系统是应民航机场要求自主开发，具有全天候、速度快、覆盖面广、监控视距范围大、图像稳定清晰的特点，有利于提高我国机场飞机起降过程安全科学的数字化远程昼夜监控管理，具有最直接和直观的实时视频图像监测监控，视频和录像资料它包含了时间，地理位置，范围和事件过程等记录内容。

　　机场飞机起降光电跟踪系统YCA-600HK是针民用（军用）机场的飞行区飞机起降安全要求，空中飞行过程跟踪和取证需要而设计的一个高稳定性多传感器一体化的远程昼夜监视与观察的自动跟踪系统。本系统集成了高灵敏度图像热感应器件640X512像素非制冷型红外热成像仪、高清透雾自动聚焦摄像系统和半导体激光照明器（夜间辅助补光系统）等传感器。该系统的前端光电系统安装在机场的跑道两侧，显控台安装在控制室内。在白天通过高清彩色CCD摄像系统观察、监视搜索跟踪飞行区需要跟踪目标飞机，夜间通过红外热成像系统搜索观察目标，同时采用大功率大发射角的激光照明器照射监控目标作为夜视补光系统，通过高灵敏度CCD摄像系统对空中飞机目标进行观察监视和搜索，可设置手动/自动跟踪，将飞机从停机坪-滑行跑道-跑道-起飞1-3-5-8-10-12-15-20公里外飞机的安全起降实时监控画面。

　　YCA-600HK采用了先进的陀螺稳定技术和计算机图像处理及控制技术，能有效地隔离台风,强风力的摇摆，除对机场净空飞机目标进的起降过程进行全过程24小时跟踪监控外，也可以对机场跑道道面、飞行区禁区的周界安全，进行全天候（24小时昼夜）观察、搜索、监视功能。

　　该系统可以根据用户的要求，灵活选配多种规格的百万像素高清光学长焦距感红外可透雾与灰霾、精确自动聚焦功能镜头、高清透雾CCD摄像机、非制冷型红外热像仪和红外镜头，YCA-600HK采用了计算机自动控制技术、图像信息处理技术、图像稳定技术、自动跟踪等现代国际顶尖的最高新技术，针对飞机在空域飞行姿态,起飞与降落过程中的飞机起落架是否正常收放,做到全程起降跟踪,保障飞行安全.同时针对飞行区净空领域的不明飞行物,鸟群等精确探测、定位、识别、自动报警，提供方位监测数据.

　　本系统产品具有以下国际最先进的功能与技术特点：

　　全天候24小时对机场起降的飞机目标作全方位跟踪、监视和录像；

　　采用高端图像传感器和功能处理模块，提高系统产品性能；

　　采用标准化、模块化、一体化结构设计技术，扩展性好，维修方便；

　　采用“三防”、密封设计技术，利于恶劣环境长期使用；

　　采用国际最先进的图像传感器、图像处理技术、飞机目标自动跟踪技术，图像稳定清晰；

　　采用了世界最先进的陀螺伺服稳定技术，有效地解决了因台风、强风、震动等因素导致的图像不稳定现象；

　　采用彩色/黑白和红外热成像系统，即使在完全漆黑的夜晚，也能探测、识别、跟踪机场内起降的目标飞机实时动态视频图像。

　　具有RS485、RS422以太网和多路标准视频接口；

　　二、系统方案组成

　　彩色/黑白电视摄像系统

　　(1) 电视摄像系统特点

　　本产品采用的电视摄像系统具有如下特点：

　　具有电动变焦机构和电动调焦机构，可以遥控驱动电视传感器光学系统连续变焦；

　　相对孔径大，成像亮度高，作用距离远；

　　采用自动光圈调整方式，调光范围满足目标照度从黎明到黄昏变化范围的需要，有利于对动目标的搜索与跟踪；

　　选用高分辨率光学镜头和高灵敏度CCD器件，以满足系统对不良环境下目标探测的需要；

　　具备近红外波长切换功能，用黑白模式实现透雾功能，透雾能力大于能见度的1.7倍；高清百万像素,远程自动聚焦,可对远距离监控的目标特精确索定,图像稳定清淅.

