一种用于无人机智能运行的光学交互系统的制作方法

1.本发明为飞机机载系统设计，具体涉及一种用于无人机智能运行的光学交互系统。


背景技术：

2.无人机由于缺乏飞行员，导致其在地面保障、飞行及作战过程中，一方面获取周边环境信息的能力较弱，限制了其自主能力，如自主出入库、自主滑行、地形匹配飞行等；另一方面展示自身状态的能力也较弱，较多的依赖于通过数据链将自身状态信息传递给地面指控人员，而缺乏对周边保障人员、协同飞行人员等交互目标的信息传递，影响了其与交互目标的协作能力。获取周边信息能力以及展示自身状态能力的不足，降低了无人机的保障效率、作战效能以及安全使用特性。
3.在某些无人机的设计中，单纯引入了某些环境感知传感器或者简单的信息指示器，但缺乏综合设计，无法形成完整的“信息感知-信息处理-信息指示”功能闭环；进一步的，信息指示器一般通过安装在设备舱内的小型化指示灯来实现，需要保障人员靠近查看才能获取状态信息，不适应各类地面、飞行中的交互目标与无人机在“一定距离”上进行高效交互的需求。
4.在某些民用领域，如智能驾驶汽车、人脸识别装置等，也引入了某些环境感知传感器和信息指示装置，但由于飞机外形、使用的特殊性，导致传统的民用产品设计不能简单移植到飞机上，主要表现在：一，飞机的外形是不规则的复杂曲面，机翼、尾翼等翼面的遮挡较多，且飞机具有高速运行的特性，导致其环境感知传感器的布置需要尽量适应外形，通过组合、共形以及低阻鼓包安装的形式满足对空间覆盖和低阻力飞行的要求；二是同样受飞机外形和高速运行特性的约束，其信息指示装置不能采用显示屏、突出外形的灯具等传统装置；三是为满足多样化的人机交互需求，信息指示装置应该具有多样化的指示形式，包括不同的颜色、图形等，不能采用颜色或者图形表达较为简单的灯具。
5.综上，无论是飞机设计领域还是其它设计领域，均缺乏适用于无人机当前及未来智能运行的交互系统。基于此，发明了一种用于无人机智能运行的光学交互系统，支持无人机地面保障、飞行及作战过程中的智能运行。


