無人機光電探測技術精選(九篇)

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第1篇：無人機光電探測技術范文

關鍵詞：無人機巡檢 中繼鏈路 任務吊艙 三維地面站軟件

中圖分類號：TM75 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（a）-0026-02

傳統的人工巡檢方法不僅工作量大而且條件艱苦，特別是對山區和跨越江河的輸電線路的巡檢，以及在冰災、水災、地震、滑坡等災情下巡線檢查，所花時間長、人力成本高、難度大、風險高。近年來，為減輕人工巡視的負擔，提高巡檢工作效率和電網可靠性，無人機在電網輸電線路巡檢中的應用日益廣泛[1-6]。

目前國家電網多家單位先后研發了各自的電網巡視專用飛行巡檢系統，然而這些系統大多基于中小型無人機平臺，系統存在航程短、載荷低、清晰度不足、抗風能力弱、自動化程度低等缺陷，在復雜地形氣候環境下難以展開實用化應用。為此，該文重點從適用于復雜環境，提高巡視距離、巡檢精細化和安全性入手，結合輸電線路巡檢、航空、飛行自動控制、通信、地理信息、圖像識別和處理技術等多項技術，研發了一套大型無人機輸電線路巡檢系統。

1 系統設計原則

根據應用需求以及更遠、更精、更安全的技術要求，系統設計應能夠實現在中繼數據鏈支持下30 km以上超視距飛行巡檢；在70 m外自主跟蹤導線，清晰識別3 mm銷釘級設備缺陷；具有應對各種復雜環境的飛行安全控制技術和保護策略；避障系統能夠在30～100 m范圍內探測厘米級設備或障礙物能力，實現各種復雜環境下自主避讓障礙物安全飛行。同時，為豐富系統功能，提高系統的實用性和智能性，系統應該能夠實現無人機系統全自主盲飛、任務吊艙系統全自主執行拍攝任務、自主起降、精確規劃三維航路、智能化評估診斷電網設備健康狀況和故障情況等多項實用化功能。

按照設計原則，將大型無人機電網巡檢系統設計分為無人機系統、中繼數據鏈系統、任務吊艙系統、三維地面站測控導航系統、飛行避障系統、缺陷故障智能診斷系統等六個分系統。

2 大型無人機在電網巡檢中的系統設計

2.1 無人機分系統

無人機分系統是飛行的主體平臺，主要提供飛行能力和裝載的功能。為滿足遠距離、長航時的飛行，并具有足夠的載荷能力，本系統選用Z-5大型無人機作為飛行平臺。

大型Z-5無人機與中型Z-3無人機技術參數對比如表1所示。

為了使無人機的飛行控制能力能夠應對山區、丘陵、河流等復雜氣候地形環境，無人機配套飛控系統具備飛行安全控制技術，可全自主盲飛、自主起降、具備一鍵返航、低油量返航、失控返航等多種安全歸航保護措施。

2.2 中繼數據鏈分系統

為解決山峰阻擋、多徑折射衰弱和輸電線路強電磁干擾等帶來的通訊問題，有效拓寬無人機復雜地形巡線飛行的測控通信范圍，本系統設計采用中繼轉發模式的解決方案。中繼數據鏈系統采用地面光/電混合中繼和空中中繼兩種模式，并結合具體使用情況選擇。

數據鏈采用L頻段作為通信頻段，上行控制信號和下行圖像與遙測信號均有120 MHz的總帶寬。每個方向至少能夠涵蓋10個數據通信帶寬，頻點之間不會存在相互的干擾；能夠實現靈活切換，降低外場頻點干擾，確保無線鏈路的正常通信功能；數據鏈時延低，標清圖像傳輸延遲不大于260 ms，高清圖像傳輸延遲不大于300 ms，遙控傳輸延遲不大于130 ms，保證了數據鏈路的可靠通訊（見圖1）。

2.3 任務吊艙分系統

任務吊艙系統包括可見光攝像機、紅外熱像儀、紫外成像儀、高分辨率照相機、穩定控制系統、圖像跟蹤系統等（見圖2）。

可見光照相機/攝像機所獲圖像可檢測是否存在物理缺陷，導線是否斷股、線路是否有明顯異物、絕緣子是否破損、防震錘否異常等缺陷；紅外圖像可檢測設備是否存在熱缺陷：接頭、線夾、耐張管、接續管等；紫外圖譜可檢查由于連接不良、絕緣子內部缺陷等引起的電暈放電[7]。

穩定平臺的精度是系統的重要技術指標。穩定控制系統利用高精度陀螺儀隔離吊艙平臺的擾動，具備水平和垂直兩種大角度自動掃描方式，可以解決吊艙抖動及視場角受限造成圖像采集不清晰、不全面的難題。

圖像跟蹤系統根據高壓電線的線狀目標特點，運用智能的跟蹤算法，可以實現復雜背景下的線狀目標檢出和輸電線路自主跟蹤；通過接受到飛機平臺的載機和桿塔的GPS信息，可在無人機飛出測控范圍后，全自主跟蹤導線并瞄準桿塔拍照；吊艙設計桿塔凝視功能，通過綜合計算得到跟蹤輸電線的方位角，送給穩定跟蹤控制系統，使無人機偏離理論航向的情況下對前方桿塔進行凝視對準（見表2）。

2.4 三維地面站測控導航分系統

三維地面測控導航系統通過加載地理數據、三維電網數據開發與無人機結合應用系統，實現無人機全程自主飛行和實時狀態監測，大幅提高無人機飛行精度和安全性。

系統設計三維航線的智能化規劃功能，可實現與中繼設備、中繼飛機、飛控系統、缺陷診斷系統的數據通訊，為無人機在在電力線路巡檢和大范圍防災減災應用提供基礎數據支撐。

2.5 飛行避障分系統

無人機避障系統基于毫米波高分辨率雷達探測技術[8]，包括機載信號采集模塊及設置控系統內的機載避障分析模塊，構建了無人機超低空飛行障礙預警與規避支撐理論和實用化系統。

