III. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU
2. Thiết kế tích hợp cảm biến
2.1. Sự cần thiết phải tích hợp nhiều loại cảm biến
Camera là một hệ thống cảm biến thu nhận đối tượng trong khơng gian qua phép chiếu (ống kính) về một ơ chữ nhật phẳng (cảm biến hình ảnh), do vậy thuộc tính chiều thứ 3 (sâu theo trục ống kính) bị mất trong dữ liệu thu được. Người ta thường phải tái tạo chiều sâu bằng xử lý ảnh Paralax (sử dụng 2 ống kính và áp dụng thuật tốn stereovision). Tuy vậy, việc tái tạo khoảng cách (chiều sâu) đến các đối tượng nhỏ như FOD (đường kính khoảng 3 cm) trong khoảng cách từ 30 - 50 m là rất khó khăn và tỷ lệ chính xác khơng được cao. Chính vì vậy, việc tích hợp nhiều loại cảm biến để cung cấp dữ liệu chi tiết hơn cho việc phát hiện FOD chính xác là cần thiết.
2.2. Nguyên lý phát hiện FOD trên mặt đường CHC sử dụng đo khoảng cách từ cảm biến khoảng cách từ cảm biến
Đặc thù của môi trường hoạt động của cảm biến là một mặt phẳng gần như tuyệt đối (AOA- khu vực vận hành khơng lưu). Với đường CHC có 2 mái dốc thì phạm vi hoạt động của mỗi cảm biến là 1 nửa phẳng của đường băng, vì theo yêu cầu lắp đặt cảm biến không được cao quá đèn đường băng - do vậy không được cao hơn đường tâm giao giữa hai mặt phẳng hai bên đường băng. Nhiệm vụ đặt ra với cảm biến
thiểu 3 cm tức là chiều cao của chỗ lồi hơn 3 cm.
2.3. Lựa chọn công nghệ nền tảng của cảm biến đo khoảng cách
Thông thường đo xa tự động chỉ có các cơng nghệ sử dụng sóng ánh sáng (quang học) hoặc điện từ (radar). Nhóm thực hiện đề tài đã nghiên cứu thử nghiệm nhiều loại cảm biến quang học khác nhau để lựa chọn giải pháp tốt nhất phát hiện FOD trên bề mặt đường băng. Các dạng cảm biến khác đã được áp dụng trên thế giới như radar bước sóng mm khơng được chỉ định nghiên cứu trong đề tài này do giá thành và sự chủ động tích hợp trong nước chưa có sẵn.
2.4. Thiết kế cấu trúc cảm biến tìm kiếm FOD
- Thành phần của bộ cảm biến:
+ Camera độ phân giải cao và độ zoom lớn.
+ Cảm biến không gian quang học đa tia công nghệ đo thời gian bay trực tiếp: Độ phân giải cao có khả năng hoạt động trong điều kiện môi trường khắc nghiệt. Cảm biến hoạt động ổn định dưới mọi điều kiện ánh sáng và hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết, bao gồm bụi, sương mù, mưa và tuyết.
+ Cảm biến không gian quang học cơng nghệ đo thời gian bay số hóa: Có khả năng phát hiện vật thể và đo xa trên khoảng cách lên đến 185 m, miễn nhiễm đối với ánh sáng xung quanh và hiệu năng cao trong thời tiết khắc nghiệt. Với cơng nghệ xử lý tín hiệu đặc biệt, cảm biến có khả năng cung cấp kết quả đo đạc rất nhanh với độ chính xác cao, phát hiện đồng thời nhiều vật thể trong vùng nhìn của cảm biến.
- Thiết kế hệ thống quay quét và chúc ngóc:
+ Với các loại cảm biến như trên, để quét tìm kiếm FOD trên bề mặt đường băng theo yêu cầu thiết kế hệ thống trong một bán kính 30 - 50 m từ điểm đặt cảm biến làm tâm, cần một hệ thống điều khiển quay để các tia đo xa của cảm biến và vùng quan sát camera độ phân giải cao quét qua mọi điểm trên mặt đường CHC.
+ Khi hệ thống đặt trên một đế quay quét ± 90o so với trục cắt qua đường băng, 3 cảm biến trên sẽ thu thập dữ liệu tồn bộ mặt đường băng cần giám sát tìm kiếm FOD trong khu vực ± 30 m theo chiều dọc đường băng và từ mép đến tâm đường CHC.
+ Với sơ đồ các điểm đo của hệ cảm biến như trên, để có thể quét được các FOD trên một đường CHC, hệ cảm biến có thể hoạt động theo phương án dịch chuyển dọc theo mép đường bằng hoặc đứng yên một
chỗ và quay quét. Với phương án dịch chuyển dọc, một bộ cảm biến có thể phụ trách đoạn đường CHC thích hợp với tốc độ dịch chuyển của nó. Tuy vậy, với sự an tồn vận hành đường băng, với điều kiện gió thổi rất mạnh khi máy bay phản lực khởi động, việc vận hành cảm biến tự hành dọc đường băng là không khả thi. Do vậy, cảm biến sẽ được lắp đặt trên trục quay tại một vị trí cố định bên đường băng.
- Định vị cảm biến trong hệ quy chiếu sân bay/GPS: Tọa độ định vị FOD được phát hiện bằng các cảm biến đo xa nằm trên trục quay cố định hoặc di chuyển trên mặt đường băng sẽ được tính tốn thơng qua chuyển đổi hệ quy chiếu cực địa phương (khoảng cách đến tâm hệ cảm biến đo khoảng cách và góc xoay trục hệ cảm biến) thành hệ quy chiếu toàn cục (sân bay hoặc toàn cầu GPS) bằng cách xác định tọa độ toàn cục của tâm hệ cảm biến, góc quay của trục hệ cảm biến. Để phối hợp hoạt động của mạng lưới cảm biến FOD lắp đặt dọc đường CHC, một loạt các cảm biến phụ trợ được thiết kế lắp đặt trong từng cụm cảm biến.
- Định hướng hệ cảm biến: Hệ thống cảm biến được định hướng bằng cảm biến 3 chiều từ trường và 3 chiều trọng trường để xác định góc tà và góc phương vị của trục tâm các cảm biến camera.