一种基于多传感器融合的直升机场助航灯光及障碍灯灯光自适应引导系统的制作方法

本发明涉及航空助航灯光，具体涉及一种基于多传感器融合的直升机场助航灯光及障碍灯灯光自适应引导系统。

背景技术：

1、直升机场作为直升机起降的关键基础设施，助航灯光和障碍灯系统对于保障夜间及低能见度条件下的飞行安全至关重要；传统的直升机场灯光系统通常采用固定亮度、固定颜色的灯具，无法根据直升机进近过程中的实时位置、气象环境、背景光照以及动态障碍物等因素进行自适应调节；飞行员在进近过程中主要依赖目视参考和地面预先设定的灯光模式，缺乏从远距到近距的渐进式引导，恶劣天气或复杂环境下引导效果明显下降；

2、近年来，少数系统尝试引入传感器或手动调节灯光亮度，但仍存在以下不足：机载端与地面端缺乏双向闭环引导，无法根据直升机的实时位姿动态调整灯光参数；环境适应性差，不能根据能见度、背景光照、直升机相对距离联合调节灯光的亮度、颜色和闪烁模式；缺少对动态障碍物的协同避让引导能力；系统容错机制不完善，单点故障易导致引导中断；

3、因此，亟需一种能够融合机载多源感知数据、实现地面灯光自适应控制、并具备多工况容错能力的直升机场助航灯光及障碍灯灯光引导系统。

技术实现思路

1、发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于多传感器融合的直升机场助航灯光及障碍灯灯光自适应引导系统。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、本申请提供了一种基于多传感器融合的直升机场助航灯光及障碍灯灯光自适应引导系统，其特征在于，包括双向无线数据链路通信连接的机载智能引导模块和地面自适应灯光控制模块；

4、所述机载智能引导模块设置于驾驶舱内，包括机载感知单元和机载数据处理单元，用于实时采集直升机前方的环境感知数据及直升机自身的位姿数据，并对所述数据进行融合处理，生成包含直升机当前进近状态和相对直升机场位姿的融合引导指令；

5、所述地面自适应灯光控制模块设置于场内专用机柜内，包括地面综合传感器阵列单元、地面控制器单元、多个助航灯具单元和障碍灯灯具单元，所述地面控制器单元分别与所述地面综合传感器阵列单元、所述多个助航灯具单元和所述障碍灯灯具单元控制连接，用于根据接收到的融合引导指令及本地采集的气象环境数据和背景光照数据，动态控制各灯具的亮度、颜色、闪烁频率及方向模式，并沿进近方向实现从远距粗略引导到近距精确定位引导的渐进切换；

6、其中，所述地面控制器单元包括环境自适应调节子单元和引导与容错控制子单元：

7、所述环境自适应调节子单元，用于根据背景光照强度和大气能见度数据，结合直升机相对距离，按照距离区间设定多个从低到高的亮度档位，并根据背景光照强度分段调节所述亮度档位，同时根据当前大气能见度相对于晴好天气能见度基准值的变化，采用能补偿大气衰减的非线性关系确定亮度修正量，从而实现从远距离段到近距离段呈阶梯式增加各灯具的目标亮度值；并在能见度低于第一预设阈值时控制助航灯具单元以低饱和度色温模式工作，在能见度低于第二预设阈值时切换为高饱和度单色光模式，并采用亮度呈周期性连续变化的闪烁方式，其中每个闪烁周期内亮度先逐渐增强再逐渐减弱；

8、所述引导与容错控制子单元，用于根据所述融合引导指令中的直升机下滑偏差，驱动相应方向的灯具组输出纠偏指示，并对灯具故障执行冗余控制。

9、有益效果

10、本发明通过根据直升机相对距离、环境光照及能见度，动态调整灯具的亮度、颜色和闪烁模式，解决了传统灯光固定不变、环境适应性差的问题；

11、依据直升机相对距离自动划分远、中、近三个阶段，亮度与闪烁频率平滑过渡，实现从粗略方向引导到精确定位引导的无缝衔接；

12、通过机载传感器检测动态障碍物，地面控制障碍灯形成反向移动光带，直观提示避让方向，填补了现有系统缺乏动态协同引导的空白；

13、集成灯具故障冗余、链路断连本地运行、多灯故障阵列压缩及看门狗复位等多层容错机制，保障单点故障或异常工况下引导不中断。

1.一种基于多传感器融合的直升机场助航灯光及障碍灯灯光自适应引导系统，其特征在于，包括双向无线数据链路通信连接的机载智能引导模块和地面自适应灯光控制模块；

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述引导与容错控制子单元，用于实时比较所述融合引导指令中的直升机实际下滑角度与预设标准下滑角度，生成横向偏差信号和纵向偏差信号，驱动对应方向的灯具组以偏差指示编码形式输出纠偏指示；所述偏差指示编码包括：

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述从远距离段到近距离段呈阶梯式增加各灯具的目标亮度值，具体为：根据直升机相对距离所处的不同距离区间，分别对应设置从低到高的多个亮度档位，且相邻距离区间对应的亮度档位之间采用线性渐变方式过渡。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，机载感知单元包括环境感知组件和位姿感知组件；

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述机载数据处理单元用于：接收经时空对齐后的环境感知组件所采集的环境感知数据以及位姿感知组件所输出的位姿数据，并以惯性测量模组的高频输出为预测模型，以毫米波雷达、激光雷达、可见光相机、红外热成像仪及差分卫星导航定位模组的观测值为更新量，动态计算卡尔曼增益并执行卡尔曼滤波融合，输出直升机相对于直升机场的三维位置坐标、三维姿态角、速度矢量及接近加速度的六自由度状态估计值；

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述地面综合传感器阵列单元用于采集直升机场区域的气象环境数据和背景光照数据，并将所采集的数据输送至所述地面控制器单元；所述气象环境数据包括风速风向、大气能见度、大气压力及温湿度，所述背景光照数据包括环境光照强度。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一预设阈值为低能见度起降程序触发能见度值，所述第二预设阈值为仪表气象条件能见度值，且第二预设阈值低于第一预设阈值；

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个助航灯具单元包括沿直升机场进近方向布置的进近引导灯阵列、沿接地和离地地区边缘布置的边界灯阵列以及设于直升机降落区域中心位置的瞄准点灯阵列；其中，进近引导灯阵列用于提供方向性引导，边界灯阵列用于标示降落区域边界，瞄准点灯阵列用于提供接地位置精确定位引导。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述障碍灯灯具单元设置于直升机场周边的障碍物上，用于根据所述融合引导指令中的直升机相对距离及障碍物告警信息，动态调整其亮度和闪烁频率，以警示直升机注意避让。

10.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述机载数据处理单元还用于：当检测到直升机进近路径前方的动态障碍物且碰撞风险等级超过预设告警阈值时，将所述动态障碍物的实时轨迹参数一并打包至所述融合引导指令中发送至地面自适应灯光控制模块；