系統可在前視半球面70 m內探測出26 mm直徑的導線，實現智能避讓輸電導線、樹木等障礙物，保證了無人機在復雜地形條件下與電力線路及其它障礙物的安全距離保持，同時能夠為無人機飛行控制系統在飛行狀態下提供實時預警和避障的安全保障。

2.6 缺陷故障智能診斷分系統

系統采用了算機技術、網絡通信技術、圖像處理、模式識別技術和數據融合技術等多種技術，通過對無人機巡檢獲取的線路設備多傳感器視頻及圖像數據進行處理，建立高壓線路缺陷特征數據圖庫[9]；應用圖像識別技術和數據融合技術對線路設備缺陷進行自動輔助檢測診斷和評估。

3 實例應用

2012年4月至今，國網福建省電力有限公司福州供電公司無人機飛行團隊先后在500 kV福東線、220 kV閩建線等11條線路上進行無人機巡檢飛行，租用福州市閩侯竹歧鎮竹岐民用機場作為飛行保障基地和主要起降場地。巡檢飛行期間，共巡檢飛行78 h，飛行68架次，巡檢797多公里，發現隱患故障95處。

通過實際飛行演練，無人機巡檢系統逐步建立了在山區、高溫條件下，無人直升機的小速度帶懸停巡線飛行模式，建立了空中中繼、雙機同空飛行作業流程，充分驗證了該套系統的可行性和合理性。

4 結語

大型無人機巡檢系統，以Z-5大型無人直升機為飛行平臺，搭載中繼數據鏈系統、任務吊艙系統、三維地面站測控導航系統、飛行避障系統、缺陷故障智能診斷系統，具有不受地形環境限制的優勢，可實現電網線路巡視、設備巡查和災情監控的一體化管理，實現山區等復雜氣候地形環境下遠距離、長航時輸電線路巡檢和防災減災應用，提升電力系統防災減災和線路運行管理水平。在無人機電力巡檢應用中，大型無人機巡檢系統在復雜環境下遠距離、長航時的應用需求中，具有很大的實用化應用前景。同時，通過無人機在電力巡檢系統的研究應用，也推動了民用無人機在石油管線巡查、森林防火、勘測測繪等領域的發展，推動了國內無人機、數據鏈、光電偵察吊艙等高新技術的研發應用。

參考文獻

[1] 林韓，林朝輝，湯明文，等.電力輸電線路無人直升機巡視的應用[J].華東電力，2011，39（10）：1657-1660.

[2] 湯明文，戴禮豪，林朝輝，等.無人機在電力線路巡視中的應用[J].中國電力，46（3）：35-38.

[3] 李力，徐勛建，李波，等.架空線路無人機巡線技術探討[J].湖南電力，2012，32（1）：1-4.

[4] 于德明，武藝，陳方東，等.直升機在特高壓交流輸電線路巡視中的應用[J].電網技術，2010，34（2）：29-32.

[5] 厲秉強，王騫，王濱海，等.利用無人直升機巡檢輸電線路[J].山東電力技術，2010，172（1）：1-4.

[6] 陳曉兵，馬玉林，徐組艦.無人飛機輸電線路巡線技術探討[J].南方電網技術，2008，2（6）：56-61.

[7] 牛姣蕾，林世忠，陳國強.圖像融合與拼接算法在無人機電力巡檢系統中的應用[J].電光與控制，2014（3）：88-91.

第2篇：無人機光電探測技術范文

關鍵詞：無人機系統；系統集成；項目管理

中圖分類號：F23

文獻標識碼：A

doi：10.19311/ki.16723198.2017.17.055

1前言

無人機，簡稱UAV，是無人駕駛飛機的簡稱，是由無線電遙控設備程序控制操縱的、具有自主控制系統的，能執行多種任務的一類航空器。無人機具有使用靈活性強、造價成本低、存活率高、作戰環境要求低及生存能力較強的優勢特點，使其在民用方面包括城市管理、物流運輸、農業建設、救災救援、航拍測繪等有廣泛用途，同樣在軍事偵察、監測、通信電子對抗、定位校射和定點打擊等軍事領域也扮演著重要角色。

電科特飛作為中國電科通用航空產業發展的牽頭平臺，充分整合中國電科在電子信息系統領域的經驗和集成能力，專業從事綜合航空電子系統、特種通用飛機系統、無人機系統和低空空管系統等產品的研發、生產、銷售及售后服務，具有豐富的無人機系統集成項目研究案例。

2國內外無人機系統發展現狀

2.1國外無人機系統發展現狀

在全世界范圍內，關于無人機的研究，最早開始于20世紀早期（1917年），由英國的一位飛機設計者研制出世界第一架無人機，距今已有百年的發展歷程。美國是研制和發展無人機的主要國家之一，無人機的飛速發展和廣泛應用是在海灣戰爭之后。20世紀90年代，美國開始部署和應用無人機，其中最有代表性的無人機是“捕食者”和全球鷹。以美國為首的西方國家充分認識到無人機在戰爭中的作用，競相把不斷發展的高新技術應用到無人機的研制與發展上。以歐美為首的國家同樣將無人機廣泛應用于民用領域，如城市管理、農業建設、搶險救災、地質勘查等，與傳統的人力相比，效果顯著。例如，2015年10月，美國伯靈頓北方圣太菲鐵路公司（BNSF）獲得聯邦航空管理局（FAA）的批準，可以使用無人機進行鐵路線路基礎設施監測（如觀測鋼軌裂縫、變形以及軌枕的狀況等），還可以在極端條件下進行數據采集。

2.2國內無人機系統發展現狀

我國研制無人機已有40多年的歷史，先后研制成功長空一號無人靶機系列、長虹高空高速無人偵察機、T-6通用型無人機、Z-5系列無人機、ASN系列無人機等。無人機在軍事領域，可以起到偵察衛星、空中預警、軍用戰斗等功能；在民用領域，航拍勘測、抗震救災、森林防火應用廣泛。印象深刻的是2008年汶川地震，無人機在惡劣的環境條件下提供了災區圖像信息，獲取了寶貴的災區數據信息，為后續的組織救援活動的科學性開展，起到了不可或缺的作用。

