專利名稱:用于增強低能見度條件下導(dǎo)航和警戒能力的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種用于增強導(dǎo)航和警戒能力的系統(tǒng)。尤其涉及一種用在低能見底條件下提供相關(guān)目標(biāo)物體和/或區(qū)域例如飛機和跑道燈的位置和特征的系統(tǒng)。
在晴朗天氣條件下,光線傳播穿過大氣僅有一點點吸收和散射損失。但是,當(dāng)成為各種不良天氣條件例如濃霧、雨或雪的原因的大氣微粒和分子在大氣中存在足夠數(shù)量時,它們可以吸收和散射光線達到損失可觀并且能見度嚴重降低的程度。在各種情況下,這樣的能見度可造成代價高昂的破壞和危險的缺乏有關(guān)關(guān)鍵目標(biāo)物體和/或區(qū)域的位置和特征的信息。
在現(xiàn)有技術(shù)中,一些系統(tǒng)已經(jīng)被用來輔助人眼在不良天氣條件下定位和感知目標(biāo)物體和/或區(qū)域。理想的是,這些系統(tǒng)擁有“穿透”天氣的能力,也就是說,向操作員提供和在晴朗天氣能獲得的同樣范圍的所需目標(biāo)物體和/或區(qū)域的位置和特征信息。
這種系統(tǒng)對于自然發(fā)生的不良能見度條件和要求時間緊急反應(yīng)的航空業(yè)特別重要。盡管有復(fù)雜昂貴的般空電子設(shè)備和控制系統(tǒng),天氣條件還是對最后的進入著陸加上了一些限制。這些限制計有飛機、飛行員以及安裝在機場的設(shè)備能力。每一組能力均與允許著陸前的最低云層高度和最低跑道能見度有關(guān)。按儀表飛行規(guī)則(IFR)操作,飛行員能夠供助飛機儀表面板上提供的滑行著陸偏差指示被引導(dǎo)到距跑道一個特定距離處。這種滑行著陸偏差一般由著陸引導(dǎo)系統(tǒng)例如儀表著陸系統(tǒng)(ILS)、微波著陸系統(tǒng)(MLS)或全球定位系統(tǒng)(GPS/GNSS)通過射頻(RF)發(fā)射與飛機鏈接來提供。如果在特定距離處,飛機員不能看見依據(jù)FAA設(shè)置的跑道特征,飛行員就必須執(zhí)行未看到入場口操作。為了把這些事件減到最少,空中交通控制員往往給飛機改線或者不為飛往受影響機場的飛機提供起飛許可。不管用哪一種替代方案,這些過程都令引起旅客和機組人員焦燥不安,增加額外開支,造成延誤和飛行時刻表混亂,并且降低運營安全系數(shù)。
用于能見度下降和著陸條件從I類,經(jīng)過II類變?yōu)镮II類的各個等級,飛行員操縱飛機的能力得通過提高設(shè)備的完善性水平而增長。這種適應(yīng)性是由于認識到隨著跑道可見距離的下降要求更高的所需導(dǎo)航性能(RNP)標(biāo)準。設(shè)備完善性的一個標(biāo)準就是輔助操縱飛行控制的自動引航。最理想的是,在III類條件下,滑行著陸偏差可以通過自動引航直接耦連到飛機上使飛機降向跑道并借助“環(huán)路外”引航自動照亮跑道。但是在實際實踐中,這種“環(huán)路外”方式由于儀器費用太高而很少采用。本例中的RNP在服務(wù)的完整性、有效性、連續(xù)性和準確性方面加上了嚴格的確認標(biāo)準。設(shè)備費用和維護,以及為操作柔順性所必須的連續(xù)不斷的熟練度訓(xùn)練限制了其成本效率。
各種各樣的系統(tǒng)都試圖解決基于引導(dǎo)誤差的RF鏈接系統(tǒng)的缺點。一種最簡單的方法是使用脈沖式強烈白色信標(biāo)作為跑道入口和進場指示。雖然這一方法對長距離探測有好處,但已被證明在近距離特別在濃霧中是不利的。在一個不長的最后入場通道上,強烈白色信標(biāo)通常會使飛行人員看不見并且由于大氣的彌漫性而不能用可見波長提供任何空間方位。
照射并顯示出感興趣區(qū)域的有源光學(xué)成象也已被鑒定為導(dǎo)航輔助裝置。這些系統(tǒng)一般都是脈沖發(fā)射機和并置在一起的門控成象接收機。接收機被同步門控,使得它們看不到射出的發(fā)射脈沖的后向散射。目前的互補式發(fā)射機/接收機對都工作在可見和近紅外光之間的波長。它們的工作靠目標(biāo)物體和它的背景之間的反射反差。這種系統(tǒng)在先天上有一個小的視場,工作于低發(fā)射脈沖速率,或者說要求長的整周期。對于高效實時“環(huán)路內(nèi)導(dǎo)航”操作來說,結(jié)果所產(chǎn)生的信息速率太低,并且顯示的數(shù)據(jù)太有限。
一些工作于電磁波譜的微波、紅外和毫米波(MMV)系統(tǒng)已被認為是不良天氣導(dǎo)航輔助裝置。每個系統(tǒng)都利用在這些比可見波長更長波長的降低了的大氣衰減窗口。
微波輻射提供了穿透低能見度大氣的一個有吸引力的手段。但是,一般用于生成景象的距離-方位掃描技術(shù)和長工作波長結(jié)合起來提供信息速率、分辨率和方位-仰角顯示的解決辦法,不適合于用作著陸輔助裝置實時引航。
工作在比可見波長長二至二十倍的波長的紅外系統(tǒng)不僅提供一個可與人的眼睛相比擬的分辨率,而且提供直接以方位仰角坐標(biāo)顯示的實時信息。在薄霧條件下并以地形為背景,工作在8-12μm波長之間的紅外傳感器通常提供比人眼更好的圖象。但是,隨著天氣狀況惡化,它們對少于二分之一英里能見度的成象性能急劇降低到比人的眼睛低很多的水平。探測能力也受天氣限制。探測決定于感興趣的目標(biāo)物體和它的背景之間的輻射溫度差。在許多情形下,這個視在差值低于實際的現(xiàn)代傳感器的靈敏度(~0.01℃)。這可歸因于環(huán)境條件,例如每天兩次出現(xiàn)的溫度反差轉(zhuǎn)換,或者在一般伴隨濃霧條件的高溫度時大氣反差降低。這樣一來,紅外系統(tǒng)的能力一般在最需要它的時候作用卻最小。
工作在1μm左右的紅外系統(tǒng)被認為可通過探測有源目標(biāo)物體而不是無源目標(biāo)物體來減輕這些反差下降因素的影響。例如,白熾燈絲的特征黑體輻射就可用這些紅外系統(tǒng)檢測。這個直接輻射,更正確地說是包圍燈絲的熱燈泡所發(fā)射的長波長輻射可以檢測出來。但是,1μm處的太陽背景輻射量可比電燈絲輻射量大70dB之多。因而,差不多70dB的景內(nèi)動態(tài)范圍要求將燈絲信號拉出背景。這一過程要求求出很費錢且很難實時達到的信號—背影卷積。而且,通過工作在常規(guī)的3-5μm或8-11μm窗口所獲得的低太陽背景優(yōu)點也被丟失了。
