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冰與過冷水檢測系統(tǒng)的制作方法

文檔序號:10628042閱讀:981來源:國知局
冰與過冷水檢測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種用于對關(guān)注區(qū)域內(nèi)的冰或大粒徑過冷微滴進行檢測的系統(tǒng),該系統(tǒng)具有檢測系統(tǒng),該檢測系統(tǒng)在關(guān)注區(qū)域暴露于具有在大約2.05μm至大約2.30μm范圍中的波長的短波紅外輻射的情況下對關(guān)注區(qū)域的輻射或反射進行測量。該檢測系統(tǒng)對在具有在大約2.05μm至大約2.15μm范圍中的波長的第一譜帶中的輻射或反射進行測量并輸出第一譜帶信號,并且還對在具有在大約2.15μm至大約2.30μm范圍中的波長的第二譜帶中的輻射或反射進行測量并輸出第二譜帶信號。處理單元確定第一譜帶信號與第二譜帶信號的比例,并將該比例與預(yù)定臨界比例進行,并且輸出指示冰或過冷水滴的存在的確定信號。
【專利說明】冰與過冷水檢測系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2014年5月14日提交的美國發(fā)明申請N0.14/277,082的優(yōu)先權(quán),并且還要求于2013年10月24日提交的美國臨時申請N0.61/895,040的權(quán)益。以上申請的全部公開內(nèi)容通過引用并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開內(nèi)容涉及下述光學(xué)系統(tǒng),所述光學(xué)系統(tǒng)能夠檢測在寬范圍的多種表面例如橋、道路、人行道、鐵路、跑道上的冰以供基于地面的交通工具使用,并且還能夠在凍結(jié)的過冷水滴影響空中的交通工具例如飛行器、無人機(UAV)以及其他關(guān)注對象的表面時檢測所述凍結(jié)的過冷水滴。
[0004]【背景技術(shù)】和

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]該部分提供與本公開內(nèi)容有關(guān)的背景信息,該背景信息不一定是現(xiàn)有技術(shù)。該部分還提供本公開內(nèi)容的總體概述,并且該部分不是對本公開內(nèi)容的全部范圍或所有本公開內(nèi)容的特征的全面披露。
[0006]對冰以及相關(guān)聯(lián)的結(jié)冰條件的檢測是使與各種運輸方式關(guān)聯(lián)的安全性最大化時的重要因素。眾所周知的是,表面上積冰會導(dǎo)致下述情況的增加出現(xiàn):交通工具事故、源于跌倒的人身傷害、以及對運輸和其他人類活動的破壞。
[0007]與交通工具行駛有關(guān),道路冰會經(jīng)常以對于謹慎的駕駛員都難以檢測的方式出現(xiàn)。這樣的冰一一經(jīng)常被稱為“滑冰(slippery ice)”或“黑冰”一一通常是光滑的和透明的。類似地,與飛行器行駛有關(guān),空中結(jié)冰條件會經(jīng)常以對飛行員難以識別的方式發(fā)生??罩薪Y(jié)冰會全年在全球幾乎所有區(qū)域發(fā)生,從而使得檢測及避免對于飛行安全是重要的。
[0008]不幸地是,幾乎不存在能夠可靠地對結(jié)冰條件或冰的存在進行檢測并且提供相關(guān)聯(lián)的警報的系統(tǒng)。對于基于地面的交通工具例如汽車、卡車、火車、自動大眾運輸工具、鐵軌、單軌、地鐵、公共汽車、摩托車、腳踏車以及類似的交通工具,令人驚訝的是缺乏適當(dāng)?shù)南率鱿到y(tǒng),該系統(tǒng)用于對在表面例如道路、橋、鐵路、人行道或者甚至滑行道(例如與飛行器的地面操作有關(guān))上的冰的存在進行檢測,并且向用戶警告冰的存在。實際上,大部分交通工具中的冰檢測僅僅包括當(dāng)空氣溫度處于水的凝固點或在水的凝固點附近時的簡單通知。然而,不幸的是,其通常并不指示可能影響交通工具的安全和/或駕駛性能的表面冰的存在。由于駕駛員和操作者沒有意識到最終被駕駛員或操作者所忽視的錯誤的警報或惡化的條件,這總是導(dǎo)致大量的事故和死亡。對于基于空中的交通工具例如飛行器、直升機、UAV以及類似的交通工具,另外的系統(tǒng)是可利用的,但是每個系統(tǒng)都具有很多缺點。
[0009]用于對表面例如道路上的滑冰進行檢測的現(xiàn)有技術(shù)方法使用能夠測量由滑冰反射的光的偏振的成像器。然而,應(yīng)該理解的是,盡管光在被介電材料例如冰反射時被偏振,但是冰不是唯一的使光偏振的介電材料。實際上,由濕的表面和/或油的表面進行的反射也會引起偏振,這可能會導(dǎo)致對冰的錯誤的報告。因此,偏振不能夠在對光進行反射的可能類型的介電材料之間進行區(qū)分。因此,其不能用于明確地檢測冰的存在。例如,美國專利N0.2008/0129541A1涉及能夠監(jiān)視交通工具前方的道路的滑冰警告系統(tǒng)。一個或兩個攝像裝置用于在兩個正交偏振處對相同場景進行成像。當(dāng)使用單個攝像裝置時,使用偏振分束器來將反射光分成兩個正交偏振。通過測量反射光的偏振來對交通工具前方的滑冰的存在的可能(但是不明確)的確定進行檢測。然而,此外,該系統(tǒng)不能夠識別所檢測到的偏振是由于冰還是一些其他反射材料而導(dǎo)致的。
[00?0] 另外的冰檢測系統(tǒng)是基于原位測量(in-situ measurement)并且僅應(yīng)用于空中應(yīng)用。例如,美國專利N0.7,104,502是針對下述系統(tǒng):該系統(tǒng)能夠通過測量飛行器上的暴露于氣流的柱狀物(strut)的振動頻率的改變來檢測冰的積累。該柱狀物包含下述的至少一個特征:其使得冰能夠在該柱狀物上以比在飛行器的其他部分更快的速率逐漸增長。類似地,美國專利N0.7,370,525涉及用于對飛行器表面上的積冰進行檢測的雙通道飛行系統(tǒng)。該系統(tǒng)用線性偏振光照射(illuminate)飛行器的表面。具有與發(fā)射光對齊的偏振敏感性的光導(dǎo)體以及具有與發(fā)射光正交的偏振敏感性的光導(dǎo)體獲取反向散射光。在兩個導(dǎo)體中的光的強度的比例用來檢測冰的存在。
