高空風自動測量儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于一種高空風測量儀器，特別是一種小球測風用自動追蹤探空氣球的風向風速測量設(shè)備。本實用新型能夠完成對探空氣球的自動追蹤、數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)一鍵式空中風探測。
【背景技術(shù)】
[0002]在部隊、野外訓練中，小球測風是高空風測量的一種常用的技術(shù)手段。測量人員通過架設(shè)在地面的測量儀器對探空氣球進行追蹤觀測，確定其運動軌跡。探空氣球的運動軌跡可反應出測量區(qū)域的高空風的實時狀態(tài)，由此實現(xiàn)了高空風的測量。由于高空風的測量覆蓋范圍較大，空中風復雜多變，往往需要用測量儀器對探空氣球進行長時間連續(xù)不間斷的人工追蹤觀測，才能獲得準確的高空風數(shù)據(jù)。而在實際測量操作中，觀測效果會受到氣候條件變化、人員業(yè)務水平及工作狀態(tài)波動等因素的直接影響。如何解決既要降低觀測對人員和氣候條件需求的高度依賴，又不影響觀測結(jié)果，一直是我國小球測風儀器研制和使用中的難題。
[0003]探空氣球運動初始角度變化大；運動中期角度變化不規(guī)律，運行時間長；運動末期，目標影像小，易受干擾而丟失。目前的測量技術(shù)大多是通過光學系統(tǒng)采用人工觀測的方式捕捉目標，捕捉到目標后再手動調(diào)整儀器追蹤目標。目前，國內(nèi)尚無小球測風目標自動追蹤、采集處理的測量設(shè)備。研制與開發(fā)能夠通過圖像顯示并識別探空氣球，通過伺服驅(qū)動對探空氣球進行自動追蹤的便攜測量儀器，是解決上述問題的有效途徑。高空風自動測量儀不僅能為小球測風提供有效手段，而且為降低氣象觀測對人員業(yè)務水平和狀態(tài)的高度依賴程度，降低操作人員的工作強度提供一種新手段，具有重要應用價值和顯著的經(jīng)濟效益。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型的目的是提供一種小球測風用自動追蹤探空氣球的風向風速測量設(shè)備，采用光學望遠、數(shù)字成像與圖像處理，實現(xiàn)影像目標識別鎖定；利用伺服電機的步進隨動特性，采用伺服電機控制光學系統(tǒng)精確回轉(zhuǎn)定向的方法，實現(xiàn)對觀測目標的自動追蹤；利用角度傳感器的工作特性，實時采集角度數(shù)據(jù)，實現(xiàn)目標方位角的連續(xù)自動測量。
[0005]本實用新型提供的技術(shù)方案是:包括鏡頭、回轉(zhuǎn)平臺、操控系統(tǒng)和基座，其特征是:在基座上固定連接縱軸套，回轉(zhuǎn)平臺嵌裝的內(nèi)轉(zhuǎn)套垂直安裝在縱軸套中；方位角控制電機輸出軸向下設(shè)置，方位角控制電機固定組裝在回轉(zhuǎn)平臺的內(nèi)轉(zhuǎn)套內(nèi)；方位角控制電機的輸出軸固定連接在基座上；回轉(zhuǎn)平臺的內(nèi)轉(zhuǎn)套上連接調(diào)整限位螺母；方位傳感器的一端固定組裝在縱軸套的法蘭上端面上，方位傳感器的另一端固定組裝在回轉(zhuǎn)平臺的殼體內(nèi)部；在方位角控制電機驅(qū)動下，回轉(zhuǎn)平臺能做范圍360度的水平轉(zhuǎn)動；
[0006]成像系統(tǒng)的前端設(shè)置鏡頭，鏡頭的后端固定組裝在安裝平板上，CCD圖像傳感器組裝在安裝平板上；成像系統(tǒng)通過兩側(cè)橫軸水平轉(zhuǎn)動連接在回轉(zhuǎn)平臺上的軸孔中，一側(cè)橫軸與高低角控制電機的輸出軸連接，另一側(cè)橫軸與高低傳感器的輸入軸固定連接，高低傳感器固定連接在回轉(zhuǎn)平臺上；以橫軸為轉(zhuǎn)軸，在高低角控制電機驅(qū)動下，成像系統(tǒng)能做范圍190度的俯仰轉(zhuǎn)動。
[0007]本實用新型的積極效果:通過圖像電子識別、顯示系統(tǒng)，增加了方位角度調(diào)整的伺服驅(qū)動，實現(xiàn)了小球測風的自動追蹤與測量。彌補了目前測風觀測時需人工通過目鏡對測量目標進行目測搜索識別，需人工通過雙手不斷轉(zhuǎn)動調(diào)整手輪實現(xiàn)跟蹤測量目標等不足，改善了觀測人員工作強度大、對業(yè)務水平要求高等情況。能對測量目標進行數(shù)字成像、識別鎖定；具有性能穩(wěn)定、便攜易用，使用成本低等特點。方便在部隊、野外訓練時使用，適宜長期觀測，且有利于批量生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0008]圖1是本實用新型的外部整體示意圖。
