机场助航灯光光强动态检测系统

机场助航灯光光强动态检测系统

伏磊

攀枝花保安营机场四川攀枝花617000

摘要：机场助航灯光强动态检测仿真系统以机场助航灯具光强检测车的检测软件为基础，应用数字仿真技术对检测车的硬件执行系统和助航灯光进行数值仿真。机场助航灯光强动态检测仿真系统的应用，有效解决了机场助航灯具光强检测车调试时的随机误差多，工作状况不稳定的问题。实际应用表明，该仿真系统使用方便，可靠度高，对机场助航灯具光强检测车的调试起到了关键的促进作用。

关键词：机场助航灯光；光强动态；检测系统；

机场助航灯具是民航机场用于引导飞机起降的目视助航设备。机场助航灯维护人员需要对助航灯光进行定期巡检和维护，确保助航灯工作于可用状态。

1机场助航灯具光强动态检测原理

机场助航灯具分立杆式和嵌入式两种，一般为卤素灯管，亮度可达200W。机场助航灯具发出的光为线偏振光，具有很强的方向性。机场助航灯具光强检测车依靠测量助航灯等光强图进行助航灯工作状态的判断。等光强图是表示灯具光强的一种通用方法。在一个以光源为圆心的虚拟的球面上光强相同的各方向的点的连线称为等光强曲线。等光强图是一系列的等光强曲线的组合。等光强图的横坐标为测量点与光源位置水平夹角，纵坐标为测量点与光源位置的垂直夹角。助航灯出现不同的故障，产生的等光强图不一样。因此，通过分析等光强图就能诊断出助航灯的故障。比如灯具安装不正时，其等光强图就会偏离中心位置；灯具老化时，其等光强图位置正确，但亮度不足；灯丝松弛时，其等光强图中会出现两个光斑。机场助航灯具光强检测车进行测量时要同时测量助航灯主光束的照度值和测量点距光源距离，以计算灯光光强。助航灯的光强测量依据平方反比定理和余弦定理进行，光强和照度以及测量点离光源距离（米/m）的关系为：光强=照度×距离，机场助航灯具光强检测车由行驶系统，测距系统，照度和颜色检测系统，助航灯定位系统组成。行驶系统指车辆，检测时车辆以不大于40km/h的速度行驶以完成检测工作。测距系统包括多普勒测距雷达传感器和计数板卡。多普勒测距雷达传感器依靠运动时的多普勒频率测量车辆移动速度，根据运动时间换算为移动距离，然后以运动一定距离发送一个脉冲的形式传送距离信息。计数板卡通过对测距雷达传感器发送的脉冲计数进行距离的测量。照度和颜色检测系统应用安装在检测车前部的传感带上非均匀平行分布的13个照度传感器和2个颜色传感器进行，各传感器检测值为电压信号，经信号调理和A/D转换后由计算机读取。

2机场助航灯光光强动态检测系统

（1）系统构成。一是照度传感器布局及测量过程。检测车工作时，以一定的速度前进，安装有13个照度传感器的传感带水平搜索线偏振光束，根据照度和距离测量值得到各点的光强值，并生成等光强图。根据国际民航组织标准附件14对各种助航灯光光强分布及评价的要求，13个照度传感器以中间一个（从左侧起第7个传感器）为基准，左右对称分布。同时考虑到灯光中心部分光强最高，最高光强值是评价助航灯能否符合国际民航组织标准的一个重要指标，所以13个照度传感器从基准照度传感器开始，两两之间间距依次增大，二是颜色测量。机场助航灯光根据其在机场的分布位置和作用，灯光的颜色不同，因此检测车测量时有必要对灯光的颜色进行测量。在本系统，装有两个颜色传感器探头，一个装有红色滤光片，另一个装有绿色滤光片，用于检测各种灯的颜色。颜色传感器位于照度传感器的上部，对称分布在中间一个照度传感器的两边，并实时辨别灯光的颜色。三是距离测量及计算。助航灯与照度传感器之间的距离测量是保证高精度光强测量的关键因素之一，为此采用基于多普勒效应的非接触测距雷达系统作为机场灯光光强检测车的测距传感器。测距雷达系统安装在检测车上，距离地面高度30~40cm之间的位置上。通过对测距雷达的输出脉冲进行计数，即可得到检测车行驶的位置信息，通过进一步的换算，可以得出照度传感器与助航灯的距离，设某时刻检测车的行驶方向是沿着灯光源中线的连线方向，则此时根据测距雷达给出的数据，可以容易地得到传感器带与被测灯光源的前一个灯光源之间在水平方向的投影距离由于照度传感器接收面到定位传感器之间的距离以及两灯光源之间的距离。

