发明背景
1.发明领域
本公开涉及空中交通控制，并且更具体地，涉及用于数字空中交通控制中心的识别系统和识别空中交通对象的方法。
2.相关技术说明
诸如在机场控制塔中的交通控制中心出于控制飞机在机场上和在机场附近的空域中的移动的目的而通常定位在机场上。将控制塔定位在机场允许从控制塔操作的人类控制者具有关于机场上和机场附近的飞机移动的情形认知。接近空中交通本身在传统上已提供了人类控制者可以在视觉上看见飞机在机场上和紧邻机场移动的优点。
随着传感器的迅猛发展，将机场人类控制者提供的功能移出机场并移动到远离机场的位置变成可能的。将人类控制者移出机场释放了机场的空间以用于其他用途，从而提高机场操作效率。这类交通控制塔通常包括成像装置，所述成像装置将机场活动的实时图像传达到远程位置，从而允许人类控制者从安全位置控制机场操作并监测活动。这减小机场占地面积并使人类空中交通控制者较少地暴露于威胁。
这类常规方法和系统在其既定目的方面通常被视为令人满意的。然而，本领域仍然需要用于数字空中交通控制中心的改进的识别系统、机场数字空中交通控制中心，和空中交通对象识别方法。本公开提供了这种需要的解决方案。
技术实现要素：
一种用于数字空中交通控制中心的识别系统包括：传感器，所述传感器具有脉冲检测阵列与视野；用户界面，所述用户界面用于显示在所述传感器的所述视野内的空中交通对象；以及控制器。所述控制器包括脉冲检测模块，所述脉冲检测模块设置为与所述脉冲检测阵列通信，以使用由在所述传感器的所述视野内的空中交通对象携带的脉冲照明器发射的脉冲照明来识别所述空中交通对象。
在某些实施方案中，所述传感器可以固定到桅杆。所述传感器可以位于机场。所述传感器的所述视野可以包括受控空域。所述受控空域可以在机场的周围地区内。所述用户界面可以远程地连结到所述传感器。所述识别系统可以用于机场数字空中交通控制中心，诸如军用或民用机场。所述空中交通对象可以是固定翼或旋转翼飞机。
根据某些实施方案，所述脉冲检测阵列可以是可见光波长波段脉冲检测阵列。所述脉冲检测阵列可以是红外波段脉冲检测阵列。所述脉冲检测阵列可以是长波红外(lwir)脉冲检测阵列。所述脉冲检测阵列可以是中波红外(mwir)脉冲检测阵列。所述脉冲检测阵列可以是短波红外(swir)脉冲检测阵列。飞机辨识模块可以设置为与所述脉冲检测阵列通信并操作地与所述显示相关联。
还预期，根据某些实施方案，所述空中交通对象可以携带被布置用于发射脉冲照明的脉冲照明器。脉冲照明调制模块可以操作地与所述脉冲照明器相关联。所述脉冲照明调制模块可以被配置为调制从所述脉冲照明器发射的脉冲照明。所述脉冲照明器可以是可见光波段、红外波段、lwir、mwir和/或swir脉冲照明器中的一者。所述脉冲照明器可以被配置为发射在可见光、红外、lwir、mwir和/或swir波段中的一者中的脉冲照明。
一种空中交通对象识别方法包括从由空中交通对象携带的脉冲照明器发射脉冲照明。在具有脉冲检测阵列的传感器处接收来自所述传感器的视野内的所述发射的脉冲照明，并使用所述脉冲照明识别所述空中交通对象。在设置为与所述传感器通信的用户界面上显示所述空中交通对象的身份，所述用户界面远离所述传感器的所述视野。
在某些实施方案中，所述方法可以包括在所述空中交通对象处利用所述空中交通对象的所述身份来调制所述脉冲照明。发射脉冲照明可以包括发射可见光波段、红外波段、lwir子波段、mwir子波段和/或swir子波段脉冲照明中的一者。可以使用所述传感器来辨识所述空中交通对象。例如，所述传感器可以使用从所述空中交通对象反射(或发射)的在可见光、红外、lwir、mwir和/或swir中的一者中的照明来辨识空中交通对象的类型。
根据结合附图进行的优选实施方案的以下详细描述，本主题公开的系统和方法的这些和其他特征对于本领域技术人员来说将变得更易于明白。
附图说明
为了使本主题公开所属领域的技术人员将易于在没有过度实验的情况下理解如何制造和使用本主题公开的装置和方法，下文中将参考某些附图详细描述其实施方案，在附图中：