3無人機系統的發展趨勢

3.1無人機系統集成合作不斷發展

無人機系統集成是指在無人機平臺上搭載任務載荷設備，通過機載設備進行作業，再通過通信鏈路實現數據傳輸，以實現一系列軍民領域應用。常見的任務載荷有光電吊艙、航空相機、探測雷達、制導武器等。電科特飛作為專業的特種飛機、無人機系統集成商，憑借央企背景優勢、良好的信譽記錄，與專業的無人機平臺生產商和任務載荷生產商進行合作，通過專業的研發團隊和系統集成改裝技術，對無人機平臺和任務載荷進行系統集成研發，以滿足用戶使用需求。系統集成商并非無人機平臺和任務載荷生產商，不需搭建生產環境和組建生產團隊，這樣就大幅降低了企業運營成本，而是通過掌握系統集成核心技術和市場渠道，與生產商創建發展命運共同體，實現技術優勢互補和利益共享。

3.2無人機系統定制化研發已成常態

隨著國家供給側市場經濟改革的不斷深入，創新已成企業生存和發展所在。針對無人機系統，模塊化、通用化、系統化已成發展趨勢，一機多能將會是無人機未來的發展方向。進行無人機系統集成研發時，將平臺性能參數和任務載荷的有機結合，根據不同的任務性能要求，來選擇平臺和任務載荷，以滿足用戶的多樣化要求。電科特飛自2015年就開展了無人機平臺和任務載荷的數據收集，建立了無人機平臺數據庫和任務載荷數據庫，以便于市場開發人員市場拓展和研發人員平臺、設備選型，大幅提高工作效率。

4無人機系統集成項目管理流程

無人機系統集成研制項目管理的主要工作有項目可行性研究與評估、項目立項、團隊任命及型號、工號、項目策劃、項目實施、項目監控與變更、項目驗收與交付。其中，項目可行性研究與評估、項目立項由市場開發部門組織技術部門實施；團隊任命及型號、工號由項目管理部門負責實施；項目啟動后的工作由項目團隊負責實施，項目管理部負責監督與變更控制，流程圖見圖1。

4.1項目可行性研究與評估

項目的可行性研究是項目立項前的重要工作，需要對項目所涉及的領域、投資額度、投資的效益、采用的技術、產生的社會效益等多方面進行全面的評價，以便能夠對技術、經濟、社會可行性進行研究，以確定投資價值。

可行性研究應保有科學性、客觀性和公正性的原則。可行性研究一般采取投資估算法，投資費用一般包括固定資金及流動資金兩大部分，固定資金中又分為設計費、設備使用費、場地費、試驗費、管理費等，具體采取“0.6次方法則”，計算公式如下：

其中：

x―投資估算數

y―同類老項目的實際投資數

c2―新項目的研發能力

c1―老項目的研發能力

cF―價格調整系

通過以上方法對項目的可行性進行詳細研究，最終將形成《項目可行性研究報告》，報告中應包含：項目概述、國內外發展現狀、需求確定、現有資源、設施情況分析、投資估算和資金來源、經濟和社會效益分析、合作/協助方式等方面內容。

4.2項目立項

項目的可行性研究報告經董事會/總經理辦公會或公司領導（根據項目重要程度而定，一般重大項目須報董事會審議；重要項目須報總經理辦公會或總經理直接批準；一般項目公司分管領導批準即可）批準通過后，市場開發部門便組織項目團隊（初步，暫未任命）進行項目的立項報告的編寫。報告中應包含：項目背景、系統設計（初步）技術方案、項目實施進度計劃（初步）、項目資源保障需求、項目實施方案（初步）、項目風險分析等方面內容。

4.3項目團隊任命及型號、工號

項目通過立項評審會后，項目管理部門將收到市場開發部門的項目開工令。項目管理部門將指派一名項目主管與技術部門領導進行溝通，確定初步的項目經理和項目團隊名單，上報公司領導進行批準后隨同項目型號、工號一同。一切就緒后，項目管理部門將組織召開項目啟動會，宣讀項目經理和團隊成員，明確項目績效考核辦法和各崗位角色和職責，與客戶確立正式的溝通交流渠道，對項目計劃進行綜合描述，建立以目經理為核心的項目管理制度。項目團隊組織機構圖見圖2。

4.4項目策劃

項目策劃主要是項目經理組織項目團隊實施，主要輸出文件是《項目策劃書》。《項目策劃書》應包含：項目團隊組織結構及分工、項目管理計劃、技術管理計劃、質量管理計劃、風險管理計劃、溝通管理計劃、資源保障（需求）計劃、執行標準與規范、項目成本預算及各階段交付文件清單等方面內容。

4.5項目實施

項目實施是無人機系統集成中占用項目團隊大部分時間和精力的關鍵過程。主要是根據項目策劃中的進度安排，項目團隊開展總體方案設計、各分系統方案設計、物資采購提請與領用、設備級測試、系統實驗室聯試、無人機平臺改裝和設備安裝、機上地面聯試、試驗、飛行試驗等工作。

4.6項目監控與變更

項目管理部門實時監控項目開展情況，定期收集和反饋各項目實施進度，與進度計劃對標，協調解決項目團隊面臨的困難，組織年度、季度、每月計劃的與總結。針對項目團隊提出的變更申請，項目管理部門負責審核并報公司領導審批。

4.7項目驗收與交付

無人機系統經過飛行試驗（或具備規定的飛行時間）滿足立項申請書要求后，項目團隊需提出項目結題驗收申請。項目管理部門組織相關專家（必要時客戶需參加），協調時間召開項目結題驗收評審會。會議成立驗收評審組，評定無人機系統集成研發過程中所形成的技術文件和管理文件，對照測試、試驗數據與項目立項申請書所提指標是否一致，檢查文件齊套性，提出遺留問題和整改要求，最終確定項目是否通過驗收，需評審組組長（或客戶代表）簽字確認。通過驗收的產品即具備裝箱交付條件，具體交付要求見商務合同要求。