技术实现要素：

6.本发明的目的：提供了一种用于无人机智能运行的光学交互系统，用于光学感知飞机外界信息，并向地面保障人员和编队飞机通过光学图形编码指示自身运行状态，支持无人机地面保障、飞行及作战过程中的智能运行。
7.本发明的技术方案：一种用于无人机智能运行的光学交互系统，包括：低阻分布式光学感知子系统1、共形阵列式光学响应子系统2、处理子系统3、存储子系统4、线束子系统5组成。所述低阻分布式光学感知子系统1由多个分布式光学摄像装置6、共形光窗10、低阻鼓包光窗11组成；所述共形阵列式光学响应子系统2由多个共形光学编码装置7组成。
8.分布式光学摄像装置6布置在飞机周向多个位置，形成360
°
的视场，满足全向观测需求；分布式光学摄像装置6通过安装组件8安装在靠近飞机表面的机体结构上，通过共形光窗10或者低阻鼓包光窗11向外观测；共形光窗10共形安装在飞机蒙皮9上，低阻鼓包光窗11形成一个低阻鼓包并融合连接到飞机蒙皮9上；共形光学编码装置7布置在飞机周向多个位置，共形安装在飞机蒙皮9上；共形光学编码装置7为阵列式led发光装置，可以通过led阵列形成不同的光学编码，用以指示不同的飞机状态，实现与保障人员与飞行编组的交互；处理子系统3安装在飞机机体内部结构上；存储子系统4安装在飞机机体内部结构上；线束子系统5安装在飞机机体内部结构上；分布式光学摄像装置6与处理子系统3通过线束子系统5连接；共形光学编码装置7与处理子系统3通过线束子系统5连接；处理子系统3与存储子系统4通过线束子系统5连接。
9.进一步的，所述分布式光学摄像装置6至少具有可见光探测和夜视功能，满足白天和黑夜使用需求。
10.进一步的，所述分布式光学摄像装置6可以根据飞机的外形进行调整数量和位置，满足360
°
全向观测需求。
11.进一步的，所述低阻鼓包光窗11与飞机蒙皮9的法线的夹角α不小于30
°
，以满足飞机高速飞行时的低阻力需求。
12.进一步的，所述共形光学编码装置7所形成的光学编码，可以根据需求有多种表达方式，包括各类颜色、图形、闪烁方式的组合。
13.进一步的，所述共形光学编码装置7可以按照空间覆盖特性布置若干组。
14.进一步的，所述线束子系统5可以为1394总线、1553总线、rs422总线、tte总线等各类满足需求的数据传输线束。
15.进一步的，所述分布式光学摄像装置6、共形光学编码装置7、处理子系统3、存储子系统4可以自带供电或者由其它设备供电。
16.进一步的，所述分布式光学摄像装置6、共形光学编码装置7、处理子系统3、存储子系统4可以自带散热或者由其它设备散热。
17.本发明的有益效果：
18.(1)通过低阻分布式光学感知子系统、共形阵列式光学响应子系统以及其它系统的综合，实现了无人机对周边环境的360
°
感知以及对自身信息的多样化指示，提升了无人机的智能运行能力。
19.(2)低阻分布式光学感知子系统、共形阵列式光学响应子系统均按照空间覆盖和低阻飞行需求，布置在飞机周向若干个位置，并与飞机外形相适应，满足高速无人机的飞行需求。
附图说明
20.图1无人机光学交互系统总体组成
21.图2低阻分布式光学感知子系统组成
22.图3共形阵列式光学响应子系统组成
23.图4线束子系统组成
24.图5分布式光学摄像装置6的安装
25.图6共形光学编码装置7的安装
26.图7低阻分布式光学感知子系统360
°
全向覆盖示意
27.图8无人机光学交互系统的运行逻辑
28.图9实施例的光学交互系统方案
29.附图中的部件标识及名称：
30.1-低阻分布式光学感知子系统2-共形阵列式光学响应子系统3-处理子系统
31.4-存储子系统5-线束子系统
32.6-分布式光学摄像装置7-共形光学编码装置
33.8-安装组件9-飞机蒙皮10-共形光窗11-低阻鼓包光窗。
具体实施方式
34.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.参见图1～图6，本发明所述的光学交互系统，由低阻分布式光学感知子系统1、共形阵列式光学响应子系统2、处理子系统3、存储子系统4、线束子系统5组成。所述低阻分布式光学感知子系统1由多个分布式光学摄像装置6、共形光窗10、低阻鼓包光窗11组成；所述共形阵列式光学响应子系统2由多个共形光学编码装置7组成。
36.参见图1～图7，分布式光学摄像装置6布置在飞机周向多个位置，形成360
°
的视场，满足全向观测需求；分布式光学摄像装置6通过安装组件8安装在靠近飞机表面的机体结构上，通过共形光窗10或者低阻鼓包光窗11向外观测；共形光窗10共形安装在飞机蒙皮9上，低阻鼓包光窗11形成一个低阻鼓包并融合连接到飞机蒙皮9上；低阻鼓包光窗11与飞机蒙皮9的法线的夹角α不小于30
°