[0011 ]此外,美國專利N0.6,269,320描述了原位大粒徑過冷微滴(SLD)檢測器。該系統(tǒng)利用邊界層流型(boundary layer flow pattern)來檢測SLD。其能夠在引起規(guī)則的云結(jié)冰的水滴與引起SLD結(jié)冰的水滴的存在之間進行區(qū)分。然而,該系統(tǒng)在冰在飛行器表面上積累之后對冰進行檢測,因此,在危險情況發(fā)生之前沒有給出警告。特別地,其沒有對飛行器周圍的空域中的過冷液態(tài)水滴進行檢測。
[0012]在一些情況下,用于在飛行器前方的空域中的液態(tài)水與冰粒之間進行區(qū)分的現(xiàn)有技術(shù)方法測量由偏振激光束發(fā)出的反向散射光的去偏振。美國專利N0.6,819,265涉及能夠監(jiān)視飛行器前方的空域的冰警告系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括:激光源;用于將激光束導(dǎo)向飛行器前方的空域中以及接收由目標反向散射的激光的光學(xué)元件;用于將所接收的激光分離成各種波長以及將其導(dǎo)向光檢測器中的光學(xué)元件;以及用于進行生成警告所必需的計算的處理器。美國專利N0.7,986,408涉及采用線偏振和圓偏振兩者來檢測飛行器前方的空域中的水滴和冰粒的空中有源系統(tǒng)。
[0013]根據(jù)本教導(dǎo)的原理,提供了冰與過冷水檢測系統(tǒng),其克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺點,并且在基于地面的應(yīng)用和基于空中的應(yīng)用中特別有用。在本教導(dǎo)的大部分實施例中,系統(tǒng)通過對輻射進行多光譜測量來明確地檢測冰。在一些實施例中,系統(tǒng)可以是無源的,但是可以包括光源,具有兩個濾光器的短波紅外(SWIR)攝像裝置和/或檢測器、數(shù)據(jù)處理器單元、以及具有顯示裝置的接口、安全系統(tǒng)、和/或飛行系統(tǒng)提供結(jié)冰的指示以及對該指示的響應(yīng)。
[0014]此外,在一些常規(guī)的空中應(yīng)用中,對飛行器前方的空域中的結(jié)冰條件的檢測要求能夠?qū)嶋H上在過冷液態(tài)水滴與冰粒之間進行區(qū)分的系統(tǒng)。因此,在本教導(dǎo)的一些實施例中,系統(tǒng)能夠?qū)沼虻年P(guān)注區(qū)域中的液態(tài)水滴和冰粒進行檢測,以及估計潛在的有危險的過冷液態(tài)水滴的大小。該實施例通過將檢測結(jié)冰條件和大粒徑過冷微滴(SLD)的能力添加至飛行顯示裝置例如增強視景系統(tǒng)(EVS)來增加飛行安全性。
[0015]根據(jù)本文中提供的描述,另外的適用領(lǐng)域?qū)⒆兊妹黠@。在該
【發(fā)明內(nèi)容】
中的描述和具體示例僅是意為說明的目的并且不意為限制本公開內(nèi)容的范圍。
【附圖說明】
[0016]在此所描述的附圖是用于僅對選擇的實施例進行說明的目的并且不是對所有可能的實施方式進行說明的目的。附圖不意為限制本公開內(nèi)容的范圍。
[0017]圖1是示出了液態(tài)水和冰的復(fù)折射率的虛部的圖,指示在大約2.00μπι與2.15μπι之間和在大約2.15μπι與2.30μπι之間的短波紅外(SWIR)光譜帶處的反射率(或如以下描述的簡單的輻射)測量可以用于區(qū)分液態(tài)水滴與冰粒。
[0018]圖2Α是示出了輻射比例(γ)可以用于區(qū)分水滴與冰粒的概率分布圖。
[0019]圖2Β示出了從對流云的測量中導(dǎo)出的輻射比例,這些輻射比例指示可以基于對在2.ΙΟμπι處的光譜反射率與在2.30μπι處的光譜反射率的比例γ的計算來區(qū)分液態(tài)水的區(qū)域與冰粒的區(qū)域。
[°02°] 圖3Α是“圖米圖” (Twomey diagram),其指示在大約2.2μηι處的相對反射率(R)可以用于估計云滴半徑。
[0021]圖3Β是“中島-金圖”(Nakajima-Kingdiagram),其指示吸收光譜帶和非吸收光譜帶中的反射率值(或輻射值)可以用于確定云滴的大小。
[0022]圖4是用于確定過冷液態(tài)水滴的存在的算法的流程圖。
[0023]圖5A是用于確定在交通工具周圍和/或交通工具前方的大粒徑過冷微滴(SLD)的存在的算法的流程圖。
[0024]圖5B是用于在期望較大的精度時確定SLD的存在的算法的流程圖。
[0025]圖6是用于確定在跑道、道路以及其他關(guān)注表面上的冰的存在的算法的描述。
[0026]圖7A是根據(jù)本教導(dǎo)的一些實施例的冰與過冷水檢測系統(tǒng)的框圖。
[0027]圖7B是根據(jù)本教導(dǎo)的一些實施例的冰與過冷水檢測系統(tǒng)的框圖。
[0028]圖8A示出了用于結(jié)合基于空中的應(yīng)用來使用的冰與過冷水檢測系統(tǒng)。
[0029]圖SB示出了用于結(jié)合基于地面的應(yīng)用來使用的冰與過冷水檢測系統(tǒng)。
[0030]圖SC示出了簡化的冰與過冷水檢測系統(tǒng)。
[0031]貫穿附圖的若干視圖,對應(yīng)的附圖標記指示對應(yīng)的部分。
【具體實施方式】
[0032]現(xiàn)在將參照附圖更充分地描述示例實施例。提供示例實施例使得本公開內(nèi)容將是完整的,以及將充分地向本領(lǐng)域技術(shù)人員傳達范圍。陳述許多具體的細節(jié)例如特定部件、裝置以及方法的示例以提供對本公開內(nèi)容的實施例的完整的理解。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將會明顯的是,不需要采用特定細節(jié),示例實施例可以以許多不同的形式來體現(xiàn),并且示例實施例也不應(yīng)當(dāng)被解釋為限制本公開內(nèi)容的范圍。在一些示例實施例中,將不詳細地描述眾所周知的處理、眾所周知的裝置結(jié)構(gòu)以及眾所周知的技術(shù)。