　　图像分辨率高、易于识别目标细节；

　　使用寿命长。

　　（2） 电视摄像系统的作用距离

　　影响电视作用距离的因素很多，主要有：大气水平能见度、景物的亮度、目标与景物的对比度、大气透过率、目标尺寸和形状等等。作用距离可从目标压行数要求进行分析，同时要综合考虑目标在靶面的照度、对比度、分辨率等方面因素。

　　 1）从目标压行数要求方面分析

　　人眼在观察显示器上的场景或处于一定背景上的目标时，有一个复杂的生理感知和判断过程。工程实践上把这个过程分为发现（或探测）、识别、认清等几个等级。根据Johnson准则，采用光学等效距离测算。

　　根据有关资料，对目标的发现、识别和认清有下列定义：

　　① 发现目标   能感觉到视场中有变化（有新的信息），目标在监视器上的压行数2—4TVL；

　　② 识别目标  看出目标轮廓，识别出目标的种类,压行数10-16TVL

　　③ 认清目标  能看清目标种类，如飞机类型,压行数16-30TVL.

　　FLIR红外热成像系统：非制冷式与制冷式选配：

　　作为本系统关键部件之一的制冷型红外热像仪，采用我公司代理的FLIR制冷型/非制冷型红外热像仪,具有良好的技术支持，配套改进和服务能力。该产品具有超高的温度分辨率，高灵敏度和高性能的热成像系统。可满足对各种高精度要求的夜间观察，识别、跟踪、分析等要求。

　　非制冷型热成像技术特征：

　　Photon 640 采用644x512像素的非制冷氧化钒 (VOx) 焦平面阵列。 该系统无需维护，可提供清晰的视频图像，能够显示在现有的任何复合视频监视器上。 焦平面阵列可提供极好的图像质量和灵敏度。 Photon 640 应用了FLIR专有的噪声滤波技术，在 F/1.0 光圈条件下可探测小于或等于 50 mK 的温差。?

　　镜头选择?

　　Photon 640 可选配150-200mm 范围镜头。 这些镜头不能互换，必须在订购时指定。 此外，还有不带镜头的版本可供选择。 用户可选购镜头标定软件来执行额外的增益标定。?

　　结构紧凑、易于集成?

　　Photon 640 非常紧凑、轻巧。 不包括后盖和镜头的机身仅重 170 克， 可轻松安装到狭小的场所中。 Photon 640 的30 针 SAMTEC 接口可直接用于电源（输入）、视频（输出）、RS-232 指令、串行数字信号和其它选配功能。 此外，也可选用 26 针连接器。?

　　先进的视频处理?

　　Photon 640 提供标准的 8.3 Hz PAL 制模拟视频信号或 7.5 Hz NTSC 制模拟视频信号。 此外，也提供 帧频25 Hz PAL 制或 30 Hz NTSC 制的产品，但需要得到美国商务部批准的许可证才能出口到美国境外使用。 在使用模拟格式视频的同时，可输出8 位或 14 位的数字视频信号， 数字数据协议为串行 LVDS。 视频处理功能 包含多种自动、动态图像优化算法，具备极性控制（白-热/黑-热）、图像方向控制（倒像/复原）和帧冻结功能。另外，Photon 640 还支持颜色查找表。?

　　工作温度范围宽?

　　Photon 640 满足大多数苛刻的环境温度需求，可在 -40°C 到 +80°C 的温度范围内工作。?

　　数字变焦?