，以满足飞机高速飞行时的低阻力需求；共形光学编码装置7布置在飞机周向多个位置，共形安装在飞机蒙皮9上；共形光学编码装置7为阵列式led发光装置，可以通过led阵列形成不同的光学编码，用以指示不同的飞机状态，实现与保障人员与飞行编组的交互；处理子系统3安装在飞机机体内部结构上；存储子系统4安装在飞机机体内部结构上；线束子系统5安装在飞机机体内部结构上；分布式光学摄像装置6与处理子系统3通过线束子系统5连接；共形光学编码装置7与处理子系统3通过线束子系统5连接；处理子系统3与存储子系统4通过线束子系统5连接。
37.参见图7、图8，低阻分布式光学感知子系统1通过若干个覆盖不同方位的分布式光学摄像装置6获取飞机周边环境信息，包括但不限于：跑道状态、天气状态、飞机周边人员状态、机库状态等；低阻分布式光学感知子系统1获取的周边环境信息通过线束子系统5传输给处理子系统3；低阻分布式光学感知子系统1、共形阵列式光学响应子系统2、存储子系统3以及其它飞机系统也通过线束子系统5将自身运行状态等各类必要信息传输给处理子系统3；处理子系统3根据传输来的周边环境信息生成特定的图像、视频等并进行特定数据的提取、处理，结合其它信息生成响应指令，并将响应指令传输给低阻分布式光学感知子系统1和共形阵列式光学响应子系统2；低阻分布式光学感知子系统1根据处理子系统3传输来的响应指令配置工作参数、切换工作模式等；共形阵列式光学响应子系统2根据处理子系统3
传输来的响应指令配置工作参数，运行不同的光学指示状态，光学指示状态包括但不限于：前进/停止/转弯状态、故障状态、对外界信息的识别状态等，光学指示方式包括各类颜色、图形和闪烁方式的表达；存储子系统4存储处理子系统3产生的各类数据。
38.参见图1、图5，分布式光学摄像装置6兼具可见光和夜视成像功能，满足白天和黑夜观测需求；分布式光学摄像装置6可以为固定焦距、可调节焦距等具有不同调焦特性和距离覆盖特性的光学摄像装置。分布式光学摄像装置6可以自带供电或者由其它设备供电，可以自带散热或者由其它设备散热。
39.参见图1、图6，共形光学编码装置7为与飞机外形相适宜的阵列式led发光装置，可以根据信息指示需求采用不同的外观形式，还可以按照空间覆盖特性布置若干组。共形光学编码装置7可以自带供电或者由其它设备供电，可以自带散热或者由其它设备散热。
40.参见图1、图5，处理子系统3可以按照处理能力配置1到多组，可以自带供电或者由其它设备供电，可以自带散热或者由其它设备散热。
41.参见图1、图5，存储子系统4可以按照存储能力配置1到多组，可以自带供电或者由其它设备供电，可以自带散热或者由其它设备散热。
42.参见图1、图5，线束子系统5可以为1394总线、1553总线、rs422总线、tte总线等各类满足需求的数据传输线束。
43.本发明的实施例针对一种具有智能运行需求的无人机，采用了本发明所述的光学交互系统。主要实现步骤如下：
44.第一步：参见图9，根据无人机智能运行的场景需求，将低阻分布式光学感知子系统1中的分布式光学摄像装置6配置为6台，分别布置在机身前上、后上、前下、后下、左、右6个位置，实现360
°
全向观测覆盖；类型选用固定焦距的可见光/夜视复合摄像装置，供电采用28v直流电，无需散热。参见图5，受飞机外形的限制，前上、前下两个分布式光学摄像装置6通过低阻鼓包光窗进行观测，其它分布式光学摄像装置6通过共形光窗进行观测。
45.第二步，参见图9，根据无人机智能运行的场景需求，将共形阵列式光学响应子系统2中的共形光学编码装置7配置为3副，分别布置在机身前上、左、右三个位置；发光类型选用红、黄、绿三色组合的led阵列，led阵列为3行
×
10列矩阵排布，供电采用28v直流电，无需散热。参见图6，共形光学编码装置7均与飞机蒙皮共形安装；
46.第三步，参见图9，将处理子系统3配置为1台小型化处理单元，供电采用28v直流电，无需散热。
47.第四步，参见图9，将存储子系统4配置为1台大容量存储单元，供电采用28v直流电，无需散热。
48.第五步，参见图9，将分布式光学摄像装置6、共形光学编码装置7以及其它必要的飞机系统通过线束子系统5与处理子系统3连接，将存储子系统4通过线束子系统3连接与处理子系统3连接，线束子系统3采用光纤总线。
49.第六步，参见图9，将分布式光学摄像装置6、共形光学编码装置7、处理子系统3、存储子系统4与飞机上的28v供电装置连接。
50.第七步，参见图8，调试系统，配置低阻分布式光学感知子系统1、共形阵列式光学响应子系统2等的运行参数、工作模式等。
51.第八步，参见图8，运行光学交互系统，主要过程如下：
52.1)低阻分布式光学感知子系统1探测周边信息，包括跑道状态、天气状态、飞机周边人员状态、机库状态等；
53.2)共形阵列式光学感知子系统1获取的周边环境信息通过线束子系统5传输给处理子系统3；
54.3)低阻分布式光学感知子系统1、共形阵列式光学响应子系统2、存储子系统3以及其它飞机系统也通过线束子系统5将自身运行状态等各类必要信息传输给处理子系统3；
55.4)处理子系统3根据传输来的周边环境信息生成特定的图像、视频等并进行特定数据的提取、处理，结合其它信息生成响应指令，并将响应指令传输给低阻分布式光学感知子系统1和共形阵列式光学响应子系统2；