图1是根据本公开构建的包括用于数字空中交通控制中心的识别系统的民用或军用机场的示例性实施方案的示意图，其示出了位于机场并且设置为与远程数字空中交通控制中心通信的传感器；
图2a至图2e是图1的识别系统的实施方案的示意图，其示出了携带脉冲照明器的空中交通对象和具有脉冲检测阵列的传感器，所述脉冲照明器和脉冲检测阵列分别被配置用于脉冲照明的示例性波段和子波段；
图3是图1的识别系统的示意图，其示出了识别系统的脉冲检测模块、空中交通对象辨识模块和空中交通识别模块；并且
图4是空中交通对象识别方法的框图，其示出了方法的步骤。
具体实施方式
现在将参考附图，其中相似的附图标记标识本主题公开的类似的结构特征或方面。出于解释和说明而非限制的目的，在图1中示出了并且大体上用参考符号100标明根据本公开的用于数字空中交通控制中心的空中交通识别系统的示例性实施方案的部分视图。如将描述，图2a至图4中提供了根据本公开或其方面的空中交通识别系统、具有拥有空中交通识别系统的数字空中交通控制中心的民用和军用机场，以及识别空中交通对象的方法的其他实施方案。本文中描述的系统和方法可以用于诸如在民用和军用机场的远程数字空中交通控制中心识别空中交通对象，但本公开一般来说不限于远程数字空中交通控制中心或空中交通对象识别。
人类眼睛对电磁光谱中的可见光部分内的光做出响应。可见光通常被理解为具有在约380纳米与约720纳米之间的波长。通常将所具有的波长低于380纳米的电磁辐射描述为紫外线辐射。通常将所具有的波长高于720纳米的电磁辐射描述为红外辐射。
通常将电磁光谱的红外部分划分为近红外(nir)红外光谱部分、短波红外(swir)红外光谱部分、中波红外(mwir)红外光谱部分，和长波(lwir)红外光谱部分。如本文中所使用，nir是指所具有的波长在约0.7微米与约1微米之间的电磁辐射。swir是指所具有的波长在约0.9微米与约1.7微米之间的电磁辐射。mwir是指所具有的波长在约3微米与5微米之间的电磁辐射。lwir是指所具有的波长在约8微米与14微米之间的电磁辐射。
参考图1，示出了机场10。机场10包括一个或多个跑道12、停机坪14和数字空中交通控制中心16，例如远程数字控制塔。数字空中交通控制中心16被配置为并且适于控制空中交通对象18在机场10的停机坪14和一个或多个跑道12上以及在机场10的周围地区2内的移动，周围地区2如本文中所使用意味着在数字空中交通控制中心16的有效视野内。机场10还包括具有脉冲检测阵列103的传感器102，所述传感器具有跨越周围地区2、停机坪14和一个或多个跑道12中的至少一部分的视野104。预期数字空中交通控制中心16远离机场10，远离意味着在数字空中交通控制中心16处的操作者在没有远程传感器(例如，传感器102)的辅助的情况下无法直接看到机场10。
位于停机坪14、跑道12上和周围地区12中的空中交通对象18中的一个或多个携带脉冲照明器116。脉冲照明器116被配置为并且适于发射在预定波段中的脉冲照明并且利用识别相应空中交通对象18的信息进行调制。预期脉冲照明器116光学地耦合到传感器102以用于相对长距离地(例如在可见光范围外和/或穿过大气朦胧34)传达空中交通对象18的身份。作为非限制性示例，大气朦胧的示例包括雾、霾和烟雾。
传感器102被配置为并且适于用于获取包括周围地区2、停机坪14和一个或多个跑道12中的至少一部分的场景的图像数据20。向空中交通对象辨识模块120(在图3中示出)提供图像数据20，空中交通对象辨识模块120根据大小或形状而辨识空中交通对象18。脉冲检测阵列103被配置为并且适于用于获取从由空中交通对象18携带的脉冲照明器116发射的脉冲数据25，脉冲检测阵列103向空中交通对象识别模块122(在图3中示出)提供所述脉冲数据，空中交通对象识别模块122使用所述脉冲数据以例如通过尾号来识别空中交通控制对象18。
在某些实施方案中，机场10可以是陆地机场。陆地机场的示例包括一般的航空和商业机场设施。根据某些实施方案，机场10可以是水上机场。水上机场的示例包括小型甲板和大型甲板军用航空母舰、军用和商业船舶上的降落场，以及类似于石油钻探和勘探平台等固定水上结构上的降落设施。空中交通对象18可以包括如适合于给定应用的固定翼飞机、旋转翼飞机和/或自主飞行器。