[0033]本文中使用術(shù)語是僅用于描述特定的示例實施例的目的并且不意為是限制性的。如在本文中所使用的,除非上下文另外清楚地指示,否則單數(shù)形式“一”、“一個”以及“該”可以意為還包括復(fù)數(shù)形式。術(shù)語“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包括性的,因此指定陳述的特征、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在,但是不排除一個或更多個其他特征、整體、步驟、操作、元件、部件和/或其中的群組的存在或不排除添加一個或更多個其他特征、整體、步驟、操作、元件、部件和/或其中的群組。除非本文中描述的方法步驟、處理以及操作被特別地識別為執(zhí)行的順序,否則不應(yīng)當(dāng)被解釋為必須要求其以所討論或示出的特定順序來執(zhí)行。還要理解的是,可以采用另外的步驟或可替選的步驟。
[0034]當(dāng)元件或?qū)颖环Q為“在...上”、“接合至”、“連接至”或“耦接”至另一元件或?qū)訒r,該元件或?qū)涌梢灾苯釉谄渌驅(qū)由稀⒔雍?、連接或親接至其他元件或?qū)樱蛘呓槿肟赡艽嬖诘脑驅(qū)又g。反之,當(dāng)元件被稱為“直接在...上”、“直接接合至”、“直接連接至”或“直接耦接至”另一元件或?qū)?,可以不存在介入中間的元件或?qū)印?yīng)該用類似的方式(例如“在…之間”對“直接在...之間”、“相鄰”對“直接相鄰”等)來解釋用于描述元件之間的關(guān)系的其他詞語。如在本文中使用的,術(shù)語“和/或”包括所關(guān)聯(lián)的列出項中的一個或更多個的任意組合和所有組合。
[0035]盡管術(shù)語第一、第二、第三等在本文中可以用于描述各種元件、部件、區(qū)域、層和/或部分,但是這些元件、部件、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)當(dāng)受這些術(shù)語限制。這些術(shù)語可以僅用于區(qū)分一個元件、部件、區(qū)域、層或部分與另一區(qū)域、層或部分。當(dāng)在本文中使用術(shù)語例如“第一”、“第二”以及其他數(shù)值術(shù)語時,除非由上下文清楚地指明,否則不意味著次序或順序。因此,以下討論的第一元件、第一部件、第一區(qū)域、第一層或第一部分在不偏離示例實施例的教導(dǎo)的情況下可以稱為第二元件、第二部件、第二分區(qū)、第二層或第二部分。
[0036]空間上相關(guān)術(shù)語例如“內(nèi)部”、“外部”、“下方”、“下面”、“較低”、“上面”、“較高”等在本文中可以用于方便地描述如在附圖中示出的一個元件或特征與另外一個或更多個元件或一個或更多個特征的關(guān)系??臻g上相關(guān)術(shù)語可以意為包括在使用或操作中的裝置的除了在附圖中描繪的方位之外的不同方位。例如,如果附圖中的裝置被翻轉(zhuǎn),則被描述為其他元件或特征的“下面”或“下方”的元件將位于所述其他元件或特征的“上面”。因此,示例術(shù)語“下面”可以包括上面和下面的方位。裝置可以另外地定向(旋轉(zhuǎn)90度或在其他方位處)以及因此可以用本文中使用的空間上相關(guān)描述符來解釋。
[0037]根據(jù)本教導(dǎo)的原理,提供了冰與過冷水檢測系統(tǒng)10,冰與過冷水檢測系統(tǒng)10具有:光源12、至少一個檢測器14、數(shù)據(jù)處理單元16以及輸出系統(tǒng)18。將在本文中更詳細地描述這些部件。然而,應(yīng)該理解的是,本教導(dǎo)提供包括基于地面的應(yīng)用和基于空中的應(yīng)用的、較寬范圍的各種應(yīng)用中的效用。更具體地,在沒有限制的情況下,本教導(dǎo)很好地適于在基于地面的應(yīng)用中使用,這些基于地面的應(yīng)用包括對橋、道路、鐵路、坡道、人行道、建筑入口、建筑平臺、車庫和停車場、跑道和滑行道、碼頭、船甲板、站臺以及遭受結(jié)冰的任何其他表面上的冰進行檢測。應(yīng)該理解的是,這樣的基于地面的應(yīng)用還可以在固定位置或區(qū)域處例如在橋、建筑物、車庫、道路或類似位置上監(jiān)視。此外,本教導(dǎo)可以被并入大量的基于地面的交通工具以及基于地面的基礎(chǔ)設(shè)施位置中,其中,基于地面的交通工具例如但是不限于汽車、卡車、火車、自動大眾運輸工具、鐵軌、單軌、地鐵、公共汽車、摩托車、腳踏車、飛行器(滑行器)以及類似的交通工具,并且基于地面的基礎(chǔ)設(shè)施位置例如在桿、建筑物、升高的位置、道路屏障等上。
[0038]還應(yīng)該理解的是,本教導(dǎo)可以被并入大量的基于空中的交通工具中,基于空中的交通工具例如但不限于:飛行器,其包括發(fā)動機、渦輪、推進器、葉片、進氣口、控制表面、機翼、穩(wěn)定器以及飛行器的其他部件;直升機;UAV;飛艇;氣球(例如,氣象氣球);以及其他關(guān)注對象。
[0039]在所有應(yīng)用中,特定安裝位置不一定是決定性的,只要維持適當(dāng)?shù)恼丈浜蜋z測性能即可。因此,本教導(dǎo)不應(yīng)當(dāng)認為被限制到基于地面的交通工具、基于地面的基礎(chǔ)設(shè)施或基于空中的交通工具上的任一個特定安裝位置。
[0040]基本原理
[0041]首先,重要的是理解被用作本教導(dǎo)的一部分的各種基本原理。為此,應(yīng)該理解的是,液態(tài)水和冰在暴露于光特別是短波紅外(SWIR)光譜帶處的光時呈現(xiàn)基本特性。針對本討論的目的,這些SWIR光譜帶通常在大約2.05μπι至2.30μπι范圍(關(guān)注的光譜范圍)中。通常,由于大氣傾向于吸收低于2.05μηι的光的較大部分、從而負面地影響檢測效率的事實,2.05μm已經(jīng)被確定為下限。然而,在大約2.05μπι與2.30μπι之間的波長處,大氣吸收是可忽略的,并且液態(tài)水和冰的吸收特性呈現(xiàn)出使得能夠如圖1所示地檢測冰和液態(tài)水的可預(yù)測特性(Kuo等,1993 ;Martins等,2007)。如以下所討論的,在大約2.05μπι與大約2.15μπι之間的短波紅外(SWIR)光譜帶和在大約2.15μπι與大約2.30μπι之間的短波紅外(SWIR)光譜帶可以用于明確地區(qū)分液態(tài)水滴與冰粒。該范圍(2.05μηι至2.30μηι)通常被稱為“水蒸汽窗(water vaporwindow),,。