[0009]圖2是圖1的左視圖。
[0010]圖3是成像系統(tǒng)示意圖。
[0011]圖4是圖3的左視圖。
[0012]圖5是成像系統(tǒng)通過橫軸連接在回轉(zhuǎn)平臺上的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖6是縱軸套、基座與回轉(zhuǎn)平臺的連接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖7是操控系統(tǒng)、電池與回轉(zhuǎn)平臺連接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖8是基座內(nèi)部連接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖9是本實用新型的電路控制連接示意圖。
【具體實施方式】
[0017]見圖1-8，本實用新型的具體結(jié)構(gòu)如下:在三角底座9上設(shè)置調(diào)平的基座7，基座7上設(shè)置現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的氣泡22和水平調(diào)整螺8。在基座7上固定連接縱軸套15，回轉(zhuǎn)平臺5嵌裝的內(nèi)轉(zhuǎn)套17垂直安裝在縱軸套15中；方位角控制電機13輸出軸向下設(shè)置，方位角控制電機13用螺釘固定組裝在回轉(zhuǎn)平臺5的內(nèi)轉(zhuǎn)套17內(nèi)；方位角控制電機13的輸出軸用螺釘固定連接在基座7上；回轉(zhuǎn)平臺的內(nèi)轉(zhuǎn)套17上連接調(diào)整限位螺母16。
[0018]見圖6，方位傳感器12的一端(固定端)用螺釘固定組裝在縱軸套15的法蘭上端面上，方位傳感器12的另一端(移動端)用螺釘固定組裝在回轉(zhuǎn)平臺5的殼體內(nèi)部。
[0019]見圖6-8，在回轉(zhuǎn)平臺5的正面設(shè)置前面板4，前面板4上組裝鍵盤20和顯示屏19，主控計算機板21固定組裝在前面板4的背面；在回轉(zhuǎn)平臺5的背面組裝電池6、設(shè)置輸出接口 14。以縱軸套15為回轉(zhuǎn)中心，在方位角控制電機13驅(qū)動下，回轉(zhuǎn)平臺5可做范圍360度的水平轉(zhuǎn)動。
[0020]見圖1-5，成像系統(tǒng)2包括有一個兩側(cè)固接橫軸2-2的安裝平板2_1，成像系統(tǒng)2的前端設(shè)置鏡頭2-4，鏡頭2-4的后端用螺釘固定組裝在安裝平板2-1上，CCD圖像傳感器2-3同樣用螺釘固定組裝在安裝平板2-1上；成像系統(tǒng)通過兩側(cè)橫軸水平轉(zhuǎn)動連接在回轉(zhuǎn)平臺上的軸孔中，一側(cè)橫軸與高低角控制電機10的輸出軸連接，另一側(cè)橫軸與高低傳感器11的輸入軸固定連接，高低傳感器11固定連接在回轉(zhuǎn)平臺5上；在回轉(zhuǎn)平臺5上按現(xiàn)有技術(shù)固定設(shè)置磁針I(yè)。C⑶圖像傳感器2-3的角度分辨率< 0.1"，水平分辨率850TVL;鏡頭2-4的焦距10-300mm，測量目標直徑Im — 1.5m，測量距離< 7000m。
[0021]以橫軸2-2為轉(zhuǎn)軸，在高低角控制電機10驅(qū)動下，成像系統(tǒng)2能做范圍190度的俯仰轉(zhuǎn)動。
[0022]見圖9，本儀器的控制電路連接結(jié)構(gòu)如下:采用市場提供的主控計算機板21，板內(nèi)嵌入CPU芯片和現(xiàn)有技術(shù)圖像處理DSP板，其中高低角控制信號數(shù)據(jù)端口 Jl與高低角控制電機10相連；方位角控制信號數(shù)據(jù)端口 J2與方位角控制電機13相連；鍵盤控制信號數(shù)據(jù)端口 J6與鍵盤20的端口相連；顯示屏控制信號數(shù)據(jù)端口 J5與顯示屏19的相應端口相連；方位傳感信號的數(shù)據(jù)端口 J9與方位傳感器12的端口相連；高低傳感信號的數(shù)據(jù)端口 JlO與高低傳感器11的端口相連；鏡頭信號的數(shù)據(jù)端口 J3與鏡頭2-4的端口相連；CCD圖像傳感信號的數(shù)據(jù)端口 J4與CCD圖像傳感器2-3的端口相連；電源數(shù)據(jù)端口 J7與電池6輸出口相連；數(shù)據(jù)端口 J8與輸出接口 14相連。