56.5)低阻分布式光学感知子系统1根据处理子系统3传输来的响应指令配置工作参数、切换工作模式等；
57.6)共形阵列式光学响应子系统2根据处理子系统3传输来的响应指令配置工作参数，运行不同的光学指示状态，实现与保障人员与飞行编组的交互；光学指示状态包括但不限于：前进/停止/转弯状态、故障状态、对外界信息的识别状态等；光学指示方式包括各类颜色、图形和闪烁方式的表达；
58.7)存储子系统4存储处理子系统3产生的各类数据。
59.以上所述，仅为本发明的具体实施例，对本发明进行详细描述，未详尽部分为常规技术。但本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种用于无人机智能运行的光学交互系统，其特征在于，包括低阻分布式光学感知子系统(1)、共形阵列式光学响应子系统(2)、处理子系统(3)、存储子系统(4)、线束子系统(5)，其中，所述低阻分布式光学感知子系统(1)由若干个分布式光学摄像装置(6)、共形光窗(10)、低阻鼓包光窗(11)组成；所述共形阵列式光学响应子系统(2)由若干个共形光学编码装置(7)组成，所述分布式光学摄像装置(6)布置在飞机周向多个位置，形成360
°
的视场，满足全向观测需求；分布式光学摄像装置(6)通过安装组件(8)安装在靠近飞机表面的机体结构上，通过共形光窗(10)或者低阻鼓包光窗(11)向外观测；共形光窗(10)共形安装在飞机蒙皮(9)上，低阻鼓包光窗(11)形成一个低阻鼓包并融合连接到飞机蒙皮(9)上；共形光学编码装置(7)布置在飞机周向多个位置，共形安装在飞机蒙皮(9)上，所述处理子系统(3)安装在飞机机体内部结构上；存储子系统(4)安装在飞机机体内部结构上；线束子系统(5)安装在飞机机体内部结构上；分布式光学摄像装置(6)与处理子系统(3)通过线束子系统(5)连接；共形光学编码装置(7)与处理子系统(3)通过线束子系统(5)连接；处理子系统(3)与存储子系统(4)通过线束子系统(5)连接。2.根据权利要求1所述的用于无人机智能运行的光学交互系统，其特征在于，所述共形光学编码装置(7)为阵列式led发光装置，通过led阵列形成不同的光学编码，用以指示不同的飞机状态，实现与保障人员与飞行编组的交互。3.根据权利要求2所述的用于无人机智能运行的光学交互系统，其特征在于，所述共形光学编码装置(7)所形成的光学编码，可以根据需求有多种表达方式，包括各类颜色、图形、闪烁方式的组合。4.根据权利要求1所述的用于无人机智能运行的光学交互系统，其特征在于，所述分布式光学摄像装置(6)至少具有可见光探测和夜视功能。5.根据权利要求1所述的用于无人机智能运行的光学交互系统，其特征在于，所述分布式光学摄像装置(6)根据飞机的外形进行调整数量和位置，满足360
°
全向观测需求。6.根据权利要求1所述的用于无人机智能运行的光学交互系统，其特征在于，所述低阻鼓包光窗(11)与飞机蒙皮(9)的法线的夹角α不小于30
°
，以满足飞机高速飞行时的低阻力需求。7.根据权利要求1所述的用于无人机智能运行的光学交互系统，其特征在于，所述线束子系统(5)为满足各类数据传输需求的1394总线、1553总线、rs422总线、tte总线。8.根据权利要求1所述的用于无人机智能运行的光学交互系统，其特征在于，所述分布式光学摄像装置(6)、共形光学编码装置(7)、处理子系统(3)、存储子系统(4)自带供电或者由其它设备供电。9.根据权利要求1所述的用于无人机智能运行的光学交互系统，其特征在于，所述分布式光学摄像装置(6)、共形光学编码装置(7)、处理子系统(3)、存储子系统(4)自带散热或者由其它设备散热。

技术总结
本发明为飞机机载系统设计，具体涉及一种用于无人机智能运行的光学交互系统。该系统由低阻分布式光学感知子系统、共形阵列式光学响应子系统、处理子系统、存储子系统、线束子系统组成。低阻分布式光学感知子系统由布置在飞机周向的多个分布式光学摄像装置组成，实现对飞机周边环境的光学感知；共形阵列式光学响应子系统由布置在飞机周向的多个阵列式LED发光装置组成，具备多种显示模式，实现对人员指令、自身运行状态的指示；处理子系统实现对低阻分布式光学感知子系统所获取的图像、视频信息的处理；存储子系统存储分布式光学摄像装置获取的图像、视频数据以及处理子系统产生的数据。通过光学交互系统各子系统的协同运行，支持无人机地面保障、飞行及作战过程中的智能运行，适用于各类具有智能运行需求的无人机。用于各类具有智能运行需求的无人机。用于各类具有智能运行需求的无人机。


技术研发人员：李军 史文卿 袁泽建 叶志飞 徐一鸣 戴雨可
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司成都飞机设计研究所
技术研发日：2022.12.30
技术公布日：2023/4/28