5無人機系統集成項目管理方法

電科特飛無人機系統集成項目管理領域基本依據常用的PMP管理領域來劃分。主要包含范圍管理、時間管理、成本管理、質量管理、資源管理（含人力資源和外購設備）、風險管理和溝通管理（含干系人的溝通管理）。

5.1范圍管理

項目通過立項報告評審會后，項目團隊根據項目立項要求制定詳細的項目工作說明書（SOW）和范圍管理計劃。SOW中應詳細描述項目及其產品、服務或成果的最終形式或要求及必需開展的工作。然后利用WBS技術將項目范圍和可交付成果分解成可操作的工作項，以指導項目開展。范圍管理計劃中對范圍的控制和變更有明確規定，范圍變更必須經過審批方能生效。

5.2時間管理

時間管理主要包含進度計劃的制定和控制。進度計劃主要是借用Office Project軟件將WBS所分解的工作項遵循相互關聯性和先后邏輯關系，估算工作所需時間而制定。針對時間的估算，主要采取三點估算法：

最可能時間（tM）：基于最可能的資源和工作效率情況所估算的時間。

最樂觀時間（tO）：基于最好的資源和工作效率情況所估算的時間。

最悲觀時間（tP）：基于最差的資源和工作效率情況所估算的時間。

針對進度計劃的控制，項目管理部門應組織項目進展與進度計劃進行實時對標，定期組織項目進展匯報。如因客觀原因需要變更，項目團隊需提出變更申請，經過審批后方可按調整后的進度計劃開展項目活動。

5.3成本管理

項目策劃階段，項目團隊需指定成本管理計劃，成本分類應包含：設計費、專用費、材料費、外協費、燃料動力費、固定資產使用費、工資及勞務費、差旅費、會議費、事務費、專家咨詢費、管理費、不可預見費等。成本管理計劃應包含項目各階段、各工作項所需費用預算，成本的估算同樣常用三點估算法。成本控制是以項目成本管理計劃和各項工作的成本預算為依據，以成本績效報告為工具，成本變更同樣需走審批流程方能生效。

5.4質量管理

無人機系統集成項目質量管理強調追求顧客滿意，注重預防而非檢查或發生質量問題后再行整改，強調全員參與，持續改進。質量控制是以工作結果為導向，以質量體系文件為準則，以“狀態基線、質量紅線、檢驗門線”、“三線”管理為手段，推動質量管理流程化、規范化。即產品設計開發時技術指標設定明確，余量控制分配到位；無人機任務載荷質量紅線不容踐踏，絕不放行有任何質量問題或隱患的產品出廠；規范設備入廠復驗管理流程，提高設備入廠門檻，絕不接收有任何質量問題或隱患的產品入廠。

5.5資源管理

項目策劃階段，項目團隊需羅列出項目研發過程中所需保障的資源清單。資源清單應包含：人力資源、外購設備資源、工作環境資源及儀器儀表等。制定資源管理計劃時，應明確各類資源所需保障的時間段，以方便項目管理部門協調相關部門確保各類資源按時、按需保障到位。

5.6風險管理

UVA系統集成的特點決定了在項目管理過程中存在著較多風險源，主要是涉及平臺生產商、任務載荷生產商和改裝執行單位工作執行情況。風險管理的主要工作有風險管理策劃、風險分析、風險識別、風險應對等。在項目策劃階段，項目團隊應編寫《風險分析報告》，描述風險分析過程及方法（風險評價指數矩陣，量化風險指數）、風險等級劃分準則、風險排序準則和接受準則，列出風險源清單和風險排序清單，對高風險項目提出應對措施，最后得出項目實施的風險結論和建議。

5.7溝通管理

溝通管理主要分為內部溝通管理和外部溝通管理。項目策劃階段，項目團隊需擬制《干系人清單》，干系人主要包括：客戶、平臺生產商、任務載荷生產商、公司內部領導、市場開發部門等；制定溝通管理計劃應明確溝通媒介，如技術協議、技術協調單、年度、季度總結和周報等。溝通過程中所產生的信息應按外來文件或內部文件管理規定進行記錄和存檔，以便后續可查。

6結束語

從近幾年無人機的技術發展趨勢來看，搭載不同任務載荷的無人機系統以滿足用戶定制化需求的研發生產模式已成常態。無人機系統集成研發有節省無人機平臺和任務載荷生產運營成本的優點，但也有供應商管理困難，進度、質量無法自主掌控等困難。因此，運用先進的項目管理理論，做到時間、成本、質量、資源等全面策劃與統籌管理，科學制定風險管理計劃及處置措施，確保無人機系統按要求交到客戶手中。

參考文獻

[1]謝春茂.無人機系統產業發展及市場研究[J].科技傳播，2013，（92）：7779.

[2]毛曉東.系統集成項目管理的步驟與分析[J].江蘇科技信息，2009，（12）：2325.