[0023]工作原理
[0024]高空風自動測量儀調(diào)平歸零后，由CXD圖像傳感器2-3通過對鏡頭2_4收集目標影像信息進行掃描，形成數(shù)字影像視頻信號，影像信號由主控計算機板21的圖像處理DSP芯片處理，得到比較清晰的圖像。經(jīng)主控計算機板計算確定目標在圖像中的位置以及移動方向、速度，得到追蹤目標所需的俯仰位置偏移和水平位置偏移調(diào)整信號量。調(diào)整信號量傳送給控制電機，高低角控制電機10負責接收俯仰位置偏差調(diào)整信號量，并根據(jù)調(diào)整信號量控制起停及正反轉(zhuǎn)，驅(qū)動橫軸2-2進行俯仰角度調(diào)整；方位角控制電機13負責接收水平位置偏差調(diào)整信號量，并根據(jù)調(diào)整信號量控制起停及正反轉(zhuǎn)，驅(qū)動回轉(zhuǎn)平臺5帶著成像系統(tǒng)2進行水平角度轉(zhuǎn)動調(diào)整。使目標影像位居在顯示圖像十字分劃位置，實現(xiàn)伺服跟蹤。由方位傳感器12、高低傳感器11完成轉(zhuǎn)動角度值的實時測量。
[0025]顯示屏19、鍵盤20，用于人員對系統(tǒng)的操作、設(shè)置及交互功能，用于完成目標圖像的電子可視功能，最終實現(xiàn)一鍵式空中風探測，完成自動跟蹤探空氣球、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示及通報的生成等操作。
【主權(quán)項】
1.一種高空風自動測量儀，包括鏡頭、回轉(zhuǎn)平臺、操控系統(tǒng)和基座，其特征是:在基座上固定連接縱軸套，回轉(zhuǎn)平臺嵌裝的內(nèi)轉(zhuǎn)套垂直安裝在縱軸套中；方位角控制電機輸出軸向下設(shè)置，方位角控制電機固定組裝在回轉(zhuǎn)平臺的內(nèi)轉(zhuǎn)套內(nèi)；方位角控制電機的輸出軸固定連接在基座上；回轉(zhuǎn)平臺的內(nèi)轉(zhuǎn)套上連接調(diào)整限位螺母；方位傳感器的一端固定組裝在縱軸套的法蘭上端面上，方位傳感器的另一端固定組裝在回轉(zhuǎn)平臺的殼體內(nèi)部； 成像系統(tǒng)的前端設(shè)置鏡頭，鏡頭的后端固定組裝在安裝平板上，CCD圖像傳感器組裝在安裝平板上；成像系統(tǒng)通過兩側(cè)橫軸水平轉(zhuǎn)動連接在回轉(zhuǎn)平臺上的軸孔中，一側(cè)橫軸與高低角控制電機的輸出軸連接，另一側(cè)橫軸與高低傳感器的輸入軸固定連接，高低傳感器固定連接在回轉(zhuǎn)平臺上。
【專利摘要】一種高空風自動測量儀，包括鏡頭、回轉(zhuǎn)平臺、操控系統(tǒng)和基座，其特征是回轉(zhuǎn)平臺的內(nèi)轉(zhuǎn)套垂直安裝在基座的縱軸套中；方位角控制電機固裝在內(nèi)轉(zhuǎn)套內(nèi)；方位角控制電機的輸出軸固接在基座上；方位傳感器的一端固裝在縱軸套上，方位傳感器的另一端固裝在回轉(zhuǎn)平臺的殼體內(nèi)；成像系統(tǒng)的前端設(shè)置鏡頭，鏡頭的后端固定組裝在安裝平板上，圖像傳感器組裝在安裝平板上；成像系統(tǒng)通過兩橫軸水平轉(zhuǎn)動連接在回轉(zhuǎn)平臺上，一側(cè)橫軸與高低角控制電機的輸出軸連接，另一側(cè)橫軸與高低傳感器的輸入軸固定連接。本實用新型增加了方位角度調(diào)整的伺服驅(qū)動，實現(xiàn)了小球測風的自動追蹤與測量。能對測量目標進行數(shù)字成像、識別鎖定；具有性能穩(wěn)定、便攜易用等特點。
【IPC分類】G01W1-08
【公開號】CN204302518
【申請?zhí)枴緾N201420689165
【發(fā)明人】吳占平, 田徑, 申勇
【申請人】沈陽第三三0一工廠
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年11月18日