传感器102与机场10位于同一地点并且具有涵盖机场10和周围地区2中的至少一部分的视野104。例如，传感器102可以安装在桅杆或万向架结构108上。万向架结构108的桅杆可以是固定的或可以向传感器102提供平遥、俯仰和/或缩放能力。如由考虑本公开的本领域技术人员将了解，使用桅杆或万向架结构可以增大视野104的大小。在这方面，预期少至一个传感器102提供足够覆盖率，使得图像数据20是代表性的并且及时地通过辨识相应的空中交通对象类型来安全地控制空中交通对象18在机场10上以及机场10的周围地区2中的移动。另外，还预期少至一个脉冲检测阵列103提供足够覆盖率，使得脉冲数据25根据个别空中交通对象18的身份而提供用于控制空中交通对象18在机场10上以及在机场10的周围地区2中的及时和安全移动的识别信息。
如利用指示数据链路106的虚线所示，预期数字空中交通控制中心16远离机场10并且包括空中交通识别系统100。在这方面，数字空中交通控制中心16可以位于远离机场10的地方，例如，在传感器102的视野104之外。将数字空中交通控制中心16放置在远程位置释放机场10上的空间以用于机场操作，从而提高机场效率。将数字空中交通控制中心16放置在远程位置还可以诸如通过使识别系统100与其具有其他需要安全性的资产的用户位于同一地点来减少保护数字空中交通控制中心16所需的资源。
参考图2a至图2e，示出了根据示例性实施方案的传感器102、脉冲检测阵列103和脉冲照明器116。空中交通对象18各自携带脉冲照明调制模块118和脉冲照明器116。脉冲照明调制模块118操作地与脉冲照明器116相关联并且被布置为致使脉冲照明器发射在预定波段或子波段中的脉冲照明。脉冲检测阵列103和传感器102被配置为并且适于产生用于使用从空中交通对象反射的照明进行空中交通对象辨识的图像数据24以及用于使用由脉冲照明器116发射的脉冲照明来识别个别空中交通对象的脉冲数据25这两者。
例如，如图2a中所示，在某些实施方案中，空中交通对象18可以携带可见光波段脉冲照明器116a。可见光波段脉冲照明器116a被布置为根据由照明调制模块118提供的调制信息而发射可见光波段脉冲照明24。可见光波段脉冲检测阵列103a单独地和/或与传感器102合作地产生用于使用可见光波段脉冲照明24来辨识和识别空中交通对象18的图像数据20和脉冲数据25。
如图2b中所示，根据某些实施方案，空中交通对象18可以携带红外脉冲照明器116b。红外脉冲照明器116b被布置为根据由照明调制模块118提供的调制信息而发射红外波段脉冲照明26。红外波段脉冲检测阵列103b单独地和/或与传感器102合作地产生用于使用红外波段脉冲照明26来辨识和识别空中交通对象18的图像数据20和脉冲数据25。
如图2c中所示，根据某些实施方案，空中交通对象18可以携带mwir子波段脉冲照明器116c。mwir脉冲照明器116c被布置为根据由照明调制模块118提供的调制信息而发射mwir脉冲照明28。mwir脉冲检测阵列103c单独地和/或与传感器102合作地产生用于使用mwir脉冲照明28来辨识和识别空中交通对象18的图像数据20和脉冲数据25。
如图2d中所示，根据某些实施方案，空中交通对象18可以携带lwir子波段脉冲照明器116d。lwir脉冲照明器116d被布置为根据由照明调制模块118提供的调制信息而发射lwir脉冲照明30。lwir脉冲检测阵列103d单独地和/或与传感器102合作地产生用于使用lwir脉冲照明30来辨识和识别空中交通对象18的图像数据20和脉冲数据25。