使用毫米波(MMW)輻射的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)一般是用于不良天氣的最佳選擇。眾所周知,30-300GHz(10-1.0mm)之間的輻射以相對適中的衰減穿透濃霧或其它大氣成分。一般,這些系統(tǒng)工作在其濃霧穿透能力最大的35或94GHz。一般可參見“TRW空間與國防問題”1990/91冬季刊中Young等人的“無源毫米波成象”一文。但是,毫米波系統(tǒng)通常有一些嚴重的缺點。其性能在雨中要下降,其分辨率低于可見光傳感器,而且其硬件機構(gòu)復(fù)雜。一些毫米波系統(tǒng)按照常規(guī)雷達掃描的原理工作。在對于飛機著陸最需要效能時這些系統(tǒng)的能力卻在先天上被限制在不長的最終入場距離。
使用另一種成象技術(shù)的MMW系統(tǒng)通常在靈敏度上受限并且需要拉長停頓時間,使它們變得不適合于在著陸的最后短階段遇到的動態(tài)環(huán)境。外差法被認為是一種提高靈敏度的手段。但是,這個增益是以相當(dāng)大的元件復(fù)雜性代價實現(xiàn)的。此外,由于使用長波長,毫米波系統(tǒng)只產(chǎn)生有限的角分辨率-六倍低于人的眼睛的分辨率。
雖然基于引導(dǎo)誤差的RF鏈接系統(tǒng)提供一個理想的抗天氣能力,但它缺乏系統(tǒng)的簡單性以及對于著陸期間“環(huán)路內(nèi)引航”的相容性?;诔上蠓ǖ南到y(tǒng)本身也比較簡單且與引航相容,但缺乏適當(dāng)?shù)奶鞖庑阅堋4蟮販y繪系統(tǒng)和基于存儲數(shù)據(jù)的系統(tǒng)混合RF鏈接也已經(jīng)開發(fā)。它們在這一技術(shù)中一般稱為合成圖象系統(tǒng),但由于其復(fù)雜性和缺乏固定在跑道上的實時可靠圖象而沒有被認可。
因此,仍然存在對提供特征的一種相容性組合系統(tǒng)的需要,系統(tǒng)允許在不良天氣環(huán)境進行包括實時“環(huán)路內(nèi)”操作的全范圍操作以及可與人的眼睛相比擬的分辨率。最好,這樣的系統(tǒng)例如說允許操作員在低能見度條件下以類似于晴朗天條件下執(zhí)行那些功能的方法在局部區(qū)域范圍內(nèi)導(dǎo)航。
一種用于在低能見度條件下提供有關(guān)目標(biāo)物體和/或區(qū)域例如飛機和跑道燈的位置和特征的系統(tǒng)通過使用紫外線輻射來實現(xiàn)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn),低能見度大氣的大氣傳播特性允許具有足夠低的衰減和散射的紫外線輻射傳播用于各種用途。而且,工作在紫外線輻射的“太陽盲”區(qū)即不存在太陽背景輻射的區(qū)域,由于通過使用高增益成象管提供的高信/噪比,也使系統(tǒng)能夠攝象和/或確定具有相關(guān)紫外線輻射源的關(guān)鍵標(biāo)志或區(qū)域的位置。
根據(jù)本發(fā)明原理的一種系統(tǒng)包括一個或多個紫外線輻射源,一個能夠產(chǎn)生所接收輻射的圖象或表示圖的接收機,以及一個顯示器。在一個優(yōu)選實施例中,紫外線輻射源與關(guān)鍵標(biāo)志例如跑道信標(biāo)或危險報警器共放一起。發(fā)源于發(fā)射源的紫外線輻射,最好調(diào)制成一個重復(fù)的特征信號傳播穿過低能見度大氣,并被接收機接收。接收機可以放在運載工具例如飛機上,或者固定在一個固定的位置例如控制塔臺上。接收機產(chǎn)生所接收輻射因而即關(guān)鍵標(biāo)志的一個圖象或表示圖,然后傳到一個顯示裝置。顯示裝置最好是一個透明的仰視顯示器,圖象或表示圖在其上面可疊加在操作員采用的實景可視圖象上。
在另一個優(yōu)選實施例中,發(fā)射源放置在接收機處或靠近接收機,也就是說,在同一運載工具上或在同一個固定的位置。后向反射器則在遠處與關(guān)鍵標(biāo)志共放一起。調(diào)制的紫外線輻射由發(fā)射源發(fā)射并傳播穿過低能見度大氣到每一個后向反射器。后向反射器將紫外線輻射信號反射穿過低能見度大氣回到接收機,隨后通過一個顯示裝置將所接收輻射的圖象或表示圖提供給操作員。
在另一個實施例中,可以用轉(zhuǎn)發(fā)器代替后向發(fā)射器。當(dāng)各個轉(zhuǎn)發(fā)器接收到來自發(fā)射源的紫外線輻射時,它以不同的方式將已調(diào)制的紫外線輻射發(fā)射回接收機。每個轉(zhuǎn)發(fā)器可以發(fā)射一個唯一信號,使得不同型式的關(guān)鍵標(biāo)志易于區(qū)分并顯示給操作員。
根據(jù)本發(fā)明原理的系統(tǒng)使得飛行員、車輛駕駛員、空中交通控制員,以及其他操作員能在霧、雨或雪造成的低能見度條件下以和他在晴朗天氣中大致一樣的方式執(zhí)行任務(wù)。具體地說,這一特性是通過將本發(fā)明生成的圖象或表示圖與實景可見視象結(jié)合起來而達到的。當(dāng)用關(guān)鍵標(biāo)志例如信標(biāo)標(biāo)出的感興趣目標(biāo)物體或目標(biāo)區(qū)域由于低能見度條件而不能觀察到時,由發(fā)射源或從轉(zhuǎn)發(fā)器產(chǎn)生的同一位置的紫外線輻射信號被檢測出來,并在和晴朗天氣觀測到關(guān)鍵標(biāo)志的同一位置顯示給操作員。這種一對一的繪圖法可以擴展到一個形成實際可視圖形的復(fù)制圖形的發(fā)射源、反射器或轉(zhuǎn)發(fā)器場,然后可代表或者與可視圖形一起顯示。
通過閱讀下面結(jié)合附圖的敘述,可以得出對本發(fā)明的更全面理解,附圖中相同的元件用相同的標(biāo)號標(biāo)出,并且在附圖中
圖1是一種根據(jù)本發(fā)明原理的系統(tǒng)的詳細方框圖;圖2描述多種紫外線源的頻譜特性曲線;圖3是可用在圖1的濾光器中的各種吸收濾光材料的傳輸特性曲線圖;圖4是紫外線微通道板光電倍增管的頻譜響應(yīng)特性曲線圖;圖5是根據(jù)本發(fā)明原理的另一種系統(tǒng)的詳細方框圖6是在一個模型晴朗大氣中作為用于Rayleigh散射、Mie或大氣微粒散射和臭氧吸收的波長函數(shù)的海平面吸光系數(shù)曲線圖;圖7是大氯微粒質(zhì)點引起的電磁輻射前向散射的圖形說明;圖8是對圖1系統(tǒng)的實驗實踐得出的顯示器表示圖。
圖9是一個響應(yīng)曲線圖,示出對用來得出圖8顯示的接收機的每秒光子計數(shù)的角狀分布;圖10是根據(jù)本發(fā)明原理的系統(tǒng)的圖畫表示;圖11A-B分別為使用和不用圖1系統(tǒng)輔助的飛機試圖在低能見底條件下著陸的圖畫表示;圖12A-C分別為飛行員在低能見度條件下從一英里、半英里和四分之一英里的距離觀測跑道的圖解說明;圖13A-C為根據(jù)本發(fā)明原理通過仰視顯示器提供給飛行員的圖12A-C的相應(yīng)觀測的圖解說明;圖14A-B是使用和不用本發(fā)明的著陸引導(dǎo)系統(tǒng)驅(qū)動的飛行員仰視顯示器圖象的圖解說明;圖15是空中交通控制員使用根據(jù)本發(fā)明原理的系統(tǒng)在低能見度條件下監(jiān)視地面交通的圖畫表示;圖16是利用根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)在低能見度條件下阻止進入跑道的圖畫表示。
