一種水下拖曳作業(yè)寬度自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)用于無(wú)人遙控艇的水下拖曳作業(yè)寬度自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，屬于無(wú)人遙控裝備及自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]一條拖曳工作艦船通常拖曳2套水下拖曳裝備進(jìn)行作業(yè)，其作業(yè)寬度是系統(tǒng)工作過(guò)程中最為重要的指標(biāo)，準(zhǔn)確測(cè)量作業(yè)寬度對(duì)于實(shí)時(shí)標(biāo)識(shí)安全通航區(qū)域，減少疏漏作業(yè)區(qū)和重疊區(qū)，提高作業(yè)效率，有著十分重要的意義。
[0003]水下拖曳設(shè)備工作時(shí)位于水下，除非額外增加水聲定位裝置，否則難以對(duì)其進(jìn)行定位，然而水聲定位裝置價(jià)格昂貴、系統(tǒng)復(fù)雜，帶來(lái)很大的系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作；通常水下拖曳設(shè)備都可附帶一個(gè)水面指示浮體，假設(shè)穩(wěn)定拖曳工況下，水面指示浮體與水下拖曳設(shè)備位置一致，僅存在深度上的差異，將作業(yè)寬度的測(cè)量轉(zhuǎn)化為2個(gè)指示浮體之間寬度的測(cè)量。
[0004]在有人員作業(yè)的艦船上，通常采用六分儀和手持式激光測(cè)距儀，同時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)指示浮體夾角和其距艇尾的斜線距離，通過(guò)人工計(jì)算得到水下裝備的作業(yè)寬度。由于存在偶然誤差和測(cè)量誤差，其測(cè)量精度低、實(shí)時(shí)性差，在晚間及氣象條件惡劣時(shí)效率低下，甚至無(wú)法使用。
[0005]目前，通常使用無(wú)人遙控艇代替拖曳工作艦船拖曳2套水下拖曳裝備進(jìn)行作業(yè)，由于無(wú)人遙控艇上無(wú)工作人員在場(chǎng)，因此傳統(tǒng)的人工測(cè)量方法無(wú)法使用，需將上述功能應(yīng)用自動(dòng)控制和測(cè)量技術(shù)，并結(jié)合遠(yuǎn)程遙控技術(shù)予以實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本實(shí)用新型提供了一種水下拖曳作業(yè)寬度自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，適用于多種惡劣海況的自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)指示浮體寬度的自動(dòng)測(cè)量。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案為:該自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用于在監(jiān)控室內(nèi)利用水上的無(wú)人遙控艇進(jìn)行水面指示浮體的監(jiān)測(cè)，其特征在于，該系統(tǒng)包括操控臺(tái)和光電測(cè)量裝置，其中操控臺(tái)位于監(jiān)控室內(nèi)，光電測(cè)量裝置位于無(wú)人遙控艇的桅桿上，操控臺(tái)和光電測(cè)量裝置之間通過(guò)無(wú)線電臺(tái)進(jìn)行通信；操控臺(tái)為通用計(jì)算機(jī)。
[0008]光電測(cè)量裝置包括第一殼體、可見(jiàn)光攝像機(jī)、紅外攝像機(jī)、激光測(cè)距儀、視頻控制器、轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)以及連接軸；第一殼體為一個(gè)封密的長(zhǎng)方體空殼，在第一殼體的一個(gè)側(cè)面、沿其長(zhǎng)度方向的中軸上分布有3個(gè)透光視窗，將可見(jiàn)光攝像機(jī)、紅外攝像機(jī)和激光測(cè)距儀置于第一殼體內(nèi)部，并分別位于3個(gè)透光視窗對(duì)應(yīng)位置處，視頻控制器置于第一殼體內(nèi)部；連接軸一端固連在第一殼體上，另一端固連在轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)的第二殼體上，連接軸的軸線處于3個(gè)透光視窗所在直線的延長(zhǎng)線上，且與轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)的平面垂直。
[0009]視頻控制器分別與可見(jiàn)光攝像機(jī)、紅外攝像機(jī)以及激光測(cè)距儀相連，同時(shí)視頻控制器與無(wú)人遙控艇端的無(wú)線電臺(tái)保持電氣連接，視頻控制器接收可見(jiàn)光攝像機(jī)、紅外攝像機(jī)發(fā)送的視頻信號(hào)，接收激光測(cè)距儀發(fā)送的距離信號(hào)，將上述信號(hào)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)格式；利用無(wú)人遙控艇端的無(wú)線電臺(tái)將網(wǎng)絡(luò)格式的視頻圖像和距離信息發(fā)送給操控臺(tái)。
