一种机场助航灯光束指向自监测方法及系统与流程

本申请涉及机场目视助航设施监测，特别是涉及一种机场助航灯光束指向自监测方法及系统。

背景技术：

1、机场助航灯（例如进近灯光系统）是引导航空器进近着陆的关键目视助航设施。以进近灯光系统为例，数十至上百套灯具沿跑道中线延长线按法规规定的固定间距（通常为30米）布设，形成灯阵；灯具发出的光束按照法规规定的标准指向（例如规定的仰角与方位角）投射，为飞行员提供目视进近引导。灯具长期暴露于室外环境，受风沙冲击、鸟撞、冻胀融沉、除雪作业碰撞、航空器剐蹭等因素影响，灯头可能发生角度偏移，导致光束指向偏离标准指向，进而可能误导飞行员判断，威胁飞行安全。

2、传统技术中，对助航灯具指向状态的监测手段主要包括以下几类。其一，内置姿态传感器方案：在灯具内部安装倾角计或惯性测量单元，通过测量灯头壳体的俯仰角、横滚角间接推断光束指向。其二，周期性外部光度检测方案：通过车载光度检测设备、无人机载检测设备或地面光电对准仪器，定期对灯具的光强分布与光束指向进行检测。其三，塔台图像监测方案：通过布设于塔台的摄像设备拍摄灯阵图像，以图像识别方式发现熄灭或明显异常的灯具。其四，灯具电气自检方案：通过检测灯具供电回路的电流、电压等电气参数，判断光源是否失效。

3、然而，上述手段均存在各自的局限。内置姿态传感器方案测量的是灯头壳体的姿态，而灯头壳体姿态仅是光束指向的间接代理量：当灯具内部光学结构（例如透镜、反射器、光源）相对于壳体发生移位或污染变形时，壳体姿态未变而光束指向已偏，此类故障在原理上无法被壳体姿态监测发现。周期性外部光度检测方案的检测基准位于灯阵之外，两次检测之间的时间窗口内指向漂移处于无人值守状态，且检测作业需要占用飞行区资源。塔台图像监测方案受气象条件与图像分辨率限制，难以对光束指向进行定量测量。灯具电气自检方案仅能发现光源电气失效，无法发现光束指向偏移与外部遮挡。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够在不增加灯阵外部传感器的前提下、对光束指向本身进行在线定量监测的机场助航灯光束指向自监测方法及系统。

2、第一方面，本申请提供了一种机场助航灯光束指向自监测方法。方法包括：在点亮时段，通过布设于各灯具上的多个灯具监测单元各自的光电探测元件，接收灯阵内其他灯具的照射光，得到各灯具监测单元对应的接收光强序列；获取灯阵内各灯具的点亮时刻表，按照点亮时刻表对各接收光强序列进行信源归属识别，确定各接收光强序列中各光强分量对应的发光灯具；根据各灯具监测单元对应的接收光强序列的归属识别结果、以及灯阵内各灯具之间的布设几何关系，构建灯间光耦合矩阵；以预先建立的基线耦合矩阵为参照，根据灯间光耦合矩阵相对于基线耦合矩阵的变化，反演各灯具的光束指向偏移量。

3、第二方面，本申请提供了一种机场助航灯光束指向自监测系统，该系统包括布设于机场助航灯的灯阵内各灯具上的多个灯具监测单元、数据汇聚设备以及监控上位机；

4、各灯具监测单元分别包括光电探测元件，用于在点亮时段接收灯阵内其他灯具的照射光，得到对应的接收光强序列；

5、数据汇聚设备用于汇聚各灯具监测单元对应的接收光强序列；

6、监控上位机用于：获取灯阵内各灯具的点亮时刻表，按照点亮时刻表对各接收光强序列进行信源归属识别；根据归属识别结果以及灯阵内各灯具之间的布设几何关系构建灯间光耦合矩阵；以预先建立的基线耦合矩阵为参照，根据灯间光耦合矩阵相对于基线耦合矩阵的变化反演各灯具的光束指向偏移量。

7、上述机场助航灯光束指向自监测方法及系统，将灯阵内每盏灯具同时作为被监测对象与光接收节点：任一灯具发出的光在传播至其他灯具的过程中，其光路几何由法规规定的布设几何关系与光束指向唯一确定，因此任一灯具的光束指向一旦发生偏移，该灯具照射至其他灯具监测单元的光强必然发生相应改变，即光束指向信息天然地编码在灯阵内部的光传递关系之中。通过光电探测元件接收灯阵内其他灯具的照射光，并依据点亮时刻表完成信源归属识别，使得每一对接收节点与发光灯具之间的光耦合强度均可被独立测量并登记为灯间光耦合矩阵中的矩阵元素；进而，以灯具指向合格状态下预先建立的基线耦合矩阵为参照，实测的灯间光耦合矩阵相对于基线耦合矩阵的变化即可反演出各灯具的光束指向偏移量。由于测量所需的传感器、信源标识与几何基准全部内生于灯阵自身，无需在灯阵外部增设任何检测设备，从而能够在两次外部检测之间的无人值守窗口内，对光束指向这一飞行安全攸关量进行连续的在线定量监测。

1.一种机场助航灯光束指向自监测方法，其特征在于，机场助航灯为包含多个灯具的灯阵；所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光电探测元件为所述灯具监测单元的自供电光伏板；所述方法还包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述点亮时刻表为所述灯阵中顺序闪光灯的预设闪光时刻表；所述预设闪光时刻表由灯光站的调光设备按照助航灯光运行规范生成，用于规定各所述顺序闪光灯各自的闪光时隙；

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以预先建立的基线耦合矩阵为参照，根据所述灯间光耦合矩阵相对于所述基线耦合矩阵的变化，反演各所述灯具的光束指向偏移量，包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，各所述灯具监测单元还分别包括惯性测量单元；所述方法还包括：

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述根据各所述净化残差的时间演化特性以及各所述净化残差与灯头姿态数据之间的时序相关性，分离各所述灯具各自的出光量因子与光束指向偏移量之后，所述方法还包括：

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据各灯对对应的传播路径与灯阵轴线方向上各路径段之间的归属关系，由各所述路径消光量构建路径消光方程组，包括：

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过布设于各所述灯具上的多个灯具监测单元各自的光电探测元件，接收所述灯阵内其他灯具的照射光，得到各所述灯具监测单元对应的接收光强序列，包括：

10.一种机场助航灯光束指向自监测系统，其特征在于，所述系统包括布设于机场助航灯的灯阵内各灯具上的多个灯具监测单元、数据汇聚设备以及监控上位机；