一種用于在低能見度大氣中提供有關(guān)目標(biāo)和/或區(qū)域的位置和特征增強導(dǎo)航或警戒能力的系統(tǒng),通過在“太陽盲”區(qū)使用紫外線輻射而實現(xiàn)。有利的是,已經(jīng)發(fā)現(xiàn),這一輻射光譜中的輻射在低能見度大氣中的高效傳播可被用在實時圖象采集應(yīng)用中。雖然現(xiàn)有技術(shù)建議另一種方式,但已經(jīng)發(fā)現(xiàn),太陽盲區(qū)的臭氧吸收在低能見度大氣里面大大下降。第二紫外線輻射在低能見度大氣里面主要是前向傳播和/或散射。有利的是,這些發(fā)現(xiàn)再加上在該光譜不存在太陽背景輻射使得本發(fā)明因為通過使用高增益成象管提供高信噪比而能夠?qū)哂邢嚓P(guān)低功率紫外線輻射源的關(guān)鍵標(biāo)志或區(qū)域成象和/或確定位置。
本發(fā)明提供明顯高于其他當(dāng)前可用技術(shù)的優(yōu)點。紫外線輻射的短波長使本系統(tǒng)達到可與人眼相比擬的角分辨率,這是使用長波長的系統(tǒng)例如毫米波系統(tǒng)所不能達到的特性。接收信息速率與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)一致,能產(chǎn)生與實時景象相對應(yīng)的實時圖象。這一狀況允許全面的“環(huán)路內(nèi)”控制。大多數(shù)現(xiàn)行系統(tǒng)的性能均隨著能見度條件的惡化而下降,而本發(fā)明的性能在更嚴峻的條件下實際上是改善的。需要的元件也比其他系統(tǒng)的器件小許多,就使得能夠容易地安裝到飛機、船舶、小汽車和其他車輛上。此外,這些元件便宜、簡單并且容易買得到。
不失本發(fā)明原理的一般性和應(yīng)用性,本敘述在一些實施例中描向航空業(yè)。但是,不用說,本發(fā)明具有許多別的用途。例如,本發(fā)明可用于海運導(dǎo)航、警戒或者搜索和救援用途。
根據(jù)本發(fā)明原理的一種系統(tǒng)100的示例性方框圖大略地示于圖1。與感光趣的關(guān)鍵標(biāo)志共放一起或合成一體的輻射源1101-110i在“大陽盲”區(qū)產(chǎn)生紫外線輻射(~0.205-0.275μm)。例如,輻射源1101-110i可以位于或靠近可見信標(biāo)或者諸如跑道燈一類的信標(biāo)燈。在工作中,所發(fā)射的輻射線通過一個低能見度大氣120例如霧傳播到接收機130。接收機130檢出輸入的紫外線輻射,同時濾除光譜中來自其他地方的多余輻射。盡管低能見度條件的出現(xiàn)并模糊了關(guān)鍵標(biāo)志的位置,因為紫外線輻射穿透低能見度大氣120的關(guān)系,標(biāo)志的圖象或表示圖仍然可以采集到并隨即顯示出來。
每個輻射源1101-110i包括一個紫外線燈150,形成光束的光學(xué)元件160,和一個調(diào)制器170。燈150可用例如在所需要的紫外光譜發(fā)射輻射線的氙燈或汞弧燈一類的各種光源構(gòu)成。另一方法是,可以使用諸如倍頻NoYAG激光器一類的UV激光器。在后一種情形,可利用光電掃描器或機械掃描器使激光輻射線指向一個需要的空間角度。
圖2包括可用作燈150的幾種光源的典型光譜特性曲線圖。最好,燈150在一個寬帶波長光譜范圍的0.205μm-0.275μm之間(或者以離散的波長)發(fā)射輻射線。最好,調(diào)制器170調(diào)制燈150產(chǎn)生的輻射以形成一個可用以區(qū)別于其他可能的紫外線輻射源的重復(fù)的特征輻射模式。光學(xué)元件160用來使紫外線輻射指向一個理想的空間照明角度內(nèi)。
接收器130包括一個透鏡180,一個濾光器190,一個成象管200和一個信號處理器210。透鏡180的視野(FOV)最好是水平30°和垂直22.5°,但這些數(shù)值均能從幾度改變到120°。用UV石英或其他UV透射材料制成的透鏡180直徑一般為1″-4″,與毫米波系統(tǒng)所要求的12″-14″直徑的透鏡相比占有優(yōu)勢。接收機130的角分辨率一般可與人的眼睛相比擬、典型值約為1-2mrad(毫弧度)。
濾光器190是一個通過波長約在0.205μm-0.275μm之間的輻射線的帶通濾光器。顯著的滾降被用來衰減0.275μm以上波長的太陽輻射。最好,濾光器190在~0.175μm-0.290μm之間每納米衰減差不多一個數(shù)量級。設(shè)想濾光器190可包括吸收帶通濾光器和/或包括反射式濾光器級聯(lián)。各種材料都可使用。例如濾光器190可以部份地由具有圖3所示響應(yīng)特性曲線的NiSO4(H2O)6和CationX構(gòu)成。參見紐約Jahn Wiley&Son1966年出版的A.E.S.Green的“中紫外線”。另一種辦法是,可以使用這一技術(shù)中很有名的窄帶通濾光器或干涉濾光器,例如用于激光器之類的窄線發(fā)射源。同樣,分色鏡和多層涂覆鏡也可用于僅將感興趣的輻射光譜反射給成象管200。
最好,成象管200是一種“太陽盲”微通道板光電倍增管(MCP),例如新澤西州普林斯頓的EMR Photoelectric公司制造的MCPT,它工作在靈敏度的理論極限點或其附近??梢允褂闷渌m合的高增益檢測器,例如固態(tài)CCD、圖象增強器等等。雖然固態(tài)CCD不具有同樣的靈敏度,但它們可適用于輻射強度基本上處于高水平的矩距離。CCD例如說也可與MCP結(jié)合使用以獲得飛行所必須的系統(tǒng)冗余度。萬一出故障,CCD可在著陸的最后關(guān)鍵時刻用在短距離上,從而提供系統(tǒng)故障弱化而不是突然失效。
那些熟悉這一技術(shù)的人員將不難注意到MCP是一種通過對各個輻射量子計數(shù)并記錄其空間關(guān)系來檢出輻射圖象的攝象管。因為系統(tǒng)工作在基本上不存在太陽背景輻射的“太陽盲”區(qū),所以本檢測方法提供一個高信噪比。具體地說,MCP以下面的方式工作。輻射能聚焦到光陰極上,光陰極向直徑約10μm長為1mm的玻璃圓柱平行陣列發(fā)射初級電子。各圓柱的內(nèi)壁涂覆有二次發(fā)射材料。初級電子撞擊靠近入口端的內(nèi)壁并引起二次電子發(fā)射。這些二次電子轉(zhuǎn)而再撞擊圓柱更深處的內(nèi)壁并造成附加的二次電子。這種級聯(lián)機制產(chǎn)生出無噪聲高增益,一般達到106的數(shù)量級。對于紫外線微通道板的更完全敘述可參見C.B.Johnson等人的“ITT的紫外線感測技術(shù)進展”一文(1986年的SPIE紫外線技術(shù),150-54頁;和賓夕法尼亞州蘭開斯特市RCA固體分部1974年的RCA光電手冊)。