[0042]當(dāng)認真地檢查圖1時,會注意到,轉(zhuǎn)變或交叉發(fā)生在大約2.15μπι處,在大約2.15μπι處,液態(tài)水的吸收特性相對于冰的吸收特性而倒轉(zhuǎn)。用這種方式,特別地使用從該轉(zhuǎn)變點或交叉點(大約2.15μπι)的相對側(cè)獲得的反射率或輻射的測量來比較在該水蒸汽窗或關(guān)注的光譜范圍(大約2.05μπι至大約2.30ym)中的液態(tài)水的吸收和冰的吸收,使得能夠明確地檢測/確定液態(tài)水或冰的存在。因此,通過測量在該交叉點的相對側(cè)的波長處的輻射/反射率,可以基于所測量的輻射/反射率的比例來確定液態(tài)水或冰的存在。理想地,在交叉點的相對側(cè)的這些區(qū)域提供導(dǎo)致明確的檢測的最優(yōu)光譜帶一一即大約2.05μπι至大約2.15μπι的第一最優(yōu)光譜帶(在下文中,被稱為2.ΙΟμπι譜帶)以及大約2.20μπι和大約2.30μπι的另一最優(yōu)光譜帶(在下文中,被稱為2.25μπι譜帶)。
[0043]應(yīng)該理解的是,盡管本教導(dǎo)是針對輻射的測量,但是可以類似地使用反射率的測量。然而,應(yīng)該注意的是,因為以2.05μπι與2.30μπι之間的、包含已知的或相對較小的功率變化的光源來照射典型的關(guān)注目標(例如,被直接或間接的陽光照射的、或者被已知光源照射的云或表面),所以輻射測量(而不是反射率測量)較簡單,并且對于實際應(yīng)用通常是足夠的。因此,本教導(dǎo)不應(yīng)當(dāng)被視為僅限制于輻射測量,這是因為反射率測量也是可預(yù)料到。
[0044]參照圖2Α,提供了概率分布圖,其示出了輻射比例(γ)可以用于區(qū)分水滴與冰粒。在一些實施例中,大約0.40的輻射比例可以指示冰粒的存在,而大約0.85的輻射比例可以指示水滴的存在。如本文中將要討論的,只要輻射比例大于或小于預(yù)定臨界比,則準確的比例可以是無關(guān)緊要的。冰具有相對較低的輻射比例,該相對較低的輻射比例使得冰在沉積在例如諸如土、混凝土以及瀝青的材料上時能夠被檢測到。參照圖2Β,基于對2.ΙΟμπι處的光譜反射率與2.30μπι處的光譜反射率的比例γ的計算,結(jié)合指示對流云的液態(tài)水的區(qū)域與冰粒的區(qū)域的測量來示出了輻射比例。
[0045]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖3Α,提供了“圖米圖”,其指示反射率值(或輻射值)可以用于確定云滴大小。其可以實現(xiàn)是因為在固定的云光學(xué)厚度(τ)處,在2.2μπι附近處的反射率(R)以近似(kre)1/2的速率隨著云滴大小而減小,其中,k是水的吸收系數(shù)(折射率的虛部)以及re是云滴(有效)半徑(圖米(Twomey)和西頓(Seton),1980)。云反射率對微滴(droplet)大小的依賴性是由下述事實引起的:隨著微滴大小的增加,由液態(tài)水進行的吸收相對于散射而增加。對于厚的云,云光學(xué)厚度的改變的效應(yīng)是可忽略的。因此,由“圖米圖”提供的反射率與云滴半徑之間的關(guān)系是針對厚云(較大光學(xué)厚度的云)的極好的近似。在其他吸收波長處的測量還可以用于確定云滴(有效)半徑,例如在大約3.7μηι處??梢允褂萌缭诒疚闹忻枋龅姆俏詹ㄩL處的輻射的測量來改善云滴大小的確定。
[0046]圖3Β示出了“中島-金圖”,其指示吸收光譜帶和非吸收光譜帶中的反射率值(或輻射值)可以用于確定云滴的大小(Martins等,2007),即使在光學(xué)厚度是可變的或較小的例如在細雨或下雨中時也是如此。在非吸收波長處的測量也減輕了亮度改變例如陰影的影響。雨通常在re>10至15μπι時發(fā)生,但是大粒徑過冷微滴(SLD)可以具有直到2.5mm的半徑。針對進入結(jié)冰條件中的飛行進行驗證的飛行器可以處理直到大約25μπι半徑的微滴。不幸的是,這樣大的微滴在對流云中并不常見。
[0047]在操作期間,可以在飛行器表面上和/或空域中(在云中時緊鄰飛行器以及在飛行器正飛出云外時在飛行器的前方)檢測水滴和冰粒。為此,如在本文中將討論的,冰與過冷水檢測系統(tǒng)10可以包括用于在前述兩個光譜帶中進行輻射的測量的前視攝像裝置或檢測器14。在一些實施例中,可以進一步使用用于進行外部溫度的測量的原位傳感器。如在圖4、圖5Α和圖5Β中所描述的,提供了用于檢測過冷液態(tài)水滴以及估計微滴的大小的算法。
[0048]在夜晚操作期間,例如在基于空中的應(yīng)用中,可以用包含期望的光譜的光源來照射緊在飛行器前方的空域中的云。在一些實施例中,光源12可以用于照射飛行器周圍的空域,同時輻射可以經(jīng)由檢測器14來測量。在更復(fù)雜的實施例中,可以用包含期望的光譜的激光束來照射飛行器前方的幾英里空域中的云。然而,在大部分應(yīng)用中可能不需要這樣的復(fù)雜性,這是由于本教導(dǎo)的較簡單的實施例可以用來在發(fā)生積冰之前檢測結(jié)冰危險并且因此可以安全地從結(jié)冰的區(qū)域中調(diào)遣開飛行器。
[0049]系統(tǒng)描述
[0050]在一些實施例中,如本文中供參考的實施例中,光源12可以包括能夠輸出預(yù)定光譜帶內(nèi)的光(或輻射能)的任何源。如在本文中所描述的,期望在包括大約2.05μπι至大約
2.30μπι范圍的短波紅外(SWIR)光譜帶中的光譜帶處或光譜帶的組合處執(zhí)行檢測。更具體地,在一些實施例中,光源12可以輸出覆蓋從大約2.05μπι至大約2.30μπι的關(guān)注范圍的單個光譜帶處的光。然而,在一些實施例中,光源12可以輸出覆蓋兩個或更多個光譜帶的光,這兩個或更多個光譜帶例如為大約2.05μπι至大約2.15μπι,以及大約2.15μπι至大約2.30μπι(或者大約2.20μπι至大約2.30μπι)的第二光譜帶。
[0051]更進一步地,在一些實施例中,光源12可以包括能夠輸出在短波紅外(SWIR)光譜帶中的光的任何光源,包括激光器、鹵素?zé)?、紅外燈、發(fā)光二極管等。還應(yīng)該理解的是,可以使用可替選的光源例如自然出現(xiàn)的光源(例如,陽光等)。因此,應(yīng)該認識到的是,在一些實施例中,本教導(dǎo)不需要被供應(yīng)或以另外方式提供動力的光源,而是可以依靠陽光或者其他自然出現(xiàn)的或單獨提供的光源。
