CN101923789A - 一种基于多传感器信息融合的飞机安全进近方法 - Google Patents

Abstract

一种基于多传感器信息融合的飞机安全进近方法，将机场空管雷达、地面监视雷达、导航定位信息、红外和可见光图像信息进行时空配准、融合，获取空中和地面目标(障碍物、人、车和飞机)信息并自动生成飞机安全进近通道，将目标和安全进近通道信息融合显示在机场三维场景中。具体实现步骤为：首先，利用雷达及导航定位系统获取飞机信息并进行时空配准和融合，获得飞机三维位置信息；其次，利用可见光和红外图像配准与融合后的信息对地面目标进行检测、跟踪和行为预测，获得地面目标的轨迹信息；再次建立机场三维场景；最后，将实时探测到目标信息融合在机场三维场景中，建立飞机安全进近通道并实时显示在机场三维场景中，为空管人员提供决策信息。

Description

一种基于多传感器信息融合的飞机安全进近方法

技术领域

本发明涉及一种基于多传感器信息融合的飞机安全进近方法，可用于航空安全管理领域，实现对空中和地面目标的实时监测，为机场空管人员提供辅助决策信息，降低事故/征候率。

背景技术

在现有空中交通管制系统中，利用监视雷达监视飞机的航迹并进行预测，但对于地面上的跑道入侵事件多数是依靠人来完成监视和疏导，特别是在复杂天气条件下，更是依靠地面管制人员的引导完成飞机进近着陆。

进近着陆期间飞机处于机场周围高密度交通区域，机组所需完成的操作程序复杂，特别是在天气多变的条件下，所遇到的问题一般都较为棘手且要求短时间内妥善处理，因此机组工作负担重、压力大，是整个飞行过程中事故及事故征候高发阶段。如何降低飞机进近阶段的事故率，是全球军民用领域普遍关注的问题。

目前为减少飞机进近时的事故/征候，通常采取以预防为主，并在平时加强机组操作训练和提高程序执行能力。近些年来，随着信息科学技术的发展，航空技术获得了快速发展，针对威胁目标与防撞，在机上已成功应用了高度与飞行冲突告警系统、机载防撞系统和广播式自动相关监视系统等。而且采用多传感器信息融合技术的安全进近技术受到越来越多的国家和民航组织的重视。基于多传感器信息融合的飞机安全进近方法是在构建机场三维场景的基础上，将从多角度、多维度对各种传感器采集到的信息进行配准、融合和分析，实现对环境的智慧感知，并将空中和地面目标信息实时叠加到机场三维场景中，进而规划飞机安全进近通道并实时显示在机场三维场景中，保证飞机在复杂环境下安全进近着陆。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：在飞机进近着陆阶段由于驾驶员视觉的局限性和进近通道内的异物入侵是导致飞机进近事故的主要因素。在复杂天气条件下，现有机场监视系统不能保证对空中和地面目标进行有效探测。为提高对空中和地面目标实时探测能力，提供一种基于多传感器信息融合的飞机安全进近方法。

本发明采用的技术方案为：一种基于多传感器信息融合的飞机安全进近方法，该方法利用机场空管雷达、地面监视雷达、导航定位系统获取的信息以及光电传感器获取的红外图像和可见光图像信息进行时空配准和融合，获取空中和地面上的目标(障碍物、人、车和飞机)信息，并根据目标信息自动生成飞机安全进近通道信息，将目标信息和安全进近通道信息融合显示在机场三维虚拟场景中。具体实现步骤为：