圖4示出的是成象管200的典型光譜響應(yīng)。由于在波長高于0.275μm存在顯著的光譜響應(yīng),濾光器190的截止特性曲線應(yīng)當(dāng)滿足濾除0.275μm以上的輻射的要求,以限制對太陽盲區(qū)的檢測。成象管200生成一個分辨率為~512×512象素的輻射源1101-110I的圖象或表示圖。
那些熟悉這一技術(shù)的人員將會重視由于夜間不存在太陽背景輻射,成象管200的固有頻譜響應(yīng)可能免去對濾光器190的需要這一事實。因而,可以在沒有檢測到太陽背景輻時,通過機械或光學(xué)機構(gòu)從輸入輻射的光路中自動去掉濾光器190。這一點可以通過使用一個響應(yīng)太陽背景輻射特性的檢測器實現(xiàn)。
信號處理器210處理來自成象管200的圖象。
以便濾去那些對應(yīng)于未經(jīng)調(diào)制的輻射例如那些由街燈、火、閃電等等產(chǎn)生的輻射的不需要信號。信號處理器210還在對應(yīng)于以不同頻率調(diào)制的輻射的信號中間進行鑒別。這種調(diào)制不論是FM,PCM還是AM都能加到與感興趣的關(guān)鍵標(biāo)志相關(guān)的紫外線源上,目的是使每個紫外線源具備識別特征。這些識別特征例如說可用來區(qū)別建筑物、障礙物頂上的危險報警器和/或跑道燈的顏色或型式。
信號處理器210處理過的信息饋給顯示器140,使得所需關(guān)鍵標(biāo)志的圖象或表示圖可以顯示給操作員。那些熟悉這一技術(shù)的人員將體會到,由接收機130產(chǎn)生的輻射源的圖象或表示圖可以用許多種圖象處理技術(shù)處理。參見紐約John Wiley&son 1978年出版的Pratt的“數(shù)字圖象處理”。顯示裝置140最好是一種透明的仰視顯示器、安裝在頭盔上的觀測器、面盔、或者是一種在安放于操作員的眼睛和他觀察的有關(guān)實際景象之間的介質(zhì)上顯示圖象或表示圖的裝置。換句話說,圖象可以顯示在監(jiān)視器上或者與其他傳感器的顯示器例如雷達顯示器合并。
那些熟悉這一技術(shù)的人員將體會到,信號處理器210可包括一個基于微處理器的裝置、A/D轉(zhuǎn)換器,控制邏輯電路,軟件以及其他有關(guān)電子線路。這類裝置的結(jié)構(gòu)是眾所周知的,因而這里將不討論。
根據(jù)本發(fā)明原理的系統(tǒng)的另一方框圖大略示于圖5。這個替代實施例除了反射器1501-150i與感興趣的關(guān)鍵標(biāo)志共放一起或并成整體之外與圖1的實施例相同。同樣地,輻射源1101在“太陽盲”區(qū)產(chǎn)生紫外線輻射。但是,輻射源1101基本和接收機130并置,而不是被低能見度大氣120隔開。
在工作中,發(fā)射源1101的輻射穿過低能見度大氣120傳播到反射器1501-150i。每一反射器1501-150i將輻射線反射或改成反向穿過低能見度大氣120。接收機130檢出該輻射并同樣地產(chǎn)生出來自反射器1501-150i的輻射的圖象或表示圖,然后把它顯示在顯示器140上。
由于發(fā)射源1101和接收機130互相緊靠在一起,例如在一架飛機上,有必要防止接收機130檢出發(fā)射源1101的背向散射。信號處理器210可借助門控發(fā)射源1101和接收機130的方法來完成這一任務(wù)。當(dāng)發(fā)射源1101正在發(fā)射時,信號處理器210發(fā)信號通知成象管200停止或禁止檢測。這一點通過門信號520來完成。當(dāng)發(fā)射已經(jīng)停止時,門信號520隨即短時消除,并且成象管200檢測反射器1501-150i的輻射。為了接通閘門,信號處理器210還可借助信號510通知信號調(diào)制170開始發(fā)射。
設(shè)想反射器1501-150i可以是后向反射器。后向反射器是一種將輻射大部分沿輸入輻射的路徑往回反射的裝置。因為接收機130和發(fā)射源1101緊靠在一起,所以任何反射回的輻射能將大部份被接收機檢出來。后向反射器可以采用許多種形式,例如直角棱鏡、球面鏡等等。
還設(shè)想返回到接收機130的輸入輻射可以調(diào)制以提高檢測效率或在其中加上其他需要的信息。這種調(diào)制例如說可以通過使用現(xiàn)有技術(shù)中熟知的機械的、電學(xué)的或光學(xué)的快門來實現(xiàn)。
另一種方法是,反射器1501-150i可以用一種以更大的電平強度再發(fā)射輸入輻射的轉(zhuǎn)發(fā)器代替。每一個轉(zhuǎn)發(fā)器本身包括例如說接收機130和發(fā)射源110,并且可以設(shè)計得根據(jù)附加信息對輻射進行調(diào)制。例如,來自發(fā)射源1101的紫外線輻射信號可以用來觸發(fā)每一個轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)射代表障礙或跑道燈不同型式的唯一返回輻射信號。這些不同的輻射信號可以通過顯示裝置140上的顏色、形狀或其他信息區(qū)別開來。
為了更全面地理解本發(fā)明的原理,簡單討論一下電磁輻射傳播將是有益的。從發(fā)射源穿過氣態(tài)環(huán)境傳播的輻射有一個輻射率EE=TaIR2]]>式中I為發(fā)射源輻射強度,R為距發(fā)射源的距離,Ta為大氣透射率。Ta的范圍從表示全透射的單位值到表示全吸光的零值。這一透射率Ta表示輻射強度由于吸收和散射而造成的下降量,它是一個包括波長、路徑長度、壓力、溫度、濕度以及大氣成份在內(nèi)的多變量函數(shù)。
更具體地說,大氣透射率由Beer定律給出Ta=eαR式中α為光譜衰減系數(shù)或“吸光系數(shù)”。吸光系數(shù)α與波長有關(guān)并且是大氣對輻射的吸收和散射范圍的一個度量標(biāo)準??蓞⒁娰e夕法尼亞州蘭開斯特市的RCA固體分部1974出版的“RCA光電手冊”。
衰減是散射和吸收的結(jié)果。散射效應(yīng)由兩個主要機制即稱為“Rayleigh”散射的空氣分子散射和稱為“Mie”散射的較大懸浮微粒質(zhì)點散射所產(chǎn)生??蓞⒁娂~約Pergamon出版社1975年出版的Born和Wolf的“光學(xué)原理”。雖然多種多樣的要素都是造成吸收的原因,但臭氧O3和氧氣O2的作用在感興趣的紫外線區(qū)最顯著。臭氧吸收在晴朗天氣占主要地位。