[0010]轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)固定安裝在無(wú)人遙控艇端的桅桿上，轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)由第二殼體、聯(lián)軸器、直流電機(jī)、轉(zhuǎn)動(dòng)控制器以及角度傳感器組成；第二殼體為長(zhǎng)方體空殼，聯(lián)軸器、直流電機(jī)、轉(zhuǎn)動(dòng)控制器以及角度傳感器均位于第二殼體內(nèi)部；聯(lián)軸器用于連接直流電機(jī)的輸出軸與連接軸；直流電機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)控制器的控制下實(shí)現(xiàn)角度調(diào)節(jié)；轉(zhuǎn)動(dòng)控制器與無(wú)人遙控艇端的無(wú)線電臺(tái)連接，接收來(lái)自操控臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)指令，驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)旋轉(zhuǎn)；角度傳感器用于在直流電機(jī)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中實(shí)時(shí)地測(cè)量光電測(cè)量裝置當(dāng)前角度，并將角度測(cè)量值發(fā)送給轉(zhuǎn)動(dòng)控制器，轉(zhuǎn)動(dòng)控制器再將該角度值通過(guò)無(wú)線電臺(tái)發(fā)送到操控臺(tái)。
[0011 ] 操控臺(tái)通過(guò)監(jiān)控室端的無(wú)線電臺(tái)發(fā)出轉(zhuǎn)動(dòng)命令，控制轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)連接軸，從而帶動(dòng)第一殼體旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)可見(jiàn)光攝像機(jī)和紅外攝像機(jī)照射范圍的調(diào)整，對(duì)水面上指示浮體的進(jìn)行搜索；操控臺(tái)通過(guò)監(jiān)控室端的無(wú)線電臺(tái)接收視頻圖像，當(dāng)在該視頻圖像中搜索到一個(gè)指示浮體時(shí)，操控臺(tái)通過(guò)監(jiān)控室端的無(wú)線電臺(tái)發(fā)出停止命令，轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)停止，角度傳感器輸出當(dāng)前的角度測(cè)量值α，同時(shí)激光測(cè)距儀測(cè)量無(wú)人遙控艇距離當(dāng)前指示浮體的距離b，α與b均發(fā)送至操控臺(tái)；操控臺(tái)繼續(xù)通過(guò)監(jiān)控室端的無(wú)線電臺(tái)發(fā)出轉(zhuǎn)動(dòng)命令，并接收視頻圖像，當(dāng)在該視頻圖像中搜索到另外一個(gè)指示浮體時(shí)，操控臺(tái)通過(guò)監(jiān)控室端的無(wú)線電臺(tái)發(fā)出停止命令，轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)停止，角度傳感器輸出當(dāng)前的角度測(cè)量值β，同時(shí)激光測(cè)距儀測(cè)量無(wú)人遙控艇距離當(dāng)前指示浮體的距離C，β與c均發(fā)送至操控臺(tái)；操控臺(tái)依據(jù)兩指示浮體的兩組數(shù)據(jù)α與b、β與c計(jì)算獲得兩指示浮體之間的寬度a:
[0012]a2= b 2+c2—2bc cos ( β — a ) 0
[0013]優(yōu)選地，可見(jiàn)光攝像機(jī)為1/4 "彩色(XD，其規(guī)格指標(biāo)為:工作波段為0.4?
0.9 μπι，像元數(shù)為752X576，視場(chǎng)為水平57° X垂直43°，作用距離為目標(biāo)對(duì)比度30%，能見(jiàn)度大于25km.
[0014]優(yōu)選地，紅外攝像機(jī)為制冷焦平面陣列探測(cè)器，其規(guī)格指標(biāo)為:光譜帶寬為3?5 μ m，像元數(shù)為:320X 256，噪聲等效溫差為35mk，視場(chǎng)為水平24° X垂直18°，制冷時(shí)間小于或者等于8min。
[0015]優(yōu)選地，激光測(cè)距儀用于測(cè)量指示浮體的距離，其規(guī)格指標(biāo)為:工作波段為
1.57 μ m ;束散角為0.5mrad ;重復(fù)頻率為IHz ;測(cè)距精度為5米；最小測(cè)量距離為100米。
[0016]有益效果:
[0017]1、本實(shí)用新型適用于多種惡劣海況的自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)指示浮體寬度的自動(dòng)測(cè)量；能夠在夜間、高海況等環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間工作正常，實(shí)現(xiàn)對(duì)水面指示浮標(biāo)實(shí)時(shí)、連續(xù)地搜索、測(cè)距和作業(yè)寬度自動(dòng)解算，該系統(tǒng)無(wú)需人工干預(yù)，使人員遠(yuǎn)離戰(zhàn)場(chǎng)威脅，符合未來(lái)武器裝備發(fā)展趨勢(shì)。
[0018]2、本實(shí)用新型中的位于無(wú)人遙控艇上的光電測(cè)量裝置置于一個(gè)密封的殼體中，能夠保證內(nèi)部器件的密封性，適應(yīng)艇上工作環(huán)境，防止水汽進(jìn)入影響電子設(shè)備工作。
[0019]3、本實(shí)用新型中針對(duì)可見(jiàn)光攝像機(jī)與紅外攝像機(jī)的選型均是依照其作用環(huán)境、并基于精度的考慮進(jìn)行選型，其中可見(jiàn)光攝像機(jī)應(yīng)當(dāng)在白天、光線較好的情況下成像效果最佳，紅外攝像機(jī)在應(yīng)當(dāng)在夜間、能見(jiàn)度差的情況下使用，因此本實(shí)用新型中的選型使得更能夠適應(yīng)于艇上環(huán)境并具有一定的精度。