第3篇：無人機光電探測技術范文

      

        光電系統與工程

        (193)潛望式觀瞄系統的瞄準軸系誤差分析與調校 楊海成 王章利

        (198)線性振動、角擾動對機載光電吊艙圖像質量的影響 柯詩劍 陳平 李杰 張一軍 萬菁昱 楊少康 惠渭鋒 劉濤

        (203)一種高分辨率電視制導連續變焦光學系統 宋巖峰 孫衛平 王國力

        (209)6mm-60mm百萬像素變焦安防鏡頭設計 羅春華 張齊元 李艷紅

        (215)大變倍比中波紅外變焦系統的小型化設計 李巖 張葆 洪永豐

        (220)太陽光光纖耦合光學系統設計 魏丹 王菲 房丹 王曉華

        (225)飛控系統控制信息自動采集處理模塊與自測試設計 王銳

        (230)透射式變摻雜gaas光電陰極研究 陳懷林 常本康 牛軍 張俊舉

        (235)某坦克炮長鏡光學系統裝調技術 陳強 周文哲 任鵬輝 劉永

        光電信息獲取與處理

        (239)基于niflexrio的圖像實時采集及處理系統 楊寧 霍炬 龔聲民

        (248)艦船尾跡光學信號特征的直方圖提取方法 陳明榮 遲衛 謝田華 金良安

        (255)無人機視頻運動目標實時檢測及跟蹤 董晶 傅丹 楊夏

        (260)基于干涉原理的雙圖像加密系統 秦怡 鞏瓊 呂曉東 馬毛粉

        無

        (f0004)《應用光學》第8屆編委會會議暨光電技術研討會征文通知 無

        (i0002)《應用光學》征稿／廣告簡則 無

        光電信息獲取與處理

        (267)改進金字塔算法用于小視場星圖識別 李輝 王安國 張磊

        (273)干涉條紋密度的計算及其應用研究 莫衛東 傅振堂 張孟 張海防 范琦 馮明德

        (279)hamming切趾技術提高體光柵光譜合成功率的研究 白慧君 汪岳峰 王軍陣 殷智勇 雷呈強

        光學計量與測試

        (284)紫外光學傳遞函數測量裝置研究 楊紅 康登魁 姜昌錄

        (289)ccd成像電子學單元光電參量測試系統 孫景旭 劉則洵 萬志 李憲圣 李葆勇 任建偉

        (295)弧形光源鏡頭式光幕靈敏度分布研究 倪晉平 趙靜遠 高芬 劉璐

        (300)大口徑kdp晶體折射率非均勻性檢測 魏小紅 柴立群 高波 李強 徐凱源 何宇航 劉昂

        (304)逆向成像法畸變測試技術研究 郭羽 趙生祿 鄭雪 張玫 馬世幫 楊紅 姜昌錄 康登魁

        (308)成像法測量積分球的亮度均勻性 呂濤 張景旭 付東輝 陳小云 劉杰

        (313)散焦光柵測量光束漂移的光路設計仿真 高國昌 龍超 司磊 景春元

       

光學器件與制造

        (319)便攜式多波段多光軸平行性檢測儀設計 趙文峰 紀明 劉濤 張魁甲 孟合民

        (325)基于自由曲面的led全反射準直透鏡的設計 樊露青 李湘寧 王瑜 劉杰

        (330)空間相機內部隔熱板的性能優化方法 錢婧 孫勝利 孫麗崴

        紅外技術

        (336)紅外告警系統三站被動測距目標確認及精度分析 王東 趙威 梁冬明 張巖岫 岳寰宇

        (341)動態紅外三角形目標及干擾模擬技術研究 高澤東 朱院院 高教波 李俊娜 鄭雅衛 解俊虎 王軍 陳青

        激光技術

        (349)激光數據鏈路與irst信息融合方法研究 徐強 王海晏 楊海燕 王芳 陳鑫

        (355)ld側面泵浦nd：yag高重頻電光調q激光器 毛鑫 沈兆國 付潔 唐剛鋒 羊毅 程建新

        (359)激光反射式光幕探測技術研究 高娟 董濤 倪晉平

        光纖傳感與光通信

        (363)可調脈沖寬度的調q摻銩雙包層光纖激光器 張靈聰 杜戈果 趙俊清 郭春雨 阮雙琛

        (368)基于外調制器的全雙工無線信號光傳輸系統 李輝 趙強 李蕾 黃威 郭佳 梁棟

第4篇：無人機光電探測技術范文

關鍵詞：安全避障 紅外 毫米波雷達 吊艙 直升機

中圖分類號：TN958.98 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（b）-0056-04

隨著輸電高壓等級的不斷提高，輸電線路的巡線作業的安全、穩定、高效運行越來越重要。隨著我國電網工程的不斷發展，超高壓、特高壓輸電線路將覆蓋全國，輸電線路距離長、沿線地形復雜、輸電線路塔體很高，傳統人工巡線方法不僅工作量大而且條件艱苦，特別是對山區和跨越大江大河的輸電線路的巡查，以及在冰災、水災、地震、滑坡、夜晚期間巡線檢查，所花時間長、人力成本高、困難大，某些線路區域和某些巡檢項目人工巡查方法目前還難以完成。

針對上述問題，國內外已開始轉向基于直升機或無人機的網巡作業方式，效率是地面人工巡視的20～30倍，為提升輸電線路巡視效率，推進輸電設備精益化管理，全網輸電線路直升機巡視的作業需求日益迫切，該方式可及時發現人工巡視肉眼難以發現的缺陷，有力保障輸電線路運行安全水平。直升機在行進過程中主要靠人工識別飛機周邊障礙物情況，但在特殊情況或角度下，例如雨、霧、煙塵或其它復雜環境時，地面操控人員或機上駕駛人員很難判別周邊環境，國內外已經發生多起飛行器碰撞墜毀事故，因此，飛行器避撞技術是直升機網巡作業的關鍵技術。為此，該文介紹一種基于紅外視頻與雷達一體化吊艙的直升機安全避障系統，給出系統的具體設計方案及其主要性能指標，可為其它用途直升機或無人機的安全避障系統設計提供參考意義。

1 安全避障系統方案分析及總體設計

1.1 方案分析

紅外成像和毫米波雷達測距技術均是常見的兩種避障手段，但具有各自的優缺點：（1）紅外成像技術是基于物體表面熱輻射的原理進行無接觸溫度測量、熱狀態分析、熱輪廓描述，可在夜間及惡劣氣候條件下進行目標監控、溫度感知監控、偽裝及隱蔽目標識別、物體距離及輪廓描述，但由于探測效果不隨周圍光照條件的變化而變化，紅外成像技術無法實現較遠距離的監控；（2）毫米波雷達測距技術可進行遠距離測距，且具有抗干擾能力強、指向性強、測量精度較高、小型化等優點，適合作為直升機的自主避障系統傳感器，但由于毫米波雷達只能探測平行距離，無法描述目標對象的輪廓和對象在視場中的角度。