每個衰減源的吸光系數(shù)可以分別確定。圖6示出的是用于Rayleigh散射(αRayLEIGH)、大氣微粒散射(αAEROSOL)和臭氧吸收(αOZONE)的海平面吸光系數(shù)與波長的函數(shù)關(guān)系。各吸光系數(shù)之和表示大氣的總吸光系數(shù)(α)。以吸光系數(shù)α度量的大氣中產(chǎn)生的吸收和散射總量對穿過大氣的能見度有深刻的影響。
由圖6的吸光系數(shù)曲線,現(xiàn)有技術(shù)認為紫外輻射將比可見光輻射衰減更嚴重。雖然臭氧在電磁光譜的大部分區(qū)域只產(chǎn)生微不足道的衰減,但它是造成紫外線區(qū)域驚人吸收的主要原因。在0.21μm左右以下,氧氣開始對吸收產(chǎn)生重大影響。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)把各種現(xiàn)象結(jié)合到一起,允許紫外線輻射穿透低能見度環(huán)境。首先,發(fā)現(xiàn)臭氧吸收效應(yīng)在大氣水分子凝結(jié)形成小水珠(直徑10-20μm)仍然懸浮在空氣中時所造成的濃霧中顯著下降。成為不良天氣條件原因之一的水珠與臭氧分子相互作用并分解成分子和原子氧。有利的是,這造成歸因于臭氧的那部份吸光系數(shù)即αOEONE下降。局部大氣中的臭氧還隨著不良天氣條件因而也是能見度的變壞而進一步減少。換句話說,紫外線區(qū)域的臭氧吸收隨著能見度條件變得更嚴重而降低。此外,臭氧在夜間自然分解、早晨達到最低值(這時的低能見度條件最優(yōu))的事實可以被用作一個有利條件。
雖然紫外線輻射被存在于低能見度環(huán)境中的水珠顯著散射,但也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)大部份基本上是前向傳播和/或散射的,如圖7所示,因而沒有被衰減掉。而且,足夠數(shù)量的能量在軸上傳播,使得其發(fā)射源的位置能以良好的分辨率確定。但是,在不良天氣條件下紫外線區(qū)域仍然存在相當(dāng)大的衰減。不過該光譜區(qū)的不存在任何太陽背景輻射使得高增益攝象管例如微通道板管能夠被用來根據(jù)檢測到的極低輻射定出輻射源位置和描出輻射源的圖象。
在賓夕法尼亞州Williamspot機場得到的實驗結(jié)果證明了紫外線輻射在“太陽盲”區(qū)穿透低能見度大氣的用途。Williamspot機場被選用來克服其易遭受濃霧的狀況。在700英尺的實測能見度條件(用FAA批準的視距儀測量)下,兩只隔開六英尺的鹵鎢發(fā)射源被放在和接收機130距離2400英尺處。這兩個發(fā)射源被清楚地分散檢測到并如圖8所示那樣顯示出來。相應(yīng)的發(fā)射源的圖象810和820不成水平,是因為在試驗期間未將成象管對準。圖9以另一種格式提供同一結(jié)果。這些圖形進一步證實紫外線信號輻射基本上前向傳播和/或散射穿過低能見度大氣。而且,兩個發(fā)射源的清晰分開進一步證實至少在那些條件下本發(fā)明具有可與人的眼睛相比擬的角分辨率(~0.25毫弧度)的成象能力。
為了理解本發(fā)明的優(yōu)點,考查一下航空業(yè)目前處理能見度問題的方法。低能見度條件被FAA為了航空的目的分類如下表所示。
用于飛機著陸的天氣最低值
每一個著陸類別都有一個基于距離的相關(guān)跑道可見距離,在該距離處可探測到具有5%反差的目標(biāo)物體。飛機和機場使用的精密著陸設(shè)備根據(jù)其在上表指出的各種低能見度條件下引導(dǎo)安全著陸的集總能力進行檢定。如果跑道可見距離變得小于與精密著陸系統(tǒng)的給出類別相關(guān)的距離,那個特定級別的系統(tǒng)就不能用于進場著陸。例如,如果一架裝備有CAT II型精密著陸系統(tǒng)的飛機的飛行員在最后進場著落并且他在100英尺的飛行高度(相當(dāng)于肉眼可見)不能看到距離1200英尺處的跑道,飛行員就必須執(zhí)行未看到入場口操作。
每一類著陸所需要的精密著陸設(shè)備隨著低能見度條件更為嚴峻而變得越來越復(fù)雜和昂貴。由于這樣的開支,僅有很小一部份機場和飛機具有CAT IIIa著陸能力和不到十套設(shè)施具有全面檢定的CAT IIIc能力。本發(fā)明的優(yōu)點之一就在于允許在比飛機和機場精密著陸系統(tǒng)能力正常允許的更為嚴峻的不良天氣著陸。例如商業(yè)航空公司已經(jīng)表示渴望裝備CAT I的飛機能在CAT IIIa能見度條件下著陸。這就要求在700英尺的能見度條件下能在飛行高度200英尺和距離2400英尺處看得見跑道。這樣一種能力由于將開展為目前在不良天氣期間關(guān)閉的數(shù)百個機場服務(wù)而提供可觀的經(jīng)濟和運營效益。
轉(zhuǎn)到圖10,圖中示出根據(jù)圖1和5的方框圖的系統(tǒng)的一個圖畫表示,它使飛機在不良天氣下著陸變得容易。在0.205μm-0.275μm的太陽盲光譜內(nèi)的紫外線輻射從發(fā)射源1101-110i射出。發(fā)射源1101-110i位于、靠近或者與跑道邊燈和中心線燈合并成一體。最好,發(fā)射源1101-110i安裝在跑道邊燈和中心線燈例如康涅狄格州溫索爾市的Crouse-Hinds Airport Lighting Products公司制造的HRLQ跑道邊燈和康涅狄格州溫索爾市的Sepco Aviation Lighting公司制造的RCL-20560P2型中心線燈里面。最好,發(fā)射源1101-110i以3°的仰角和可變的方位角發(fā)射輻射。
換句話說,跑道中心線燈和邊燈可以改進得具有在需要的紫外線區(qū)域有益地發(fā)射一部份輻射的燈泡。用這一方法,跑道燈就起到可見標(biāo)志和紫外線發(fā)射源兩者的作用。在一些情況下,燈泡可以不必改進。已用在許多跑道裝置中的石英鹵鎢燈如果工作于3000°K區(qū)域的黑體溫度,就發(fā)射出足夠的紫外區(qū)輻射??蓞⒁?993年“光子學(xué)設(shè)計和應(yīng)用手冊”中的“用于照明的鹵鎢燈”。在一些情況下,改變輻射模式的燈球和透鏡可能必須代之以那些能在感興趣的紫外線區(qū)域發(fā)射的燈泡。
所發(fā)射的紫外線輻射傳播透過低能見度大氣120并被位于飛機1035上的接收機130接收。正如上面所討論的,接收機130包括能夠產(chǎn)生被接收輻射源的圖象或空間表示圖的太陽盲成象管200(示于圖1和5)。顯示裝置140給飛行員提供發(fā)射源1101-110i的一個圖象或表示圖。接收機130可檢出幾百英尺外的發(fā)射源的光暈形式的散射。感興趣輻射的前向散射特性使得光暈基本上集中在其發(fā)射源的原點附近因而適于進行信號處理。在這一技術(shù)中熟知的各種抗暈技術(shù)的任何一種都可用來在最后顯示的圖象中消除這種圖暈效應(yīng)的存在。這種技術(shù)使得近場和遠場圖象都能顯示出來而實際上沒有任何角分辨率損失。圖象處理技術(shù)也可被用來在“環(huán)路外”著陸中完成自動定位和跟蹤。