（2）传感带未到达助航灯上方时定位传感器被遮挡板遮挡不能测到助航灯光。当传感带通过助航灯正上方时定位传感器检测到助航灯亮度，定位电路根据定位传感器检测值的突变发送定位脉冲。检测软件通过计数板卡检测定位脉冲，然后执行相应的复位操作，准备进行下一盏灯的测量。测量时，使传感带处于距离灯光源上方一定高度，检测车沿逆助航灯主光束方向以大约40km/h的速度向前运动，在灯光束一定范围内按照1cm的间隔测量各点的照度值和照度传感器与助航灯光源间的距离值，用车载计算机自动采集存储测量数据。然后对数据进行光强换算和边界搜索，最终获得等光强曲线并计算平均光强。

（3）等光强曲线搜索算法。等光强曲线采用规则矩形网格法进行搜索，其过程如下。建立网格系统、计算网格节点参数值等光强图的绘图区域网格系统沿横轴每隔一度作一条横轴的垂直线，沿纵轴每隔一度作一条纵轴的垂直线，横轴的垂直线与纵轴的垂直线相交形成16×25=400个交点以及15×24=360个网格。因为不同的机场助航灯具有不同的亮度和光强分布，所以每个交点上的光强值对于不同的机场助航灯是不同的。因此，用绘图区域网格系统无法搜索等值线。于是，构建一个虚拟网格系统。虚拟网格系统每个交点的横坐标为该点在传感带横向的序号，纵坐标在在传感带运动方向上的序号。所以虚拟网格系统的横轴垂直线，纵轴的垂直线数量与测量照度值的组数相同。因此，等值线的搜索在虚拟网格系统中进行，然后映射到绘图区域网格系统中绘制等光强图。等值线的搜索次序。一是对于开曲线，先从矩形边界的最下边由左向右搜索，看有无等值点，若有继续向右看有无等值点，则再依次从矩形边界的左边、上边、右边作类似的搜索。二是对于闭曲线，其等值点必然在网格的横、纵边上均有出现。所以，只要由下向上逐列扫描各网格所有纵边，则必然可找出闭曲线上的一个等值点，直到其返回原起始点为止。对所有纵边扫描完毕，则可找出所有闭曲线。三是等值点的停止是追踪条件。矩形区域内任一等值线长度都是有限的，当前等值点与该线上第一个等值点重合时，停止追踪。

（4）航灯定位系统。测距系统仿真多普勒测距雷达传感器和计数板卡功能。由于多普勒测距雷达传感器以发送脉冲的方式表示测量距离，因此其仿真由相应计数器脉冲计数值的变化完成。助航灯定位系统通过读取测距系统的间距脉冲计数器的计数值获得车辆行驶距离，然后与设定的助航灯间距值进行比较，如果达到助航灯间距就认为定位传感器已行至助航灯上方并将测距系统的定位脉冲计数器的计数值置，其溢出标志均置。检测软件根据定位脉冲计数器的溢出标志判断助航灯定位信息。

机场助航灯光强动态检测系统通过检测助航灯光强分布特征位置的照度数据，生成助航灯等光强图，能够快速检测助航灯工作状态。可以在采集少量特征数据的情况下，快速绘制出正确的等光强图，能够有效减少机场助航灯光强动态检测系统的数据采集量，提高系统的实时性能和检测精度。

参考文献：

[1]刘增禹，王立文，王强，等.机场助航灯光光强动态检测系统[J].中国民航学院学报，2016，24（3）：20-23，

[2]王芳.全数字式机场助航灯调光器的研制[D].武汉：华中科技大学，2017.