[0052]在一些實施例中,檢測器14可以包括能夠檢測和/或監(jiān)視在使得能夠檢測液態(tài)水和/或冰的光譜帶處的輻射和/或反射率的任何適當(dāng)?shù)臋z測器或攝像裝置/成像系統(tǒng)。應(yīng)該理解的是,在一些實施例中,檢測器14可以基于銦鎵砷化物(InGaAs)技術(shù),或者可以包括或采用光電檢測器(photodetector )、光敏二極管、熱電檢測器、熱電堆探測器(thermopiledetector)、光電導(dǎo)體(photoconductor)以及其他傳感器、檢測器或攝像裝置。在一些實施例中,檢測器14可以包括單個的檢測器、攝像裝置、或用于測量輻射和/或反射率的其他裝置。然而,在一些實施例中,檢測器14可以包括兩個或更多個的檢測器、攝像裝置或各自適于針對比總的關(guān)注光譜范圍窄的特定光譜范圍來測量輻射和/或反射率的其他裝置。換言之,第一檢測器可以用于檢測與大約2.05μπι至大約2.15μπι范圍中的光譜有關(guān)的輻射和/或反射率,而第二檢測器可以用于檢測與大約2.20μπι至大約2.30μπι范圍中的光譜有關(guān)的輻射和/或反射率。該布置可以允許在與輸出關(guān)注的光譜范圍的光源12—起使用時同時進行監(jiān)視和/或檢測。在一些實施例中,檢測器14可以包括具有濾光系統(tǒng)20的一個或更多個攝像裝置或檢測器,濾光系統(tǒng)20采用多個濾光器來將接收的波長的檢測限制到預(yù)定光譜帶。也就是說,一個濾光器可以用于使得與大約2.05μπι至大約2.15μπι范圍關(guān)聯(lián)的光能夠被檢測到,而第二濾光器可以用于使得與大約2.20μπι至大約2.30μπι范圍關(guān)聯(lián)的光能夠被檢測到。無論測量和/或監(jiān)視所反射/接收的光的方法如何,檢測器14都輸出代表所測量的輻射/反射率的檢測器信號。
[0053]在一些實施例中,數(shù)據(jù)處理單元16可以包括能夠響應(yīng)于所述檢測器信號來確定在第一光譜帶處測量的輻射和在第二光譜帶處測量的輻射的比例的任何適當(dāng)?shù)奶幚韱卧?。在一些實施例中,?shù)據(jù)處理單元16可以包括中央處理單元(CPU),或者還可以簡單地通過硬件設(shè)計來實現(xiàn)。數(shù)據(jù)處理單元16還可以實現(xiàn)本文中描述的算法以及輸出輸出信號。
[0054]最后,可以通過輸出裝置19來接收輸出信號,并且在一些實施例中,還可以結(jié)合其他交通工具系統(tǒng)例如警報顯示裝置、牽引力控制裝置、ABS、除冰或防冰設(shè)備或者其他系統(tǒng)或警告來處理輸出信號。
[0055]特別參考圖8A、圖SB,示出了根據(jù)本教導(dǎo)的一些實施例的冰與過冷水檢測系統(tǒng)10。冰與過冷水檢測系統(tǒng)10被示出為結(jié)合由飛行器、直升機以及UAV對過冷液態(tài)水和SLD的檢測進行特定使用。冰與過冷水檢測系統(tǒng)10可以容易地在飛行系統(tǒng)例如包含覆蓋大約2.05μπι至2.30μπι光譜帶的攝像裝置的EVS中實現(xiàn)。在這樣的實施例中,為了實現(xiàn)該系統(tǒng)僅需要2.1Oym光譜帶和2.25μπι光譜帶中的濾光器和圖像處理軟件??梢砸匀缙灞P的網(wǎng)狀或以條紋狀實現(xiàn)這兩個濾光器。這使得在兩個關(guān)注光譜帶處的反射率能夠在附近像素中測量,從而避免了需要移動部或多個攝像裝置。實際上,這使得能夠?qū)崿F(xiàn)冰/水檢測算法,同時在圖像分辨率僅微小劣化的情況下維持當(dāng)前的EVS功能。在一些實施例中,垂直濾光帶可以用于實現(xiàn)沿飛行路線的必要的多光譜測量,而不影響圖像的其余部分。因此,可以通過將在圖4、圖5Α和/或圖5Β中描述的算法實現(xiàn)到一些現(xiàn)有的EVS系統(tǒng)來容易地檢測過冷液態(tài)水和SLD。
[0056]應(yīng)該理解的是,檢測器14可以安裝在交通工具的任何地方,包括飛行器的前錐體(nose cone)。檢測器14可以安裝在交通工具的外部或內(nèi)部。然而,應(yīng)該認識到的是,置于檢測器14的前方的任何保護性覆蓋物或窗30必須使關(guān)注的輻射光譜能夠透射(例如,對短波紅外必須是透明的)。溫度傳感器、恒溫器和/或加熱器可以與覆蓋物或窗一起使用以確保適當(dāng)?shù)耐干洹?br>[0057]特別參考圖SB,冰與過冷水檢測系統(tǒng)10被示出為結(jié)合基于地面的交通工具進行特定使用。在一些實施例中,光源12可以安裝在交通工具的前端的下方,并且對應(yīng)的檢測器14可以安裝在對離開關(guān)注表面的光源的輻射/反射率進行檢測的互補位置。用這種方式,交通工具的前部可以用于使表面上的入射(以及反射)角(從最高點測量的)最大化。這樣做以使反射率最大化,這是因為反射率隨著入射角而增加。
[0058]在一些實施例中,光源12可以沿輪艙邊緣或其他側(cè)板安裝并且檢測器14可以安裝在側(cè)板鏡或側(cè)視鏡中,同時使反射率最大化。此外,在一些實施例中,冰與過冷水檢測系統(tǒng)10可以用于對交通工具前方(而不是交通工具下方或交通工具側(cè)面)的冰進行檢測。用這種方式,光源和檢測器14可以安裝在升高的位置處并且從交通工具向前突出。
[0059]可以通過用輔助攝像裝置對交通工具前方的關(guān)注區(qū)域進行成像來確定鏡面反射(specular reflect1n)。如果圖像的區(qū)域的福射顯著高于平均值(例如,幾個標準偏差以上),則這些“明亮的”圖像像素被標記為包含鏡面反射,即滑冰的指示。還可以使用其他統(tǒng)計準則來確定鏡面反射。如果滿足鏡面反射的準則并且在交通工具附近的任何地方檢測到冰(γ > γ。&),則包含鏡面反射的圖像像素被標記為包含滑冰。這使得交通工具前方可能包含滑冰的區(qū)域能夠被繪圖、顯示,并且使得可以由安全系統(tǒng)和/或駕駛員來使用該信息。
[0060]特別參考圖SC,冰與過冷水檢測系統(tǒng)10可以包括安裝在交通工具的側(cè)鏡中的光源12和檢測器14兩者。因此,出于對鏡面反射和反射率兩者的檢測簡單起見而優(yōu)化了該系統(tǒng)。如在本文中所描述的,空氣溫度測量或地面溫度測量可以用于進一步地減少錯誤警報。[0061 ]基于地面的應(yīng)用的方法
[0062]在一些實施例中,提供了用于結(jié)合基于地面的應(yīng)用對滑冰進行檢測的方法和/或算法。如在圖6中所示,該方法可以包括下述步驟:
[0063]1.使用具有在大約2.05μπι與大約2.15μπι之間的光譜濾光器的SWIR攝像裝置或檢測器14來測量關(guān)注區(qū)域的在大約2.1Ομ??處的輻射(R2.1Oum)。