另一種辦法是,紫外線輻射可以從放置在飛機1035上的一個適當(dāng)發(fā)射源發(fā)射。同樣地,紫外線輻射傳播穿過低能見度大氣120直到遇上放置在或靠近跑道邊燈和中心線燈處或者與之合并的反射器1501-150i為止。反射器1501-150i將輸入的紫外線輻射往回反射穿過低能見度大氣120。這個輻射隨即被接收機130檢測,同樣產(chǎn)生出反射器1501-150i的圖象或空間表示圖。顯示裝置140再將反射器1501-150i的圖象或空間表示圖提供給飛行員。用這個方法,飛行員就能夠甚至在低能見度條件下“看見”跑道,從而使他能夠?qū)w機安全著陸。
圖11A示出的是一架飛機企圖在四分之一英里能見度條件下不使用本發(fā)明著陸的圖畫表示。距跑道一英里、半英里和四分之一英里處的飛機分別以標(biāo)號1、2和3表示,光錐表示飛行員能夠透過濃霧看得見的距離。飛行員在那些相應(yīng)位置獲得的對應(yīng)可見圖象示于圖12A-C。在這個例子中,飛行員在距離四分之一英里處突然遇到霧,他對跑道的觀察如圖12C所描繪的那樣模糊不清。
為了比較,圖11B示出的是同一飛機使用本發(fā)明著陸的圖畫表示。同樣地,標(biāo)號1、2和3描述距跑道和圖11A同樣距離的飛機。此外,圖13A-C示出的是飛行員分別在距離一英里、半英里和四分之一英里處在顯示器140上看見的顯示器圖畫表示。應(yīng)當(dāng)指出,盡管突然起霧,飛行員還是繼續(xù)享有一英里的能見度。
對于些些熟悉這一技術(shù)的人員,顯然本發(fā)明可以和現(xiàn)有著陸系統(tǒng)例如GPS/GNSS、ILS或MLS生成的現(xiàn)行著陸引導(dǎo)命令一起使用。圖14示出用這種引導(dǎo)命令定方位生成在仰視顯示器上的飛行向量方位表示圖。飛行員控制他的飛機使得他保持這個向量的方位或者居中于兩組標(biāo)志之間,或者限制在一個導(dǎo)向球的附近。圖14B示出的是同一飛行向量與本發(fā)明檢出的跑道燈實際位置的圖象疊起來。來自兩種截然不同的發(fā)射源的導(dǎo)航信息的同時顯示就在飛行的最關(guān)鍵階段期間提供一個極其重要的相互核對。這個相互核對給有關(guān)空勤人員“卸載”并放他們?nèi)?zhí)行其他任務(wù),從而提高安全性。
在另一個實施例中,接收機和顯示器可以安裝在機場控制塔臺里以在低能見度條件期間輔助地面警戒。除跑道信標(biāo)以外,紫外線發(fā)射源可以放在所有的飛機上并與所存在的可見信標(biāo)共放一起或合并(在圖10中示為信標(biāo)145)。機場跑道與滑行飛機往來的圖象可用仰視顯示器提供給空中控制員或投影到控制塔臺的窗口。這一執(zhí)行過程的圖畫表示于圖15。用發(fā)射源1101-110i改裝滑行飛機1530和地面車輛。紫外線輻射傳播到安裝有接收機130和顯示器140的控制塔臺1520。空中交通控制員利用本發(fā)明提供的圖象控制地面交通的圖解說明示于塔臺1520的剖視圖中。
每個發(fā)射源都可調(diào)制或編碼得唯一識別每架飛機。而且,電視跟蹤框可連續(xù)自動調(diào)整自己的尺寸以確保完全圍住目標(biāo)飛機,而又不讓其他目標(biāo)進入框內(nèi)。這種每架飛機用一個單獨控制門的自動跟蹤過程保證了優(yōu)于雷達系統(tǒng)的性能。如此,對于使用“掃描且跟蹤”的系統(tǒng)可能出現(xiàn)的交叉目標(biāo)捕捉就只存在一個很低的概率。而且,調(diào)制或編碼過的輻射可以用于“防干擾”。各種目標(biāo)物體和/或區(qū)域可以通過濾掉與那些目標(biāo)物體和/或區(qū)域關(guān)聯(lián)的調(diào)制信號而從顯示器上除去。
許多控制塔臺目前都使用大型監(jiān)視器顯示機場跑道和滑行道的平面圖。飛機和地面車輛的位置可以在其相當(dāng)?shù)奈恢锰幆B加到那些監(jiān)視器上,非常像氣象衛(wèi)星圖象疊加在地球表面那樣。由于這個顯示格式對空中交通控制員是熟悉的,這就更有助于本發(fā)明的使用。
滑行飛機也可在向跑道移動或離開跑道時使用本發(fā)明。與原有可見信標(biāo)共放一起的紫外線發(fā)射源規(guī)定滑行路線,并且與原有可見信標(biāo)共放一起的紫外線發(fā)射源能通知飛行員存在其他飛機。最好,這些紫外線發(fā)射源為脈沖氙發(fā)射源。正如圖16中畫圖示出的一樣,著陸的飛機、滑行的飛機和控制塔臺使用本發(fā)明提供了在低能見度條件下的多重阻止進入跑道。接收機130、顯示器140以及帶紫外線發(fā)射源的飛機信標(biāo)都安裝在滑行的飛機1530上。這同一樣的設(shè)備也安裝在著陸的飛機1035上??刂扑_1520同擁有一個接收機和顯示器。用這一方法,在著陸的飛機1035、滑行的飛機1530和塔臺1520中的人員就能看見空中和跑道上的飛機往來?;械娘w機1530中的飛行員視域描畫在右上方。可以清楚地看見跑道和著陸的飛機1035??罩薪煌刂茊T的視域描畫在頂部中間,他能夠既監(jiān)視滑行的飛機1530,又監(jiān)視著陸的飛機1035。著陸的飛機1035的飛行員在他的視域中,正如左下方描畫的一樣,能清楚地看見跑道和滑行的飛機。這樣一來,本發(fā)明就提供了一個三叉形阻止進入跑道的潛力。
不言而喻,雖然本發(fā)明對航空工業(yè)有無法計量的好處,但本發(fā)明的應(yīng)用決不局限于在飛機上使用,但本發(fā)明的應(yīng)用決不局限于在飛機上使用。例如,系統(tǒng)可用于實現(xiàn)搜索和救援。一般觸礁的船舶可以使用紫外線發(fā)射源或反射器幫助裝備本發(fā)明的搜索飛機或搜索艇在不良天氣下確定該船舶的位置。
另外,本發(fā)明可以用于障礙探測和碰撞避免。紫外線發(fā)射源可以和危險報警信標(biāo)共放一起,通知飛行存在建筑物、電臺天線、電力線等等。本發(fā)明也可以用于允許目前在低能見度條件下有危險的危險地勢區(qū)域?qū)Ш?。例如,在山區(qū)的機場起飛和著陸因為存在飛機與地形障礙物碰撞的很大危險,目前在濃霧條件下是被禁止的。但是,發(fā)射源、反射器或轉(zhuǎn)發(fā)器可以固牢到山坡、山尖和其他地形障礙物上,使得本發(fā)明能把它們的位置提供給飛行員。這種信息也可用來指示進出該地區(qū)的恰當(dāng)飛行路線。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)對海運界也可有重要的使用。例如,目前的實際是用導(dǎo)航浮標(biāo)界定較好的水路航行通道。船舶在浮標(biāo)規(guī)定的邊界里面的航道上航行。這些浮標(biāo)常常很難在大船、小船的來來往往、波濤、地物回波和沉積物的包圍之中定位。本發(fā)明能緩解這個導(dǎo)航困難。紫外線發(fā)射源和反射器可放在浮標(biāo)上,而接收機則可安裝在船舶中。浮標(biāo)的位置可顯示在船艙中的仰視顯示器上或者疊加在艙窗上。用這一辦法,船長就能識別導(dǎo)航浮標(biāo)并相應(yīng)地操縱他的船舶。