如图2e中所示，还预期空中交通对象18可以携带swir照明器116e。swir脉冲照明器116e被布置为根据由照明调制模块118提供的调制信息而发射swir脉冲照明32。swir子波段脉冲检测阵列103e单独地和/或与传感器102合作地产生用于使用swir脉冲照明32来辨识和识别空中交通对象18的图像数据20和脉冲数据25。如考虑本公开的本领域技术人员将了解，当穿过大气朦胧34(例如，灰尘、霾、烟雾和烟)成像时使用红外波段照明来产生图像数据20(在图1中示出)和脉冲数据25具有提高可见度的益处。提高的可见度又允许在相对长距离下辨识空中交通对象18，由此扩展传感器102的视野104的有效深度。这在swir脉冲照明的情况下尤其为真，swir脉冲照明可使识别范围扩展超出位于同一地点的空中交通控制中心的感测范围。
参考图3，示出了识别系统100。识别系统100包括处理器108、数据接口110、用户界面112和存储器114。处理器108设置为与数据接口110通信，并且经由数据接口110与传感器102通信以经由数据链路106从传感器102接收图像数据20。处理器108还设置为与用户界面112通信以用于操作地连接用户界面112来显示机场10(在图1中示出)的图像36。
存储器114具有上面记录有指令的多个程序模块，所述指令在由处理器108读取时致使处理器108执行某项操作，例如空中交通对象识别方法200的操作，如将描述。模块中有用于辨识机场上和机场的周围地区中的空中交通对象的形状40的空中交通对象辨识模块120，和用于确定机场上和机场的周围地区中的空中交通对象的身份38的空中交通对象识别模块122。使用预期识别系统100使用如适合于既定应用的电路、软件，或软件与电路两者的组合来实施。
参考图4，示出了空中交通对象识别方法200。空中交通对象识别方法200包括发射脉冲照明，例如脉冲照明24-32(在图2a至图2e中示出)，如框210所示。脉冲照明被调制为包括识别个别空中交通对象的信息，如框212所示。在某些实施方案中，脉冲照明可以在可见光波长波段内，如框214所示。根据某些实施方案，脉冲照明可以在红外波长波段内，如框216所示。还预期脉冲照明可以在红外子波段，诸如lwir、mwir和/或swir波段内，如框218-222所示。
空中交通对象识别方法200还包括在传感器，例如脉冲检测阵列103(在图1中示出)和/或传感器102(在图1中示出)处接收脉冲照明，如框230所示。对脉冲照明进行解调，如框232所示，并且基于调制照明中含有的信息而识别空中交通对象，如框240所示。在用户界面，例如用户界面112(在图3中示出)上显示空中交通对象的身份，如框250所示。用户界面可以位于远离机场的地方，同时显示机场和/或机场周围地区中的至少一部分，如图3中在示例性图像(或视频)24中所示。在某些实施方案中，还可以使用如框250所示在传感器处接收的照明诸如利用形状辨识算法或类似效用来辨识飞机，从而提供集成没有脉冲照明器的空中交通对象和/或将空中交通对象集成在操作性脉冲照明器中的灵活性，如框260所示。可以显示形状辨识与飞机身份，如框270所示。
商业和军事空中交通控制正远离传统实体(brick-and-mortar)空中交通控制塔并朝向数字空中交通控制中心移动。安装在桅杆上的数字成像传感器可以通过在安全设施中将实时图像传输到空中交通控制器来提高数字空中交通控制中心具有的可见度。这减小机场上的占地面积并使空中交通控制者较少地暴露于威胁。
在本文中描述的实施方案中，脉冲检测阵列和脉冲发射器用于进一步提高数字空中交通控制中心的可见度。根据某些实施方案，采用脉冲检测阵列和脉冲发射器，所述脉冲检测阵列和脉冲发射器采用swir、mwir和/或lwir照明以在数字空中交通控制中心进行飞机识别。识别可以由对象辨识增强以促进飞机之间以及飞机与数字空中交通控制中心之间的单向和双向通信。例如，飞机上携带的脉冲led红外发射器和具有脉冲检测像素技术的swir成像器可以安装在桅杆上、具有平遥、俯仰和/或缩放能力。这些swir成像器在霾天就辨识目的来说可以优于可见光传感器并且脉冲检测能力将会在长距离下检测并积极地识别远处的飞机。预期这将允许以低假阳性率或低假阴性率进行飞机的长距离自主成像和识别。红外成像还具有以下益处：当用于具有严重大气朦胧(灰尘、霾、烟雾、烟)的环境中时，并且与脉冲照明配对的脉冲检测阵列可以提供对诸如飞机等对象的长距离检测和识别。