(1)利用机场空管雷达、地面监视雷达以及导航定位系统获取飞机信息，并对信息进行时空同步配准和融合，计算飞机的三维位置信息的步骤为：

①将地面监视雷达、空管雷达和导航定位系统获取的飞机信息进行配准和融合；

②对融合后的飞机信息进行坐标变换，将飞机信息从极坐标下变换到空间直角坐标系下，得到飞机在世界坐标系下的三维位置信息。

(2)将光电传感器采集的可见光图像和红外图像信息进行配准和融合，并对地面目标进行检测、跟踪和行为预测，获得地面目标的位置信息的步骤为：

①利用光电传感器获取可见光图像和红外图像，实现可见光图像和红外图像配准和融合；

②利用融合图像对机场地面目标进行检测、跟踪和行为预测，实时获取地面目标的信息；

③根据透视成像原理，计算地面目标在世界坐标系下的三维位置信息。

(3)利用3S即GPS——全球卫星定位系统，RS——遥感系统，GIS——地理信息系统技术建立机场三维场景的具体步骤为：

①利用3S技术获取机场数字高程模型即DEM数据、数字表面模型即DSM数据和正射影像图即DOM数据；

②利用3D MAX和AUTO CAD工具软件以及DEM数据、DSM数据和DOM数据建立机场三维场景模型，并确定机场在世界坐标系中的坐标。

(4)将实时探测到的空中和地面目标的位置信息融合在所述机场三维场景中，并且根据空中和地面目标的位置信息建立飞机安全进近通道信息，并将所述安全进近通道信息实时显示在所述机场三维场景中的具体步骤为：

①根据实时探测到的空中和地面目标的三维空间位置信息，将空中和地面目标融合在机场三维场景中，使空中和地面目标在机场三维空间中实时显示；

②根据实时探测到的空中和地面目标的位置信息实时生成飞机安全进近通道信息，并将所述安全进近通道信息实时显示在所述机场三维场景中。

本发明的原理是：首先，利用机场空管雷达、地面监视雷达以及导航定位系统获取飞机信息，并对信息进行时空同步配准和融合，获得飞机的三维位置信息；其次，将光电传感器采集的可见光图像和红外图像信息进行配准和融合，并对地面目标进行检测、跟踪和行为预测，获得地面目标的位置信息；再次，利用3S即GPS——全球卫星定位系统，RS——遥感系统，GIS——地理信息系统技术建立机场三维场景；最后，将实时探测到的空中和地面目标信息融合在机场三维场景中，而且根据空中和地面目标信息建立飞机安全进近通道，并将安全通道信息实时显示在机场三维场景中，为空管人员提供决策信息。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明弥补了现有空管系统的不足，不能对机场地面目标中的人、车和障碍物进行有效探测及其威胁进行预警，在复杂天气条件下无法保证飞机安全进近着陆；而且空管人员只能依靠人工和雷达监视画面进行安全进近引导，无法形成可视化的三维环境。基于多传感器信息融合的飞机安全进近方法是利用多传感器融合信息来保证对空中和地面目标进行有效探测和智能分析，将空中和地面目标信息实时融合显示在机场三维场景中，并形成飞机安全进近通道，充分利用三维场景的真实空间感。基于多传感器信息融合的飞机安全进近方法可为空管及飞行驾驶提供安全辅助决策信息，提高我国航空安全管理水平。

附图说明

图1为本发明的一种基于多传感器信息融合的飞机安全进近方法原理框图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的具体实施方法如下：

(1)利用机场空管雷达、地面监视雷达以及导航定位系统获取飞机信息，并对信息进行时空同步配准和融合，计算飞机的三维位置信息的步骤为：

①将地面监视雷达、空管雷达和导航定位系统获取的飞机信息进行配准和融合；

②对融合后的飞机信息进行坐标变换，将飞机信息从极坐标下变换到空间直角坐标系下，得到飞机在世界坐标系下的三维位置信息。

(2)将光电传感器采集的可见光图像和红外图像信息进行配准和融合，并对地面目标进行检测、跟踪和行为预测，获得地面目标的位置信息的步骤为：

①利用光电传感器获取可见光图像和红外图像，实现可见光图像和红外图像配准和融合；

②利用融合图像对机场地面目标进行检测、跟踪和行为预测，实时获取地面目标的信息；

③根据透视成像原理，计算地面目标在世界坐标系下的三维位置信息。

(3)利用3S即GPS——全球卫星定位系统，RS——遥感系统，GIS——地理信息系统技术建立机场三维场景的具体步骤为：

①利用3S技术获取机场数字高程模型即DEM数据、数字表面模型即DSM数据和正射影像图即DOM数据；

②利用3D MAX和AUTO CAD工具软件以及DEM数据、DSM数据和DOM数据建立机场三维场景模型，并确定机场在世界坐标系中的坐标。

(4)将实时探测到的空中和地面目标的位置信息融合在所述机场三维场景中，并且根据空中和地面目标的位置信息建立飞机安全进近通道信息，并将所述安全进近通道信息实时显示在所述机场三维场景中的具体步骤为：