更有利的是,浮標(biāo)的位置可用于注釋已有的雷達顯示器。一般,雷達系統(tǒng)提供物體的位置,但把那些物體的識別留給雷達操作員。本發(fā)明的數(shù)據(jù)可以用于自動識別導(dǎo)航浮標(biāo)并提供雷達顯示器上的那個信息,從而提供一個適當(dāng)?shù)乃虾降缊D。
因為使用已調(diào)制紫外線發(fā)射源固有的唯一識別能力。大數(shù)量目標(biāo)物體都可以在雷達顯示器上分別定位、識別和注釋,包括障礙物上的危險報警器、橋梁上的RACON信標(biāo)以及其他船舶上的移動燈光。發(fā)射源最好是UV激光器也可以與測距燈光元件聯(lián)合放置在一起。
另外,本發(fā)明可以安裝在小汽車上。例如,紫外線發(fā)射源和反射器可以并排放在路側(cè)邊緣。小汽車車內(nèi)的接收機和顯示裝置能幫助司機在濃霧條件期間保持他在公路上的位置。事實上,本發(fā)明能夠在任何需要能看穿低能見度環(huán)境并快速作出反應(yīng)的實際應(yīng)用場合起作用。
不言而喻,對于熟悉這一技術(shù)的那些人員來說,各種其他形式的修改也是顯而易見的,不需要脫離本發(fā)明的范圍和精神。因而,無意將本文所附權(quán)利要求書的范圍局限于這里提供的敘述,而是把權(quán)利要求書看作包括歸屬于本發(fā)明的可取得專利的新產(chǎn)品的所有特性,包括會被熟悉這一技術(shù)的那些人員看作是其等效物的與本發(fā)明有關(guān)的所有特性。
權(quán)利要求
1.一種用于在低能見度大氣中對至少具有一個識別標(biāo)志的目標(biāo)物體定位的系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括與所述至少一個識別標(biāo)志并置的裝置,用于在太陽盲區(qū)基本上發(fā)射紫外線輻射穿透低能見度大氣;響應(yīng)所述紫外線輻射的裝置,用于建造所述用于發(fā)射的裝置的一個圖象;以及用于處理所述圖象的裝置,目的是除去與也是在太陽盲區(qū)內(nèi)發(fā)射的物體有關(guān)的輻射。
2.權(quán)利要求1的系統(tǒng)還包括用于顯示所述圖象的一個所表示圖的裝置。
3.權(quán)利要求2的系統(tǒng),其中所述用于顯示的裝置包括一個仰視顯示器,所述表示圖在仰視顯示器中疊加到所述至少一個關(guān)鍵標(biāo)志的可視圖象之上。
4.權(quán)利要求1的系統(tǒng),其中所述用于建造一個圖象的裝置包括一個微通道板光電倍增管。
5.權(quán)利要求1的系統(tǒng)還包括用于將所述紫外線輻射聚焦到所述用于建造一個圖象的裝置上的裝置。
6.權(quán)利要求5的系統(tǒng),其中所述用于聚焦的裝置包括一個透鏡。
7.權(quán)利要求1的系統(tǒng),其中所述用于處理的裝置包括一個信號處理器。
8.權(quán)利要求1的系統(tǒng)還包括用于根據(jù)所述至少一個識別標(biāo)志的特征調(diào)制所述紫外線輻射的裝置。
9.權(quán)利要求1的系統(tǒng),其中所述用于建造一個圖象的裝置包括有選擇地差不多阻塞掉0.275μm以上的輻射的裝置。
10.權(quán)利要求9的系統(tǒng),其中所述用于有選擇地濾光的裝置包括一個吸收濾光器。
11.權(quán)利要求1的系統(tǒng),其中所述用于發(fā)射的裝置包括用于使紫外線輻射順著一個預(yù)定的照射空間角和一個所需的仰角指向的裝置。
12.權(quán)利要求1的系統(tǒng),其中所述至少一個識別標(biāo)志包括一個機場構(gòu)筑物。
13.權(quán)利要求12的系統(tǒng),其中所述機場構(gòu)筑物包括跑道信標(biāo)和跑道燈。
14.權(quán)利要求1的系統(tǒng),其中所述用于建造一個圖象的裝置放在飛機上。
15.權(quán)利要求1的系統(tǒng),其中所述用于建造一個圖象的裝置放在控制塔臺內(nèi)。
16.權(quán)利要求1的系統(tǒng),其中所述用于發(fā)射的裝置放在飛機上。
17.權(quán)利要求1的系統(tǒng),其中所述用于發(fā)射的裝置與所述至少一個識別標(biāo)志的構(gòu)筑物合并。
18.權(quán)利要求1的系統(tǒng),其中所述用于發(fā)射的裝置從氙燈、石英水銀燈、鹵鎢燈或重氫燈組成的一組燈中選出。
19.權(quán)利要求1的系統(tǒng),其中所述用于發(fā)射的裝置包括一個激光器。
21.一種用于在低能見度大氣中增強導(dǎo)航能力的系統(tǒng),包括多個與關(guān)鍵標(biāo)志并置的發(fā)射源,所述多個發(fā)射源基本上在太陽盲區(qū)發(fā)射紫外線輻射;響應(yīng)所述紫外線輻射的裝置,用于使所述多個發(fā)射源形成圖象;以及用于向觀測員顯示所述圖象的裝置,所述圖象提供一個導(dǎo)航基準。
22.權(quán)利要求21的系統(tǒng)還包括用于處理所述圖象的裝置。
23.權(quán)利要求21的系統(tǒng),其中所述用于成象的裝置包括一個微通道板光電倍增管。
24.權(quán)利要求21的系統(tǒng)還包括用于調(diào)制來自所述多個發(fā)射源的所述紫外線輻射的裝置。
25.權(quán)利要求21的系統(tǒng),其中所述用于成象的裝置包括用于差不多阻塞掉0.275μm以上的輻射的裝置。
26.一種用于在低能見度大氣中導(dǎo)航的系統(tǒng),包括多個與關(guān)鍵標(biāo)志并置的反射器;基本上沿著到所述多個反射器的方向發(fā)射輻射的發(fā)射源,所述輻射基本上都在太陽盲區(qū)內(nèi);響應(yīng)所述多個反射器反射的輻射的裝置,用于形成所述多個反射器的一個圖象,所述用于形成一個圖象的裝置與所述發(fā)射源并置;以及用于顯示所述圖象的表示圖,從而所述表示圖向觀測員提供導(dǎo)航基準的裝置。
27.權(quán)利要求26的系統(tǒng),其中所述用于形成一個圖象的裝置包括一個具有基本上在0.205μm-0.275μm之間的帶通區(qū)域的濾光器。