基于紅外成像和毫米波雷達測距技術的特性分析，本文將紅外成像技術和毫米波測距雷達技術相結合，構建紅外視頻與雷達一體化安全避障系統，充分發揮紅外輪廓成像和雷達遠距離測距的優勢。其中機載紅外吊艙作為避障系統的主傳感器，毫米波雷達測距系統作為安全避障系統的輔助傳感器。

1.2 方案總體設計

直升機紅外巡線吊艙安全避障系統主要由紅外巡線吊艙、5路毫米波雷達空間測距、主控計算機、駕駛員指示屏及專用電纜等組成，如圖1所示。其中，毫米波雷達測障系統安裝在機體四周，紅外吊艙安裝于機體下方，主控計算機安裝于駕駛室或由艙內人員攜帶。

當直升機進行巡邏時，空間毫米波雷達測障系統負責實時監測前、后、左、右及地面高度五個方向的空間障礙物信息，并將數據傳輸至主控計算機；此外主控計算機在采集紅外視頻信息的同時接收測障系統數據，通過角度計算確認包絡紅外吊艙當前指向的測距子系統并將其測距數據疊加至視頻圖像輸出。系統通過結合5路毫米波雷達測距子系統組成的測距傳感器網絡實現空間測障功能，同時采集機載紅外吊艙的視頻信號，以“圖形+數據”方式實時展示當前5方向的空間障礙物狀態。當直升機與障礙物距離過近時，以聲、光告警的方式提醒飛行員注意避讓。

2 系統硬件設計

紅外視頻與雷達一體化安全避障系統如圖2所示。

2.1 毫米波雷達空間測距系統設計

毫米波防撞測距系統可顯示各障礙物離飛行器的距離、方位、角度，可對各類障礙物的類別進行評估，完成飛行器的合理避障。系統包含有五路毫米波防撞測距子系統，分別監測前、后、左、右及高度五個方向的障礙物狀況，實時輸出動態條件下飛行器與四周環境障礙物之間的距離，如圖3所示。

5路毫米波防撞測距子系統作為從傳感器節點通過RS422/RS485總線與計算機組網，由計算機點名實現測距數據輪詢輸出實現數據采集。組網方式為一主+多從，即主控計算機為總線主設備，其余測距子系統為從設備。毫米波雷達測距系統不主動向總線發送數據，主控計算機向總線廣播數據請求指令，指令中包含對應請求對象傳感器的地址，當測距子系統檢測到廣播指令中的地址與自身地址匹配一致后，向總線發出自身的測量數據，否則不回應廣播數據請求指令，以此實現主控計算機對網絡中各傳感器節點的數據輪詢。

2.2 紅外巡線吊艙信號處理系統設計

由于系統需要接入PCI/PCI-E擴展的視頻卡及數據通訊卡，普通筆記本電腦無法滿足要求，一般工控機體積過于龐大且需外部供電。綜合兩方面考慮，主控計算機采用通用X86架構的便攜式加固工作站并外擴擴展塢及PCI接口功能板卡的方式實現。加固型工作站具有很好的防水、防摔及抗震性，可靠性高，適合野外或機載條件下的使用。紅外巡線吊艙信號處理系統的硬件架構及接口數據流如圖4所示。

2.3 視頻采集卡

視頻采集卡采用海康威視DS-4300系列高清編碼卡，暫選型號為DS-4304HFH-E。性能特點及部分指標如下：PCI-E接口，更高數據帶寬；產品運行可靠穩定；高性能低功耗；實時完成視頻和音頻壓縮，不丟幀；可設置編碼的幀格式；可設置圖像質量和碼率；支持OSD、LOGO疊加和區域屏蔽提供完整SDK開發包；支持Windows XP、Linux操作系統。

2.4 數據通訊卡

數據通訊卡選型為宇泰UT-712 485/422光電隔離轉換卡，PCI轉2路RS-485/422。性能指標如下：PCI總線：32位；傳輸速率：高達115.2kbps；流控制：RTS/CTS XON/XOFF；工作溫度：0℃～70℃；光電隔離：隔離電壓2500 Vrms；接口保護：600 W浪涌保護、±15 kV靜電保護；傳輸距離：高達1200 m；支持系統：Windows XP、Linux驅動。

2.5 紅外視頻與雷達數據聯動設計

系統軟件集成紅外吊艙的控制接口及指令，用于同紅外吊艙的通訊及雙向控制，在某些設定條件下用戶可通過系統軟件對紅外吊艙的進行手動或自動控制，亦可由紅外吊艙的某些狀態自動觸發系統軟件的特定功能，如自動啟動視頻錄像。

紅外視頻與雷達數據聯動數據流示意圖如圖5所示。以主控計算機及系統軟件為中心實現子系統之間的通訊數據往來；以機載紅外吊艙俯仰角及方位角輸出信息為參考動態切換與當前紅外攝像頭指向對應的某一臺毫米波雷達測距系統的輸出數據，并將數據疊加進視頻窗口；通過選定某一指向的毫米波雷達測距系統，控制機載紅外吊艙調整攝像頭的俯仰角及方位角使二者法向一致；以某一距離最小值為告警閾值，由毫米波雷達測距系統輸出值通過系統軟件自動觸發紅外吊艙收回鏡頭，防止設備受損；以某一距離最小值為工作閾值，由毫米波雷達測距系統輸出值通過系統軟件自動觸發紅外視頻錄像及拍照。

2.6 主控計算機選型

便攜式加固工作站選型為神基科技GETAC X500，部分技術指標如下：全鎂鋁合金機殼，可防水、防塵、抗震耐摔；英特爾高性能處理器（酷睿i5-520M）；15寸陽光下可讀的多點觸控顯示屏；離散圖形控制器NVIDIA GeForce GT330M；整機可夜視功能，可插拔防震硬盤、多媒體擴展艙和PCI/PCIe擴充槽；電池板續航時間大于10 h。