①根据实时探测到的空中和地面目标的三维空间位置信息，将空中和地面目标融合在机场三维场景中，使空中和地面目标在机场三维空间中实时显示；

②根据实时探测到的空中和地面目标的位置信息实时生成飞机安全进近通道信息，并将所述安全进近通道信息实时显示在所述机场三维场景中。

Claims (5)

1.一种基于多传感器信息融合的飞机安全进近方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)利用机场空管雷达、地面监视雷达以及导航定位系统获取飞机信息，并对信息进行时空同步配准，计算飞机的三维位置信息；

(2)将光电传感器采集的可见光图像和红外图像信息进行配准和融合，并对地面目标进行检测、跟踪和行为预测，获得地面目标的位置信息；

(3)利用3S即GPS——全球卫星定位系统，RS——遥感系统，GIS——地理信息系统技术建立机场三维场景；

(4)将实时探测到的空中和地面目标的位置信息融合在所述机场三维场景中，并且根据空中和地面目标的位置信息建立飞机安全进近通道信息，并将所述安全进近通道信息实时显示在所述机场三维场景中。

2.根据权利要求1所述的一种基于多传感器信息融合的飞机安全进近方法，其特征在于：所述的步骤(1)中利用机场空管雷达、地面监视雷达以及导航定位系统获取飞机信息，并对信息进行时空同步配准和融合，计算飞机的三维位置信息的步骤为：

①将地面监视雷达、空管雷达和导航定位系统获取的飞机信息进行配准和融合；

②对融合后的飞机信息进行坐标变换，将飞机信息从极坐标下变换到空间直角坐标系下，得到飞机在世界坐标系下的三维位置信息。

3.根据权利要求1所述的一种基于多传感器信息融合的飞机安全进近方法，其特征在于：所述的步骤(2)中将光电传感器采集的可见光图像和红外图像信息进行配准和融合，并对地面目标进行检测、跟踪和行为预测，获得地面目标的位置信息的步骤为：

①利用光电传感器获取可见光图像和红外图像，实现可见光图像和红外图像配准和融合；

②利用融合图像对机场地面目标进行检测、跟踪和行为预测，实时获取地面目标的信息；

③根据透视成像原理，计算地面目标在世界坐标系下的三维位置信息。

4.根据权利要求1所述的一种基于多传感器信息融合的飞机安全进近方法，其特征在于：所述的步骤(3)中利用3S即GPS——全球卫星定位系统，RS——遥感系统，GIS——地理信息系统技术建立机场三维场景的具体步骤为：

①利用3S技术获取机场数字高程模型即DEM数据、数字表面模型即DSM数据和正射影像图即DOM数据；

②利用3D MAX和AUTO CAD工具软件以及DEM数据、DSM数据和DOM数据建立机场三维场景模型，并确定机场在世界坐标系中的坐标。

5.根据权利要求1所述的一种基于多传感器信息融合的飞机安全进近方法，其特征在于：所述的步骤(4)中将实时探测到的空中和地面目标的位置信息融合在所述机场三维场景中，并且根据空中和地面目标的位置信息建立飞机安全进近通道信息，并将所述安全进近通道信息实时显示在所述机场三维场景中的具体步骤为：

①根据实时探测到的空中和地面目标的三维空间位置信息，将空中和地面目标融合在机场三维场景中，使空中和地面目标在机场三维空间中实时显示；

②根据实时探测到的空中和地面目标的位置信息实时生成飞机安全进近通道信息，并将所述安全进近通道信息实时显示在所述机场三维场景中。

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