[0064]2.使用具有在大約2.2μπι與大約2.3μπι之間的光譜濾光器的SWIR攝像裝置或檢測器14來測量關(guān)注區(qū)域的在大約2.25μηι處的福射(R2.2bm)。
[0065]3.如果是可取的,則在可見光譜帶或另一光譜帶中(例如,在可見譜帶中)對交通工具或基礎(chǔ)設(shè)施前方的關(guān)注區(qū)域進行成像。
[0066]4.然后,2.ΙΟμπι處的測量(R2.1Q膽)和2.25μπι處的測量(R2.25?)用于產(chǎn)生輻射比例γ的單個值或圖像(如果使用網(wǎng)狀濾光器,則用比原始圖像的像素大的像素)。輻射比例γ小于預(yù)定臨界值γ* 0.6(在對系統(tǒng)校準后應(yīng)當(dāng)確定更精確的和/或動態(tài)調(diào)整的值)的區(qū)域被標記為包含冰。由于可以使用值來確定冰可能存在(從而移動至以下的接下來的步驟),因此沒有冰檢測或輻射比例γ大于預(yù)定臨界值γ CTlt表示不應(yīng)當(dāng)給出警告。
[0067]5.在一些實施例中,反射率的測量可以用來確定鏡面反射的發(fā)生。例如,這可以通過下述方式來實現(xiàn):確定檢測器的視場的單個區(qū)域的反射率或者單個圖像像素的反射率是否足夠大(R 2 U以至于指示鏡面反射。
[0068]6.在一些實施例中,可以通過紅外傳感器來測量地面溫度(Tg),或基于由暴露于氣流的傳感器進行的溫度測量來估計地面溫度(Tg)。如果檢測到冰和鏡面反射,并且TgSTcrit ? (TC,則可以產(chǎn)生指示結(jié)冰條件的存在的可視和/或可聽警告。
[0069]基于空中的應(yīng)用的方法
[0070]根據(jù)一些實施例,如在圖4、圖7B以及圖8A中所示,本教導(dǎo)提供了用于對在影響飛行器(例如,飛機、直升機、飛船、UAV)以及其他關(guān)注對象的表面的情況下凍結(jié)的過冷水滴進行檢測的系統(tǒng)和方法。本教導(dǎo)提供了下述系統(tǒng):該系統(tǒng)用于通過檢測在飛行器前方的空域中的過冷液態(tài)水滴的存在以及通過估計這些微滴的大小來對該空域中的結(jié)冰危險進行檢測。如在本文中所討論的,本教導(dǎo)使用在圖1、圖2A、圖2B、圖3A以及圖3B中指示的兩個光譜帶中的輻射的測量來估計在飛行器前方的空域中的過冷液態(tài)水滴的存在。本教導(dǎo)提供了下述系統(tǒng):當(dāng)在飛行器緊前方的空域中檢測到液態(tài)水滴并且溫度低于凍結(jié)值時,該系統(tǒng)向人類飛行員或自動駕駛儀警報結(jié)冰危險。
[0071]應(yīng)該理解的是,本文中概述的方法不限于其被描述的確切順序,這是因為在許多情況下,操作的具體順序可以是靈活的。
[0072]在一些實施例中,本系統(tǒng)可以通過估計過冷液態(tài)水滴的大小來量化危險等級?;?.2μπι附近的光譜帶(或另一吸收光譜帶例如3.7μπι附近)中的輻射以及分析關(guān)系或查找表來估計微滴大小,其中查找表例如為基于圖3Α和圖3Β中描繪的關(guān)系而構(gòu)建的查找表。在例如0.67μπι附近的非吸收光譜帶中的輻射的測量可以提供云滴大小的更精確的估計。
[0073]在圖4中描述了用于檢測過冷液態(tài)水的算法。該算法包括下述步驟:
[0074]1.使用具有在大約2.05μπι與大約2.15μπι之間的光譜濾光器的SWIR攝像裝置或檢測器來測量飛行器前方區(qū)域的在大約2.ΙΟμ??處的輻射(R2.。
[0075]2.使用具有在大約2.2μπι與大約2.3μπι之間的光譜濾光器的SWIR攝像裝置或檢測器來測量飛行器前方區(qū)域的在大約2.25μηι處的福射(R2.25wm)。
[0076]3.然后,這兩個測量用于產(chǎn)生輻射比例γ的單個值或圖像(如果使用網(wǎng)狀濾光器,則用比原始圖像的像素大的像素)。輻射比例γ大于或等于預(yù)定臨界值γ ? 0.6(在對系統(tǒng)校準后確定更精確的和/或動態(tài)調(diào)整的值)的區(qū)域被標記為包含液態(tài)水滴。
[0077]4.通過傳感器例如暴露于氣流的熱電偶或通過任何其他適當(dāng)?shù)姆椒▉頊y量在飛行高度處的空氣溫度(T)。如果溫度小于或等于預(yù)定臨界值Tcrit = (TC,則被標記為包含液態(tài)水滴的區(qū)域被識別為包含過冷液態(tài)水滴。這些區(qū)域的圖像在顯示時(例如,在MFD(多功能顯示器)上)可以被著色為期望的顏色。
[0078]5.當(dāng)飛行器靠近被標記為包含過冷液滴的區(qū)域時,該系統(tǒng)發(fā)出警告并且如果可取的話則激活安全系統(tǒng)。
[0079]本教導(dǎo)還提供了用于估計水滴的大小的系統(tǒng)。基于輻射測量以及根據(jù)圖3A和圖3B中描繪的關(guān)系而構(gòu)建的分析關(guān)系或查找表,估計微滴大小。在圖5A和圖5B中描述了用于估計云滴大小(有效半徑)的算法。然而,應(yīng)該注意的是,可以通過將在非吸收波長(例如,可見光波長)處的輻射的測量包括在內(nèi)來改善圖5A的算法,由此然后該測量可以用作對如圖5B中陳述的微滴的有效半徑的計算中使用的輻射值進行校正的參考。圖5A的算法包括下述步驟:
[0080]1.使用具有在大約2.05μπι與大約2.15μπι之間的光譜濾光器的SWIR攝像裝置或檢測器來測量飛行器前方區(qū)域的在大約2.ΙΟμ??處的輻射(R2.。
[0081 ] 2.使用具有在大約2.2μπι與大約2.3μπι之間的光譜濾光器的SWIR攝像裝置或檢測器來測量飛行器前方區(qū)域的在大約2.25μηι處的福射(R2.25wm)。
[0082]3.這兩個測量用于產(chǎn)生輻射比例γ的單個值或圖像(如果使用網(wǎng)狀濾光器,則用比原始圖像的像素大的像素)。輻射比例γ大于或等于預(yù)定臨界值γ ? 0.6(在對系統(tǒng)校準后應(yīng)當(dāng)確定更精確的和/或動態(tài)調(diào)整的值)的區(qū)域被標記為包含液態(tài)水滴。
[0083]4.然后,基于在2.25μπι處的輻射(R2.25m)的測量和在圖3A中示出的圖米關(guān)系來計算微滴有效半徑(re)。
[0084]5.通過暴露于氣流的熱電偶或通過任何其他適當(dāng)?shù)姆椒▉頊y量在飛行高度處的空氣溫度(T) ο Ta < Tent ? 0°C并且re > rent ? 25μπι(或在對系統(tǒng)校準之后確定的更精確的re值)的區(qū)域被標記為可能包含SLD,并且這些區(qū)域在顯示時(例如,在多功能顯示裝置,MFD上)被著色為期望的顏色。具有Ta < Tcrit - (TC并且Ocrit - 25μπι值的區(qū)域指示極度危險條件,并且這些區(qū)域可以被標記為極度危險條件。