如上文描述和附图中示出的本公开的方法和系统以包括低假阳性率或低假阴性率的优越性质提供飞机的长距离自主成像和识别以及穿过严重的大气朦胧成像的能力。尽管已经参考优选实施方案示出和描述了本主题公开的设备和方法，但本领域技术人员将易于了解，在不脱离本主题公开的范围的情况下可以对其进行改变和/或修改。
技术特征：
1.一种用于数字空中交通控制中心的识别系统，所述识别系统包括：
传感器，所述传感器具有脉冲检测阵列并具有视野；
用户界面，所述用户界面用于显示在所述传感器的所述视野内的空中交通对象；以及
控制器，所述控制器具有设置为与所述脉冲检测阵列通信的脉冲检测模块，其中所述脉冲检测模块被配置为并且适于使用由在所述传感器的所述视野内的空中交通对象携带的脉冲照明器发射的脉冲照明来识别所述空中交通对象。
2.如权利要求1所述的识别系统，其中所述传感器固定到位于机场的桅杆或万向架。
3.如权利要求1所述的识别系统，其中所述传感器的所述视野包括在机场附近的受控空域。
4.如权利要求1所述的识别系统，其中所述用户界面远程地连结到所述传感器。
5.如权利要求1所述的识别系统，其中所述脉冲检测阵列是可见光波长波段脉冲检测阵列。
6.如权利要求1所述的识别系统，其中所述脉冲检测阵列是长波红外(lwir)波段脉冲检测阵列。
7.如权利要求1所述的识别系统，其中所述脉冲检测阵列是中波红外(mwir)波段脉冲检测阵列。
8.如权利要求1所述的识别系统，其中所述脉冲检测阵列是短波红外(swir)波段脉冲检测阵列。
9.如权利要求1所述的识别系统，所述识别系统还包括携带被布置用于发射脉冲照明的脉冲照明器的空中交通对象。
10.如权利要求9所述的识别系统，所述识别系统还包括脉冲照明调制模块，所述脉冲照明调制模块操作地与所述脉冲照明器相关联并且被配置为利用空中交通对象身份调制由所述脉冲照明器发射的脉冲照明。
11.如权利要求9所述的识别系统，其中所述脉冲照明器是可见光、红外、lwir、mwir和swir波段脉冲照明器中的一者。
12.如权利要求9所述的识别系统，其中所述脉冲照明器被配置为发射在所述可见光、lwir、mwir和swir波段中的脉冲照明。
13.如权利要求1所述的识别系统，所述识别系统还包括飞机辨识模块，所述飞机辨识模块设置为与所述传感器通信并操作地与所述显示相关联。
14.一种包括如权利要求1所述的识别系统的数字空中交通控制中心。
15.一种具有包括如权利要求1所述的识别系统的数字空中交通控制中心的军用或民用机场。
16.一种空中交通对象识别方法，所述空中交通对象识别方法包括：
从由空中交通对象携带的脉冲照明器发射脉冲照明；
在具有脉冲检测阵列的传感器处接收来自所述传感器的视野内的所述脉冲照明；
使用所述脉冲照明识别所述空中交通对象；以及
在设置为与所述传感器通信的用户界面上显示所述空中交通对象的身份，所述用户界面远离所述传感器的所述视野。
17.如权利要求16所述的空中交通对象识别方法，所述空中交通对象识别方法还包括在所述空中交通对象处利用所述空中交通对象的身份来调制所述脉冲照明。
18.如权利要求16所述的空中交通对象识别方法，其中发射脉冲照明包括发射可见光、lwir、mwir和/或swir波段照明。
19.如权利要求16所述的空中交通对象识别方法，所述空中交通对象识别方法还包括使用所述传感器来辨识所述空中交通对象。
20.如权利要求16所述的空中交通对象识别方法，其中所述空中交通对象的所述身份是在数字空中交通控制中心处进行识别的。
技术总结
一种用于数字空中交通控制中心的识别系统，包括：传感器，所述传感器具有视野并具有脉冲检测阵列；用户界面，所述用户界面用于显示在所述传感器的所述视野内的空中交通对象；以及控制器。所述控制器包括脉冲检测模块，所述脉冲检测模块设置为与所述脉冲检测阵列通信，以使用由在所述传感器的所述视野内的空中交通对象携带的脉冲照明器发射的脉冲照明来识别所述空中交通对象。还描述了数字空中交通控制中心、机场和空中交通对象识别方法。
技术研发人员：C.德冯奇
受保护的技术使用者：传感器无限公司
技术研发日：.08.08
技术公布日：.02.21