28.權(quán)利要求26的系統(tǒng),其中所述多個反射器包括后向反射器。
29.權(quán)利要求26的系統(tǒng)還包括用于處理所述圖象的裝置。
30.權(quán)利要求26的系統(tǒng),其中所述用于形成一個圖象的裝置包括一個微通道板光電倍增管。
31.權(quán)利要求26的系統(tǒng)還包括用于調(diào)制來自所述發(fā)射源的所述紫外線輻射的裝置。
32.權(quán)利要求26的系統(tǒng)還包括用于調(diào)制來自所述多個反射器的所述紫外線輻射的裝置。
33.權(quán)利要求26的系統(tǒng),其中所述用于形成一個圖象的裝置包括用于以電子學(xué)方法濾出對應(yīng)于基本上在0.205μm-0.275之間的輻射且具有所要求的調(diào)制的信號的裝置。
34.權(quán)利要求26的系統(tǒng)還包括用于門控使得對來自所述發(fā)射源的輻射的后向散射基本上被減掉的裝置。
35.一種用在低能見度大氣中的系統(tǒng),包括多個與關(guān)鍵標(biāo)志并置的轉(zhuǎn)發(fā)器;一個基本上沿著到所述多個轉(zhuǎn)發(fā)器的方向發(fā)射第一輻射的發(fā)射源,所述轉(zhuǎn)發(fā)器響應(yīng)所述第一輻射發(fā)射一個第二輻射,所述第一和第二輻射均在太陽盲區(qū)之內(nèi);以及響應(yīng)所述第二輻射的裝置,用于形成所述多個轉(zhuǎn)發(fā)器的一個圖象,所述用于形成一個圖象的裝置與所述發(fā)射源并置。
36.權(quán)利要求35的系統(tǒng),其中所述第一和第二輻射具有不同的波長。
37.權(quán)利要求35的系統(tǒng)還包括用于顯示所述圖象的一個表示圖、從而所述表示圖向觀測者提供導(dǎo)航基準的裝置。
38.權(quán)利要求35的系統(tǒng),其中所述用于顯示的裝置包括一個仰視顯示器。
39.權(quán)利要求35的系統(tǒng),其中所述用于形成一個圖象的裝置包括一個微通道板光電倍增管。
40.權(quán)利要求35的系統(tǒng)還包括處理所述圖象的裝置,用于去掉與在太陽盲區(qū)發(fā)射的物體相關(guān)的輻射。
41.權(quán)利要求35的系統(tǒng)還包括用于根據(jù)所述關(guān)鍵標(biāo)志的特征調(diào)制所述第二輻射的裝置。
42.權(quán)利要求35的系統(tǒng),其中所述用于形成一個圖象的裝置包括用于有選擇性地差不多阻塞掉0.275μm以上的輻射的裝置。
43.權(quán)利要求35的系統(tǒng),其中所述關(guān)鍵標(biāo)志包括一個機場構(gòu)筑物。
44.權(quán)利要求43的系統(tǒng),其中所述機場構(gòu)筑物包括跑道信標(biāo)和跑道燈。
45.權(quán)利要求35的系統(tǒng),其中所述用于形成一個圖象的裝置放在飛機上。
46.權(quán)利要求35的系統(tǒng),其中所述用于形成一個圖象的裝置放在控制塔臺上。
47.一種用于在低能見度大氣中確定具有至少一個識別標(biāo)志的目標(biāo)物體的方法,所述方法包括的步驟是將一個用于在太陽盲區(qū)基本上發(fā)射紫外線輻射穿透低能見度大氣的發(fā)射源所述至少一個識別標(biāo)志共放一起;根據(jù)接收到的來自發(fā)射源的輻射形成所述發(fā)射源的一個圖象;以及顯示所述圖象的一個表示圖。
48.權(quán)利要求47的方法還包括將所述圖象的所述表示圖疊加到所述至少一個關(guān)鍵標(biāo)志的實際可見圖象上的步驟。
49.權(quán)利要求47的方法還包括處理所述圖象的步驟。
50.權(quán)利要求47的方法還包括根據(jù)所述至少一個識別標(biāo)志的特征調(diào)制所述紫外線輻射的步驟。
51.權(quán)利要求47的方法,其中所述形成一個圖象的步驟包括差不多阻塞掉0.275μm以上輻射的步驟。
52.權(quán)利要求47的方法,其中用于發(fā)射紫外線輻射的發(fā)射源是一個激光器。
53.一種用于在低能見度大氣中導(dǎo)航的方法,包括步驟是將多個反射器與關(guān)鍵標(biāo)志共放一起;從發(fā)射源基本上沿著到所述多個反射器的方向發(fā)射輻射,所述輻射基本上都在太陽盲區(qū)之內(nèi);根據(jù)從所述多個反射器反射的輻射形成多個反射器的一個圖象;以及顯示出所述圖象的一個表示圖,從而所述表示圖向觀測員提供一個導(dǎo)航基準。
54.權(quán)利要求53的方法,其中所述形成一個圖象的步驟包括差不多阻塞掉0.275μm以上的輻射的步驟。
55.權(quán)利要求53的方法還包括處理所述圖象的步驟。
56.權(quán)利要求53的方法還包括調(diào)制來自所述發(fā)射源的紫外線輻射的步驟。
57.權(quán)利要求53的方法還包括調(diào)制從所述多個反射體反射的紫外線輻射的步驟。
全文摘要
一種用于在低能見度條件下增強導(dǎo)航和警戒能力的系統(tǒng)通過使用一個或多個紫外線輻射源(110)、一個接收機(130)和一個顯示器(140)實現(xiàn)、接收機(130)能產(chǎn)生可構(gòu)造成所接收的輻射的二維圖象的輸出信號,顯示器(140)則用于顯示這樣的信號。在一個優(yōu)選實施例中,紫外線輻射源(110)與關(guān)鍵標(biāo)志例如路道信標(biāo)或危險信標(biāo)共放一起。紫外線輻射發(fā)射源于發(fā)射源(110),最好調(diào)制形成一個重復(fù)的信號,它傳播穿過低能見度大氣,并被紫外線成象接收機接收。在另一個優(yōu)選實施例中,紫外線輻射源(110)放在紫外線成象接收機處或附近,也就是說在同一個運載工具上或在同一個固定的位置。一個或多個反射器(150)與關(guān)鍵標(biāo)志共放一起。反射器反射從發(fā)射源接收的紫外線輻射信號往回穿過低能見度大氣至紫外線成象接收機,從而將所接收輻射的一個圖象通過顯示裝置(140)提供給操作員。在另一個優(yōu)選實施例中,反射器可以用轉(zhuǎn)發(fā)器代替。本發(fā)明允許飛行員、車輛駕駛員、空中交通控制員或是其他操作員在低能見度條件下以類似于在晴朗天氣下所使用的方法執(zhí)行導(dǎo)航或警戒任務(wù)。
文檔編號G01S1/70GK1189231SQ96195093
公開日1998年7月29日 申請日期1996年5月30日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月30日
發(fā)明者小維克多J·諾里斯 申請人:小維克多J·諾里斯