[0085]在圖5Β中描述了用于檢測大粒徑過冷水滴(SLD)的更精密的算法。該算法包括下述步驟:
[0086]1.使用具有在大約2.05μπι與大約2.15μπι之間的光譜濾光器的SWIR攝像裝置或檢測器來測量飛行器前方區(qū)域的在大約2.ΙΟμ??處的輻射(R2.。
[0087]2.使用具有在大約2.2μπι與大約2.3μπι之間的光譜濾光器的SWIR攝像裝置或檢測器來測量飛行器前方區(qū)域的在大約2.25μηι處的福射(R2.25wm)。
[0088]3.使用具有0.67μπι(或另一非吸收譜帶)附近的光譜濾光器的、可見光的(或覆蓋另一非吸收光譜帶的)攝像裝置或檢測器來測量飛行器前方區(qū)域的在大約0.67μπι處的輻射
(R0.67um) ο
[0089]4.2.1(^111處的測量(1?2.1()1?)和2.254111處的測量(1?2.251?)用于產(chǎn)生輻射比例γ的單個值或圖像(如果使用網(wǎng)狀濾光器,則用比原始圖像的像素更大的像素)。輻射比例γ大于或等于預(yù)定臨界值γ* 0.6(在對系統(tǒng)校準后確定更精確的和/或動態(tài)調(diào)整的值)的區(qū)域被標記為包含液態(tài)水滴。
[0090]5.然后,基于0.67μπι處的輻射(R0.67?)和2.25μπι處的輻射(R2.25?)的測量以及在圖3B中示出的中島-金關(guān)系來計算微滴有效半徑()。
[0091]6.通過暴露于氣流的熱電偶或通過任何其他適當(dāng)?shù)姆椒▉頊y量在飛行高度處的空氣溫度(T) O Ta < Tcrit ? 0°C并且re > rcrit ? 25μπι(或在對系統(tǒng)校準之后確定的更精確的re值)的區(qū)域被標記為可能包含SLD,并且這些區(qū)域在顯示時(例如,在MFD上)被著色為期望的顏色。具有K Tcrit - (TC并且Ocrit - 25μπι值的區(qū)域指示極度危險條件,并且這些區(qū)域可以被標記為極度危險條件。產(chǎn)生可視和/或可聽的警告。
[0092]在一些實施例中,可以在檢測到過冷液態(tài)水滴或水滴和冰粒的混合物時產(chǎn)生警告,同時,可以在檢測到SLD時產(chǎn)生警報。
[0093]應(yīng)該理解的是,盡管結(jié)合特定應(yīng)用(例如,基于空中的應(yīng)用)描述了某些特征,但是這不應(yīng)當(dāng)被認為將這樣的一些特征限制到僅所述特定應(yīng)用,這是因為這樣的一些特征可以等同地應(yīng)用到可替選的應(yīng)用中(例如,在交通工具或基礎(chǔ)設(shè)施上的基于地面的應(yīng)用)。
[0094]已經(jīng)為了說明和描述的目的提供了實施例的之前的描述。實施例的之前的描述不意為詳盡的或者限制本公開內(nèi)容。特定實施例的個體元素或特征通常不限于該特定實施例,而是,即使沒有特別地示出或描述,在應(yīng)用時也是可互換的,以及也可以在選擇的實施例中使用。還可以以許多方式來改變相同的元素或特征。這樣的改變不應(yīng)被視為偏離本公開內(nèi)容,以及所有這樣的修改意為包括在本公開內(nèi)容的范圍中。
【主權(quán)項】
1.一種用于對關(guān)注區(qū)域內(nèi)的冰和/或水進行檢測的系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括: 檢測系統(tǒng),其對暴露于具有在大約2.05μπι至大約2.30μπι范圍中的波長的短波紅外(SWIR)輻射的情況下的所述關(guān)注區(qū)域的輻射或反射進行測量,所述檢測系統(tǒng)對在具有在大約2.05μπι至大約2.15μπι范圍中的波長的第一譜帶中的所述輻射或反射進行測量并且輸出第一譜帶信號,所述檢測系統(tǒng)對在具有在大約2.15μπι至大約2.30μπι范圍中的波長的第二譜帶中的輻射或反射進行測量并且輸出第二譜帶信號;以及 處理單元,其確定所述第一譜帶信號和所述第二譜帶信號的比例,所述處理單元將所述比例與預(yù)定臨界比例范圍進行比較,并且輸出指示下述中的至少一者的確定信號:當(dāng)所述比例在所述預(yù)定臨界比例范圍中的第一范圍內(nèi)時存在冰,以及當(dāng)所述比例在所述預(yù)定臨界比例范圍中的第二范圍內(nèi)時存在水。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),還包括: 溫度感測系統(tǒng),其確定所述關(guān)注區(qū)域的溫度并且輸出溫度信號, 其中,所述處理單元將所述溫度信號與預(yù)定的臨界溫度范圍進行比較,并且響應(yīng)于該比較而輸出所述確定信號。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其中,所述處理單元對所述關(guān)注區(qū)域中的鏡面反射的存在進行確定,所述處理單元響應(yīng)于所述鏡面反射來輸出所述確定信號。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),還包括: 輔助攝像裝置,其對所述關(guān)注區(qū)域進行成像并且輸出輔助攝像裝置輸出, 其中,所述處理單元基于所述輔助攝像裝置輸出來對所述關(guān)注區(qū)域中的鏡面反射的存在進行確定,所述處理單元響應(yīng)于所述鏡面反射而輸出所述確定信號。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其中,所述處理單元計算在所述關(guān)注區(qū)域內(nèi)檢測到的水滴的有效半徑,并且響應(yīng)于該計算而輸出所述確定信號。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),還包括: 第二檢測系統(tǒng),其對在大約0.5μπι至大約0.7μπι范圍中的非吸收光譜帶中的輻射或反射進行測量,并且輸出第二檢測系統(tǒng)信號, 其中,所述處理單元使用所述第二檢測系統(tǒng)信號、所述第一譜帶信號以及所述第二譜帶信號來計算在所述關(guān)注區(qū)域內(nèi)檢測到的水滴的有效半徑,并且響應(yīng)于該計算而輸出所述確定信號。