2.7 電磁兼容性設計

結合直升機及其電子系統的電磁環境的特點，按照技術規范對電磁環境適應性的要求，從系統布局、內部布線、電磁屏蔽加固、電路板設計、元器件選擇等方面進行電磁兼容設計。采取的措施有：在電源輸入端加EMC電源濾波器；輸入、輸出插頭座采用電磁屏蔽插頭座；采取強度弱信號相互隔離，避免強信號對弱小信號的干擾；產品布線時，對于如電機電源等高頻、強信號，工藝上采取正負級絞接地方法布線；在PCB設計時，采用多層板，設計專門電源層，吸收板上器件的電磁輻射；所有分系統內部的干擾源或敏感器進行電磁屏蔽設計。作為屏蔽體的外殼選用導電性能良好的金屬材料，接口處的表面處理采用導電氧化處理，保證各屏蔽體良好連接，消除漏磁縫隙，以提高屏蔽效能。嚴格控制屏蔽體開口、孔洞、縫隙的數量、位置和大小，盡量避免降低屏蔽效能。

3 系統軟件設計

3.1 工作模式

基于紅外視頻與雷達一體化吊艙的安全避障系統工作狀態分為自檢階段和工作階段：

（1）自檢階段。系統上電后，系統進行初始化并自檢，自檢內容有：通過數據通訊端口接收紅外吊艙系統狀態信息，判斷吊艙是否進入正常工作狀態；通過對5路毫米波雷達測距系統分別進行點名及數據讀取，判斷各個雷達測距系統是否進入正常工作狀態；視頻采集卡檢測，判斷視頻采集卡通道是否正常打開，對應視頻信號接入正常；錄像區硬盤空間檢測，確認錄像區硬盤剩余空間充足。

（2）工作階段。工作階段系統啟動如下功能有：實時接收各方向測距信息，動態展示空間障礙物狀態；響應使用人員的操作；直升機進入與障礙物的危險距離后系統自動進行聲光告警；觸發自動錄像及拍照，觸發條件需與用戶進一步協商。

3.2 軟件開發設計

軟件采用可視化集成開發環境Visual Studio開發，語言為C++；調用單機數據庫管理系統Microsoft Access進行后臺數據維護，數據庫查詢控制語言為SQL，并集成調用視頻采集卡、數據通信卡等硬件設備的底層SDK，軟件開發層次結構示意圖如圖6所示。

系統軟件運行環境即操作系統為微軟Windows 7或Windows xp，軟件運行兼容32位和64位操作系統。軟件主界面基于Microsoft MFC單文檔應用程序模板SDI開發，基本界面示意圖如圖7所示。

4 系統性能測試及性能指標

4.1 環境適應性測試

（1）高溫工作：將系統放入溫度試驗箱，當溫度上升到+55℃溫度時，保持2 h后，對系統進行功能檢查，檢測結果為：工作正常。

（2）高溫存儲：將系統放入溫度試驗箱，當溫度上升到+65℃溫度時，保持2 h后，待系統恢復到常溫進行功能檢查，檢測結果為：工作正常。

（3）低溫工作：將系統放入溫度試驗箱，當溫度上升到-20℃溫度時，保持2 h后，對系統進行功能檢查，檢測結果為：工作正常。

（4）低溫存儲：將系統放入溫度試驗箱，當溫度上升到-40 ℃溫度時，保持2 h后，待系統恢復到常溫進行功能檢查，檢測結果為：工作正常。

（5）溫度沖擊檢驗：將系統置入溫度沖擊試驗箱的低溫箱內將箱內溫度降到-40 ℃保持2 h，然后在1 min的時間內將系統移入溫度為+55 ℃的高溫箱內保持2 h，然后將溫度恢復到常溫進行功能檢查，檢測結果為：工作正常。

（6）溫度-高度檢驗：將系統放置在試驗箱內，將試驗箱內的大氣壓力降到75.2 kPa，同時將試驗箱內溫度在低溫-20 ℃和高溫+50 ℃進行循環（在低溫-20 ℃和高溫+55 ℃的保持時間分別為1 h），進行1個周期的循環。試驗后進行功能檢查，檢測結果為：工作正常。

（7）電磁兼容檢驗：按《GB/T17626.2 電磁兼容靜電放電抗擾度試驗》和《GB/T17626.6電磁兼容工頻磁場抗擾度》進行試驗，檢測結果為：工作正常。

4.2 系統性能指標

系統性能指標如表1所示。

5 結論

為解決智能電網直升機網巡作業在復雜環境下的安全避障問題，該文提出了一種基于紅外和雷達一體化吊艙的飛行器避障技術，充分結合紅外成像和毫米波雷達分別在目標對象輪廓及視場角度感知和遠距離監控探測方面的優勢；完成了基于紅外和5路毫米波雷達空間測距的吊艙系統硬件設計和軟件系統開發。通過對各種環境適應性試驗結果分析，避障系統的測距范圍可覆蓋10～1000 m，測距精度可滿足±（1+0.03H） m，距離分辨率不大于1 m，工作頻率在Ku或mm波段，波束寬度為6×6度，輻射功率不小于23 dBm，數據更新率為20 ms。飛行試驗結果表明，該系統可滿足直升機電力巡線的避障需求，同時還可對其它用途的直升機/無人機安全避障系統設計提供參考意義。

參考文獻

[1]徐艷國.直升機防撞雷達關鍵技術及發展趨勢[J].現代雷達，2011（33）：9-13.

