一種水下拖曳作業(yè)寬度自動監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種應用于無人遙控艇的水下拖曳作業(yè)寬度自動監(jiān)測系統(tǒng)，屬于無人遙控裝備及自動測量系統(tǒng)技術領域。
【背景技術】
[0002]一條拖曳工作艦船通常拖曳2套水下拖曳裝備進行作業(yè)，其作業(yè)寬度是系統(tǒng)工作過程中最為重要的指標，準確測量作業(yè)寬度對于實時標識安全通航區(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]水下拖曳設備工作時位于水下，除非額外增加水聲定位裝置，否則難以對其進行定位，然而水聲定位裝置價格昂貴、系統(tǒng)復雜，帶來很大的系統(tǒng)設計工作；通常水下拖曳設備都可附帶一個水面指示浮體，假設穩(wěn)定拖曳工況下，水面指示浮體與水下拖曳設備位置一致，僅存在深度上的差異，將作業(yè)寬度的測量轉化為2個指示浮體之間寬度的測量。
[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距儀，同時測量兩個指示浮體夾角和其距艇尾的斜線距離，通過人工計算得到水下裝備的作業(yè)寬度。由于存在偶然誤差和測量誤差，其測量精度低、實時性差，在晚間及氣象條件惡劣時效率低下，甚至無法使用。
[0005]目前，通常使用無人遙控艇代替拖曳工作艦船拖曳2套水下拖曳裝備進行作業(yè)，由于無人遙控艇上無工作人員在場，因此傳統(tǒng)的人工測量方法無法使用，需將上述功能應用自動控制和測量技術，并結合遠程遙控技術予以實現(xiàn)。

【發(fā)明內容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種水下拖曳作業(yè)寬度自動監(jiān)測系統(tǒng)，適用于多種惡劣海況的自動測量系統(tǒng)，用于實現(xiàn)指示浮體寬度的自動測量。
[0007]為了達到上述目的，本發(fā)明的技術方案為:該自動監(jiān)測系統(tǒng)用于在監(jiān)控室內利用水上的無人遙控艇進行水面指示浮體的監(jiān)測，其特征在于，該系統(tǒng)包括操控臺和光電測量裝置，其中操控臺位于監(jiān)控室內，光電測量裝置位于無人遙控艇的桅桿上，操控臺和光電測量裝置之間通過無線電臺進行通信；操控臺為通用計算機。
[0008]光電測量裝置包括第一殼體、可見光攝像機、紅外攝像機、激光測距儀、視頻控制器、轉動平臺以及連接軸；第一殼體為一個封密的長方體空殼，在第一殼體的一個側面、沿其長度方向的中軸上分布有3個透光視窗，將可見光攝像機、紅外攝像機和激光測距儀置于第一殼體內部，并分別位于3個透光視窗對應位置處，視頻控制器置于第一殼體內部；連接軸一端固連在第一殼體上，另一端固連在轉動平臺的第二殼體上，連接軸的軸線處于3個透光視窗所在直線的延長線上，且與轉動平臺的平面垂直。
[0009]視頻控制器分別與可見光攝像機、紅外攝像機以及激光測距儀相連，同時視頻控制器與無人遙控艇端的無線電臺保持電氣連接，視頻控制器接收可見光攝像機、紅外攝像機發(fā)送的視頻信號，接收激光測距儀發(fā)送的距離信號，將上述信號轉換為網(wǎng)絡格式；利用無人遙控艇端的無線電臺將網(wǎng)絡格式的視頻圖像和距離信息發(fā)送給操控臺。
[0010]轉動平臺固定安裝在無人遙控艇端的桅桿上，轉動平臺由第二殼體、聯(lián)軸器、直流電機、轉動控制器以及角度傳感器組成；第二殼體為長方體空殼，聯(lián)軸器、直流電機、轉動控制器以及角度傳感器均位于第二殼體內部；聯(lián)軸器用于連接直流電機的輸出軸與連接軸；直流電機在轉動控制器的控制下實現(xiàn)角度調節(jié)；轉動控制器與無人遙控艇端的無線電臺連接，接收來自操控臺的轉動指令，驅動直流電機旋轉；角度傳感器用于在直流電機旋轉過程中實時地測量光電測量裝置當前角度，并將角度測量值發(fā)送給轉動控制器，轉動控制器再將該角度值通過無線電臺發(fā)送到操控臺。
[0011 ] 操控臺通過監(jiān)控室端的無線電臺發(fā)出轉動命令，控制轉動平臺轉動連接軸，從而帶動第一殼體旋轉，實現(xiàn)對可見光攝像機和紅外攝像機照射范圍的調整，對水面上指示浮體的進行搜索；操控臺通過監(jiān)控室端的無線電臺接收視頻圖像，當在該視頻圖像中搜索到一個指示浮體時，操控臺通過監(jiān)控室端的無線電臺發(fā)出停止命令，轉動平臺停止，角度傳感器輸出當前的角度測量值α，同時激光測距儀測量無人遙控艇距離當前指示浮體的距離b，α與b均發(fā)送至操控臺；操控臺繼續(xù)通過監(jiān)控室端的無線電臺發(fā)出轉動命令，并接收視頻圖像，當在該視頻圖像中搜索到另外一個指示浮體時，操控臺通過監(jiān)控室端的無線電臺發(fā)出停止命令，轉動平臺停止，角度傳感器輸出當前的角度測量值β，同時激光測距儀測量無人遙控艇距離當前指示浮體的距離C，β與c均發(fā)送至操控臺；操控臺依據(jù)兩指示浮體的兩組數(shù)據(jù)α與b、β與c計算獲得兩指示浮體之間的寬度a:a2= b 2+c2-2bccos ( β - α )。
[0012]優(yōu)選地，可見光攝像機為1/4 "彩色(XD，其規(guī)格指標為:工作波段為0.4?