　　Photon 640 机芯具有 2 倍和 4 倍数字变焦功能。 在模拟视频 2 倍数字变焦条件下，对焦平面阵列中心区 320 x 240 像素取样得到全部640 x 480 像素分辨率。 在 4 倍数字变焦条件下，对中心区 160 x 120 像素采取同样的操作。 这样能够在安全的远距离捕捉特写镜头。?

　　 完善的技术，具有更多的可能性?

　　Photon 640 易于集成到机载、陆地和海事系统中。 模块已成功的集成到FLIRSystems许多热成像仪内。 经过了多种实践证明的各种系统，取得了有目共睹的佳绩。 应用场合包括安防和监测、无人飞行器、消防、海事、航空以及其他许多应用场合。?

　　以太网组件?

　　利 用此 100/1000 baseT 以太网接口模块，Photon可以通过标准的以太网硬件设备将实时的未经压缩的视频图像传输给用户，由此实现对热像仪的控制。 适配器可自动检测网络性能，并以标准的 100 兆或千兆位以太网全速运行。 该模块包括以太网接口适配器和热像仪电缆， 用户既可以捕捉到 8 位数据，也可以捕捉到 14 位全带宽数字视频。 此外，也可通过 BNC 接口输出模拟视频。?

　　Photon SDK软件开发包可使用户能自己开发控制热像仪的功能和/或采集数字数据。?

　　利 用 Photon 640 SDK，用户可以通过某一个或多个接口创建自己的应用程序，用于控制热像仪及采集数据。 支持的编程语言有 VB6、VB.net、C# 和 C++ (MFC)。 其中提供了代码实例，说明如何使用一些功能。Photon 640 SDK 也能在 Linux 环境中工作，并有 Linux 环境的实例。SDK软件开发包包含用户自行编写 Photon 640 控制程序所需的所有的工具。?

　　用户界面?

　　提供可自定义的图形用户界面，允许集成商在终端系统中创造自己所需要的外观。?

　　先进的图像处理?

　　Photon 640 含有先进的数字图像细节增强 (DDE) 视频处理算法。 这是一种锐化滤波器，有助于在夜间或白天更好地区别边缘和其他图像细节。?

　　附件包?

　　附 件包提供了简单的操作Photon640的方法，或者终端用户自己开发针对产品后面的30针SAMTEC的更直接的接口。 提供的接口定义文件可以实现相关连接功能。 附件包包含以下部件： 电源、I/O 模块、接口电缆、以及电磁屏蔽接口板及后盖，提供 26 针 D-sub连接器，保证了热像仪和外部电缆的安全连接。?

　　无需热电制冷器 (TEC)?

　　Photon 640 采用焦平面阵列上电路和非均匀校正 (NUC) 相结合的新方法，无需使用热电制冷器 (TEC)。FLIR无需采用 TEC 的专利技术能够使热像仪在很宽的温度范围内工作，同时能够保持极好的动态范围和图像均匀性。 无需采用 TEC 的操作具有两大优势： 能够降低功耗，还具备“即时启动”能力。生成图像时间不到 3 秒，是按需应用的理想之选。?

　　操控软件

　　1)软件功能

　　系统操控软件的主界面如下图所示。

　　操控软件界面

　　实际监控效果

　　YCA-600HK系统中，控制杆用来完成指向器驱动指示功能，按键用来执行镜头变焦、调焦等功能。而其它大多数功能都需要通过软件操作界面来执行，主要包括：

　　视频切换及图像显示；

　　字符叠加；

　　目标位置计算；

　　扫描、跟踪参数设置；

　　扫描、跟踪控制；

　　方位、俯仰角度显示；

　　图片保存及浏览；

　　故障显示。

　　2)跟踪精度

　　YCA-600HK可提供伺服系统稳定精度＜2mrad。对应于镜头的长焦端2mrad相当于屏幕上的1/4视场范围，通过合适的跟踪算法设计和跟踪参数设置，系统完全可以满足客户的精度需求。

　　3)实际演示效果

　　深圳亿成安科技有限公司