[0020]4、本實(shí)用新型通過(guò)無(wú)線電臺(tái)聯(lián)通操控臺(tái)以及光電測(cè)量裝置，所使用的指令簡(jiǎn)單直接，在惡劣海況下也能夠達(dá)到指令控制的目的，而且計(jì)算方法簡(jiǎn)潔，同時(shí)具備一定的精度。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1水下拖曳作業(yè)寬度自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖；
[0022]圖2光電測(cè)量裝置示意圖；
[0023]圖3轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)構(gòu)成示意圖；
[0024]圖4寬度計(jì)算示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0026]本實(shí)用新型提供了一種水下拖曳作業(yè)寬度自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由2個(gè)部分組成，分別是操控臺(tái)和光電測(cè)量裝置，如圖1所示。操控臺(tái)安裝在監(jiān)控室，為人工操控及顯示設(shè)備，由通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成，用于操作人員遙控操縱光電測(cè)量裝置和作業(yè)寬度自動(dòng)計(jì)算。光電測(cè)量裝置安裝在無(wú)人遙控艇桅桿高處、測(cè)量方向上無(wú)遮擋的位置，由第一殼體、可見(jiàn)光攝像機(jī)、紅外攝像機(jī)、激光測(cè)距儀、轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)構(gòu)成，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水面指示浮體的實(shí)時(shí)拍攝、目標(biāo)軌跡監(jiān)視。操控臺(tái)與光電測(cè)量裝置之間的通信由無(wú)線電臺(tái)實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)可在電磁干擾或燈光管制的情況下完成全天候測(cè)量，具有抗干擾能力強(qiáng)，被動(dòng)探測(cè)和數(shù)據(jù)精確度高的特點(diǎn)。
[0027]操控臺(tái)
[0028]操控臺(tái)為通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，提供顯示器，供監(jiān)控室內(nèi)操作人員控制無(wú)人遙控艇航行，以及觀測(cè)光電測(cè)量裝置的圖像信息和操控其進(jìn)行測(cè)量。
[0029]操作人員首先操作光電測(cè)量裝置對(duì)艇后方水面進(jìn)行搜索，可見(jiàn)光攝像機(jī)或紅外攝像機(jī)發(fā)現(xiàn)指示浮體后，操作人員用鼠標(biāo)點(diǎn)擊指示浮體圖像后，光電測(cè)量裝置停止轉(zhuǎn)動(dòng)，圖像穩(wěn)定地監(jiān)視指示浮體的位置，再啟動(dòng)激光測(cè)距儀對(duì)指示浮體的距離進(jìn)行測(cè)量；再次操作光電測(cè)量裝置對(duì)另一個(gè)指示浮體進(jìn)行搜索、鎖定和距離測(cè)量；最后由操控臺(tái)按照寬度計(jì)算方法對(duì)作業(yè)寬度自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算。
[0030]光電測(cè)量裝置
[0031]光電測(cè)量裝置構(gòu)成如圖2所示，其中I為殼體，2為可見(jiàn)光攝像機(jī)，3為紅外攝像機(jī)，4為激光測(cè)距儀，5為視頻控制器、6為轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)，7為連接軸。連接軸受轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)控制，可帶動(dòng)殼體旋轉(zhuǎn)，調(diào)整可見(jiàn)光攝像機(jī)和紅外攝像機(jī)的觀測(cè)角度。
[0032]I)殼體
[0033]殼體用于安裝可見(jiàn)光攝像機(jī)、紅外攝像機(jī)和激光測(cè)距儀，采用密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，防止水汽進(jìn)入影響電子設(shè)備工作。殼體上分別開(kāi)3個(gè)透光視窗，使可見(jiàn)光攝像機(jī)、紅外攝像機(jī)和激光測(cè)距儀可正常接收和發(fā)射光線。三個(gè)透光視窗尺寸滿足各傳感器相應(yīng)的鏡頭尺寸，布置在殼體的中軸上，布置圖如圖2所示，自上至下依次為可見(jiàn)光攝像機(jī)視窗、激光測(cè)距儀視窗和紅外傳感器視窗。
[0034]2)可見(jiàn)光攝像機(jī)
[0035]可見(jiàn)光攝像機(jī)在白天、光線較好的情況下成像效果最佳，可選擇日本sony公司高清攝像機(jī)產(chǎn)品，規(guī)格指標(biāo)通常如下:
[0036]I)工作波段:0.4 ?0.9 μ m ;
[0037]2)類型:1/4"彩色 CCD ;
[0038]3)像元數(shù):752 X 576 ;
[0039]4)視場(chǎng):57° X 43° (水平 X 垂直)；
[0040]5)作用距離:目標(biāo)對(duì)比度30%，能見(jiàn)度大于25km。
[0041]3)紅外攝像機(jī)
[0042]紅外攝像機(jī)在夜間、能見(jiàn)度差的情況下使用，其規(guī)格指標(biāo)通常如下:
[0043]I)類型:制冷焦平面陣列探測(cè)器
[0044]2)光譜帶寬:3?5μπι;
[0045]3)像元數(shù)