第5篇：無人機光電探測技術范文

關鍵詞： 耕地; 人工建筑; 閾值; 圖像分割

中圖分類號： TN964?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）06?0105?03

Research on automatic segmentation of agricultural land and artificial buildings in remote sensing image

WANG Min?yan1， ZHAO Kun2

（1. Commission for Discipline Inspection and Supervision Bureau of Jining， Jining 272045， China;

2. The 27th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation， Zhengzhou 450047， China）

Abstract： An image processing algorithm which can automatically divide up agricultural fields and artificial buildings in remote sensing images from satellite or aerial photo is proposed. With the technologies of image area synthesis， filtering， histogram statistics and background segmentation， the artificial buildings and roads in large?scale agricultural lands can be segmented by the algorithm， and the area calculation can be realized. Some solutions and test results are given in this paper. It is significant for this algorithm to improve the automation statistic level of agricultural land.

Keywords： agricultural field; artificial building; threshold; image segmentation

0 引 言

作為人口大國，農林業對我國家安全和社會穩定有重要意義，隨著經濟的高速發展，鄉鎮及城市建設對土地需求日趨增長，合理有效地使用土地資源，監控土地實際使用情況是國家研究的重要課題。隨著現代航天技術、航空技術、探測器技術高速發展，國家投入大量衛星、飛機及無人機進行耕地普查，新技術的廣泛應用給農業用地統計、普查、災害預警帶來革命性發展，提供了豐富的數據資源。但社會各界對農業統計信息的需求越來越大，對統計質量要求越來越高，按照傳統的方法，僅僅依靠手工作業是遠遠不能適應實際海量數據篩選需要的。本文提出一種可在衛星或航拍遙感圖像中自動分割農用田地與人工建筑的圖像處理算法，該算法使用圖像區域合成、濾波、灰度統計、背景分割等處理技術，可實現農用田地中疑似建筑及道路進行分割，并給出面積的估算。為后續土地和人工建筑確認標注提供預先提示。

1 遙感圖像預處理

遙感圖像在形成、傳輸、記錄過程中，成像系統、傳輸介質和記錄設備都會引起圖像質量的下降[1?2]，典型表現為圖像模糊、失真、有噪聲等。圖像預處理的目的就是盡可能恢復退化圖像的本來面目。引起圖像退化的因素很多，圖像預處理將根據退化的原因，建立相應的數學模型，并沿著圖像降質的逆過程恢復原圖像。

農用土地遙感圖像所關注的信息大部分集中在低頻和中頻段，為了有效抑制圖像的噪聲并盡可能多的保留有用的信息，采用均值濾波、中值濾波、低通濾波、匹配濾波等多種濾波器相結合，綜合線形濾波器和非線形濾波器的優點，研究具有實時特性的濾波網絡，最大程度濾除噪聲，提高圖像的信噪比，減少圖像的失真[3?4]。

原始圖像中各點的灰度值f（x，y）用該點鄰域的灰度平均值代替，以抑制具有突變性質的噪聲點。設g（x，y）為處理后的灰度值，則該方法可表示為：

[g（x，y）=1MN（m，n）∈S（x，y）f（m，n）] （1）

式中：[S（x，y）]為[（x，y）]的鄰域;m，n為[S（x，y）]中的像素數。

圖像的預處理在空域中進行，也可在頻域中進行，將一維信號低通濾波器在二維圖像中應用，圖像經過二維傅里葉變換后，噪聲頻譜位于空間頻率較高的區域，而圖像中關鍵信息處于空間頻率較低的區域，從而實現對高頻分量的預制[5]。

轉移函數為：

[H（x，y）=11+[D（x，y）D0]2n] （2）

式中：[D0]為截止頻率;[n]為階數。

2 遙感圖像分割與處理

嚴格意義上的圖像分割是指每一個物體都能和它的背景區分開來而成為一個獨立完整的區域，人的視覺就包括這個過程。但是，在實際應用中這是很困難的，因為圖像分割沒有統一的判別標準，也沒有通用的分割方法，一般來說，只要能把感興趣的部分從背景中分割出來就可以接受[6]。對遙感圖像進行分割就是把圖像中不同于農業用地的人工建筑或道路等具有特殊意義的區域分割開來，這些區域本身并不相關，但每一個區域都不同于農業用地[7?8]。

2.1 大面積耕地直方圖分析

由于大面積農用耕地的主背景的分布相對均勻，從圖像的直方圖分析明顯存在單峰（背景），如果有道路或人工建筑，則直方圖中將存在背景峰之外的多個。

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圖1 大面積農用田地圖及直方圖

2.2 基于大面積耕地背景的分割閾值提取

[H（x）]為圖像直方圖分布，則圖像的平均灰度為[9?10]：

[hx=x?hxhx] （3）

圖像的灰度分布誤差為：

[σ=h（x）-h（x）?x2h（x）] （4）

將[h（x）]-ks作為圖像分割的第一個閾值，[h（x）]+ks作為圖像分割的第二個閾值。將灰度在[[h（x）]-ks，[h（x）]+ks]內的像素判為背景，其他灰度圖像像素判為目標，則就可以將目標從背景中“分割”出來。如圖2，圖3為原始圖像及經過預處理后的圖像，應用式（4）求解出[σ]及分割門限，經二值化后分割圖像如圖4所示。

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圖2 原始圖像

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圖3 圖像預處理

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圖4 圖像分割

根據分割出的圖像可對目標像素面積的統計，采用投影方法，可獲得圖像不同列中非農用地的像素數，如圖5所示，通過累加計算可獲得設定區域非農用地占用比例，從而獲得實際農用地面積。

2.3 應用

通過對遙感圖像處理，可對耕地或建筑面積進行估算、統計，對疑似建筑物、道路進行標注，提高農業用地統計自動化水平，并提高土地管理部門、農業部門、農業統計部門及其他有關部門在技術手段和行政管理方面的優勢，采用先進的遙感技術、全面統計和抽樣調查等各種方法，對耕地及其他農業用地的數量進行全面的監測和管理，及時對不利于耕地和其他農業用地保護及使用的情況進行處理和糾正。

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圖5 目標面積統計

3 結 語

本文根據大面積農用地統計需求，結合其圖像特性，提出一種大面積耕地背景的耕地及人工建筑分割方法，可以有效提高耕地統計自動化水平，并輔助監測農用耕地占用情況。

參考文獻

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