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),還包括: 第二檢測系統(tǒng),其對在大約3.Ομ??至大約5.Ομ??范圍中的吸收光譜帶中的輻射或反射進行測量,并且輸出第二檢測系統(tǒng)信號, 其中,所述處理單元使用所述第二檢測系統(tǒng)信號、所述第一譜帶信號以及所述第二譜帶信號來計算在所述關(guān)注區(qū)域內(nèi)檢測到的水滴的有效半徑,并且響應(yīng)于該計算而輸出所述確定信號。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其中,所述檢測系統(tǒng)包括一個或更多個檢測器,所述一個或更多個檢測器中的每個檢測器對具有所述在大約2.05μπι至大約2.30μπι范圍中的波長的所述短波紅外(SWIR)輻射是靈敏的。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng),其中,所述一個或更多個檢測器包括至少兩個檢測器,所述至少兩個檢測器中的第一檢測器對所述大約2.05μπι至大約2.30μπι范圍中的第一光譜范圍是靈敏的,并且所述至少兩個檢測器中的第二檢測器對所述大約2.05μπι至大約2.30μπι范圍中的第二光譜范圍是靈敏的,所述第一光譜范圍和所述第二光譜范圍至少部分不同。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其中,所述檢測系統(tǒng)包括至少一個攝像裝置,所述至少一個攝像裝置對具有所述在大約2.05μπι至大約2.30μπι范圍中的波長的所述短波紅外(SWIR)輻射是靈敏的。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng),其中,所述檢測系統(tǒng)還包括操作上耦接至所述至少一個攝像裝置的兩個或更多個光譜濾光器,所述兩個或更多個光譜濾光器中的第一光譜濾光器對所述大約2.05μπι至大約2.30μπι范圍中的第一光譜范圍是靈敏的,并且所述至少兩個檢測器中的第二檢測器對所述大約2.05μπι至大約2.30μπι范圍中的第二光譜范圍是靈敏的,所述第一光譜范圍和所述第二光譜范圍至少部分不同。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),還包括: 數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng),其響應(yīng)于所述確定信號而顯示標記。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),還包括: 基于空中的交通工具的除冰或防冰系統(tǒng),其響應(yīng)于所述確定信號。14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),還包括: 基于空中的交通工具的飛行控制系統(tǒng),其響應(yīng)于所述確定信號。15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),還包括: 基于地面的交通工具的制動控制系統(tǒng),其響應(yīng)于所述確定信號。16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),還包括:光源,其以在大約2.05μπι至大約2.30μπι范圍中的波長輸出光能,所述光源照射所述關(guān)注區(qū)域。17.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng),其中,所述光源選自由激光器、鹵素?zé)?、紅外燈以及發(fā)光二極管構(gòu)成的群組。18.一種用于對關(guān)注區(qū)域內(nèi)的冰進行檢測的方法,所述方法包括: 測量所述關(guān)注區(qū)域的在大約2.05μπι至大約2.15μπι范圍中的第一光譜帶處的第一輻射; 測量所述關(guān)注區(qū)域的在大約2.15μπι至大約2.30μπι范圍中的第二光譜帶處的第二輻射; 計算所述第一輻射與所述第二輻射的輻射比例;以及 確定所述輻射比例是否處于預(yù)定臨界輻射比例范圍內(nèi), 如果所述輻射比例處于所述預(yù)定臨界輻射比例范圍內(nèi),則通過確定所述第一輻射是否大于預(yù)定臨界輻射來確定是否存在鏡面反射,并輸出冰存在警告。19.一種用于對關(guān)注區(qū)域內(nèi)的過冷液態(tài)水滴進行檢測的方法,所述方法包括: 測量所述關(guān)注區(qū)域的在大約2.05μπι至大約2.15μπι范圍中的第一光譜帶處的第一輻射; 測量所述關(guān)注區(qū)域的在大約2.15μπι至大約2.30μπι范圍中的第二光譜帶處的第二輻射; 計算所述第一輻射與所述第二輻射的輻射比例;以及 確定所述輻射比例是否處于預(yù)定臨界輻射比例范圍內(nèi), 如果所述輻射比例處于所述預(yù)定臨界輻射比例范圍內(nèi),則測量所述關(guān)注區(qū)域的溫度,以及確定所述溫度是否處于預(yù)定臨界溫度范圍內(nèi),以及輸出過冷液態(tài)水滴存在警告。20.—種用于對關(guān)注區(qū)域內(nèi)的大粒徑過冷微滴(SLD)進行檢測的方法,所述方法包括: 測量所述關(guān)注區(qū)域的在大約2.05μπι至大約2.15μπι范圍中的第一光譜帶處的第一輻射; 測量所述關(guān)注區(qū)域的在大約2.15μπι至大約2.30μπι范圍中的第二光譜帶處的第二輻射; 計算所述第一輻射與所述第二輻射的輻射比例;以及 確定所述輻射比例是否大于預(yù)定臨界輻射比例, 如果所述輻射比例處于所述預(yù)定臨界輻射比例內(nèi),則計算微滴有效半徑,以及確定所述微滴有效半徑是否大于預(yù)定臨界微滴半徑,以及輸出大粒徑過冷微滴存在警告。
【文檔編號】G01D3/00GK105992941SQ201480070434
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2014年5月14日
【發(fā)明人】尼爾頓·O·雷諾
【申請人】密執(zhí)安州立大學(xué)董事會
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