0.9 μπι，像元數(shù)為752X576，視場為水平57° X垂直43°，作用距離為目標對比度30%，能見度大于25km.
[0013]優(yōu)選地，紅外攝像機為制冷焦平面陣列探測器，其規(guī)格指標為:光譜帶寬為3?5 μ m，像元數(shù)為:320X 256，噪聲等效溫差為35mk，視場為水平24° X垂直18°，制冷時間小于或者等于8min。
[0014]優(yōu)選地，激光測距儀用于測量指示浮體的距離，其規(guī)格指標為:工作波段為
1.57 μ m ;束散角為0.5mrad ;重復頻率為IHz ;測距精度為5米；最小測量距離為100米。
[0015]有益效果:
[0016]1、本發(fā)明適用于多種惡劣海況的自動測量系統(tǒng)，用于實現(xiàn)指示浮體寬度的自動測量；能夠在夜間、高海況等環(huán)境下長時間工作正常，實現(xiàn)對水面指示浮標實時、連續(xù)地搜索、測距和作業(yè)寬度自動解算，該系統(tǒng)無需人工干預，使人員遠離戰(zhàn)場威脅，符合未來武器裝備發(fā)展趨勢。
[0017]2、本發(fā)明中的位于無人遙控艇上的光電測量裝置置于一個密封的殼體中，能夠保證內部器件的密封性，適應艇上工作環(huán)境，防止水汽進入影響電子設備工作。
[0018]3、本發(fā)明中針對可見光攝像機與紅外攝像機的選型均是依照其作用環(huán)境、并基于精度的考慮進行選型，其中可見光攝像機應當在白天、光線較好的情況下成像效果最佳，紅外攝像機在應當在夜間、能見度差的情況下使用，因此本發(fā)明中的選型使得更能夠適應于艇上環(huán)境并具有一定的精度。
[0019]4、本發(fā)明通過無線電臺聯(lián)通操控臺以及光電測量裝置，所使用的指令簡單直接，在惡劣海況下也能夠達到指令控制的目的，而且計算方法簡潔，同時具備一定的精度。
【附圖說明】
[0020]圖1水下拖曳作業(yè)寬度自動監(jiān)測系統(tǒng)示意圖；
[0021]圖2光電測量裝置示意圖；
[0022]圖3轉動平臺構成示意圖；
[0023]圖4寬度計算示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。
[0025]本發(fā)明提供了一種水下拖曳作業(yè)寬度自動監(jiān)測系統(tǒng)由2個部分組成，分別是操控臺和光電測量裝置，如圖1所示。操控臺安裝在監(jiān)控室，為人工操控及顯示設備，由通用計算機系統(tǒng)構成，用于操作人員遙控操縱光電測量裝置和作業(yè)寬度自動計算。光電測量裝置安裝在無人遙控艇桅桿高處、測量方向上無遮擋的位置，由第一殼體、可見光攝像機、紅外攝像機、激光測距儀、轉動平臺構成，能夠實現(xiàn)對水面指示浮體的實時拍攝、目標軌跡監(jiān)視。操控臺與光電測量裝置之間的通信由無線電臺實現(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量，具有抗干擾能力強，被動探測和數(shù)據(jù)精確度高的特點。
[0026]操控臺
[0027]操控臺為通用計算機系統(tǒng)，提供顯示器，供監(jiān)控室內操作人員控制無人遙控艇航行，以及觀測光電測量裝置的圖像信息和操控其進行測量。
[0028]操作人員首先操作光電測量裝置對艇后方水面進行搜索，可見光攝像機或紅外攝像機發(fā)現(xiàn)指示浮體后，操作人員用鼠標點擊指示浮體圖像后，光電測量裝置停止轉動，圖像穩(wěn)定地監(jiān)視指示浮體的位置，再啟動激光測距儀對指示浮體的距離進行測量；再次操作光電測量裝置對另一個指示浮體進行搜索、鎖定和距離測量；最后由操控臺按照寬度計算方法對作業(yè)寬度自動進行計算。
[0029]光電測量裝置
[0030]光電測量裝置構成如圖2所示，其中I為殼體，2為可見光攝像機，3為紅外攝像機，4為激光測距儀，5為視頻控制器、6為轉動平臺，7為連接軸。連接軸受轉動平臺控制，可帶動殼體旋轉，調整可見光攝像機和紅外攝像機的觀測角度。
[0031]I)殼體
[0032]殼體用于安裝可見光攝像機、紅外攝像機和激光測距儀，采用密封結構設計，防止水汽進入影響電子設備工作。殼體上分別開3個透光視窗，使可見光攝像機、紅外攝像機和激光測距儀可正常接收和發(fā)射光線。三個透光視窗尺寸滿足各傳感器相應的鏡頭尺寸，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光攝像機視窗、激光測距儀視窗和紅外傳感器視窗。
[0033]2)可見光攝像機
[0034]可見光攝像機在白天、光線較好的情況下成像效果最佳，可選擇日本sony公司高清攝像機產品，規(guī)格指標通常如下:
[0035]I)工作波段:0.4 ?0.9 μ m ;
[0036]2)類型:1/4"彩色 CCD ;
[0037]3)像元數(shù):752 X 576 ;
[0038]4)視場:57° X 43° (水平 X 垂直)；
[0039]5)作用距離:目標對比度30%，能見度大于25km。
[0040]3)紅外攝像機
[0041]紅外攝像機在夜間、能見度差的情況下使用，其規(guī)格指標通常如下:
[0042]I)類型:制冷焦平面陣列探測器
[0043]2)光譜帶寬:3?5μπι;
[0044]3)像元數(shù):320 X 256