基于红外与雷达一体化吊舱的直升机安全避障技术

王和平+汪骏+申争光

摘 要：针对红外成像无法较远距离监控和毫米波雷达无法描述目标对象轮廓及视场角度的问题，该文提出一种基于红外和雷达一体化吊舱的安全避障技术，服务于我国电网直升机巡线作业。首先，基于直升机巡线的安全避障技术需求，分析红外成像和毫米波雷达测距技术特点；其次，为实现目标对象轮廓成像和全方位空间测距，研发红外视频与雷达一体化吊舱系统，详细给出硬件设计和软件开发方案；最后，完成环境适应性试验，总结系统性能指标。

关键词：安全避障 红外 毫米波雷达 吊舱 直升机

中图分类号：TN958.98 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（b）-0056-04

随着输电高压等级的不断提高，输电线路的巡线作业的安全、稳定、高效运行越来越重要。随着我国电网工程的不断发展，超高压、特高压输电线路将覆盖全国，输电线路距离长、沿线地形复杂、输电线路塔体很高，传统人工巡线方法不仅工作量大而且条件艰苦，特别是对山区和跨越大江大河的输电线路的巡查，以及在冰灾、水灾、地震、滑坡、夜晚期间巡线检查，所花时间长、人力成本高、困难大，某些线路区域和某些巡检项目人工巡查方法目前还难以完成。

针对上述问题，国内外已开始转向基于直升机或无人机的网巡作业方式，效率是地面人工巡视的20～30倍，为提升输电线路巡视效率，推进输电设备精益化管理，全网输电线路直升机巡视的作业需求日益迫切，该方式可及时发现人工巡视肉眼难以发现的缺陷，有力保障输电线路运行安全水平。直升机在行进过程中主要靠人工识别飞机周边障碍物情况，但在特殊情况或角度下，例如雨、雾、烟尘或其它复杂环境时，地面操控人员或机上驾驶人员很难判别周边环境，国内外已经发生多起飞行器碰撞坠毁事故，因此，飞行器避撞技术是直升机网巡作业的关键技术。为此，该文介绍一种基于红外视频与雷达一体化吊舱的直升机安全避障系统，给出系统的具体设计方案及其主要性能指标，可为其它用途直升机或无人机的安全避障系统设计提供参考意义。

1 安全避障系统方案分析及总体设计

1.1 方案分析

红外成像和毫米波雷达测距技术均是常见的两种避障手段，但具有各自的优缺点：（1）红外成像技术是基于物体表面热辐射的原理进行无接触温度测量、热状态分析、热轮廓描述，可在夜间及恶劣气候条件下进行目标监控、温度感知监控、伪装及隐蔽目标识别、物体距离及轮廓描述，但由于探测效果不随周围光照条件的变化而变化，红外成像技术无法实现较远距离的监控；（2）毫米波雷达测距技术可进行远距离测距，且具有抗干扰能力强、指向性强、测量精度较高、小型化等优点，适合作为直升机的自主避障系统传感器，但由于毫米波雷达只能探测平行距离，无法描述目标对象的轮廓和对象在视场中的角度。

基于红外成像和毫米波雷达测距技术的特性分析，本文将红外成像技术和毫米波测距雷达技术相结合，构建红外视频与雷达一体化安全避障系统，充分发挥红外轮廓成像和雷达远距离测距的优势。其中机载红外吊舱作为避障系统的主传感器，毫米波雷达测距系统作为安全避障系统的辅助传感器。

1.2 方案总体设计

直升机红外巡线吊舱安全避障系统主要由红外巡线吊舱、5路毫米波雷达空间测距、主控计算机、驾驶员指示屏及专用电缆等组成，如图1所示。其中，毫米波雷达测障系统安装在机体四周，红外吊舱安装于机体下方，主控计算机安装于驾驶室或由舱内人员携带。

当直升机进行巡逻时，空间毫米波雷达测障系统负责实时监测前、后、左、右及地面高度五个方向的空间障碍物信息，并将数据传输至主控计算机；此外主控计算机在采集红外视频信息的同时接收测障系统数据，通过角度计算确认包络红外吊舱当前指向的测距子系统并将其测距数据叠加至视频图像输出。系统通过结合5路毫米波雷达测距子系统组成的测距传感器网络实现空间测障功能，同时采集机载红外吊舱的视频信号，以“图形+数据”方式实时展示当前5方向的空间障碍物状态。当直升机与障碍物距离过近时，以声、光告警的方式提醒飞行员注意避让。

2 系统硬件设计

红外视频与雷达一体化安全避障系统如图2所示。

2.1 毫米波雷达空间测距系统设计

毫米波防撞测距系统可显示各障碍物离飞行器的距离、方位、角度，可对各类障碍物的类别进行评估，完成飞行器的合理避障。系统包含有五路毫米波防撞测距子系统，分别监测前、后、左、右及高度五个方向的障碍物状况，实时输出动态条件下飞行器与四周环境障碍物之间的距离，如图3所示。

5路毫米波防撞测距子系统作为从传感器节点通过RS422/RS485总线与计算机组网，由计算机点名实现测距数据轮询输出实现数据采集。组网方式为一主+多从，即主控计算机为总线主设备，其余测距子系统为从设备。毫米波雷达测距系统不主动向总线发送数据，主控计算机向总线广播数据请求指令，指令中包含对应请求对象传感器的地址，当测距子系统检测到广播指令中的地址与自身地址匹配一致后，向总线发出自身的测量数据，否则不回应广播数据请求指令，以此实现主控计算机对网络中各传感器节点的数据轮询。

2.2 红外巡线吊舱信号处理系统设计

由于系统需要接入PCI/PCI-E扩展的视频卡及数据通讯卡，普通笔记本电脑无法满足要求，一般工控机体积过于庞大且需外部供电。综合两方面考虑，主控计算机采用通用X86架构的便携式加固工作站并外扩扩展坞及PCI接口功能板卡的方式实现。加固型工作站具有很好的防水、防摔及抗震性，可靠性高，适合野外或机载条件下的使用。红外巡线吊舱信号处理系统的硬件架构及接口数据流如图4所示。

2.3 视频采集卡

视频采集卡采用海康威视DS-4300系列高清编码卡，暂选型号为DS-4304HFH-E。性能特点及部分指标如下：PCI-E接口，更高数据带宽；产品运行可靠稳定；高性能低功耗；实时完成视频和音频压缩，不丢帧；可设置编码的帧格式；可设置图像质量和码率；支持OSD、LOGO叠加和区域屏蔽提供完整SDK开发包；支持Windows XP、Linux操作系统。

2.4 数据通讯卡

数据通讯卡选型为宇泰UT-712 485/422光电隔离转换卡，PCI转2路RS-485/422。性能指标如下：PCI总线：32位；传输速率：高达115.2kbps；流控制：RTS/CTS XON/XOFF；工作温度：0℃～70℃；光电隔离：隔离电压2500 Vrms；接口保护：600 W浪涌保护、±15 kV静电保护；传输距离：高达1200 m；支持系统：Windows XP、Linux驱动。

2.5 红外视频与雷达数据联动设计

系统软件集成红外吊舱的控制接口及指令，用于同红外吊舱的通讯及双向控制，在某些设定条件下用户可通过系统软件对红外吊舱的进行手动或自动控制，亦可由红外吊舱的某些状态自动触发系统软件的特定功能，如自动启动视频录像。

红外视频与雷达数据联动数据流示意图如图5所示。以主控计算机及系统软件为中心实现子系统之间的通讯数据往来；以机载红外吊舱俯仰角及方位角输出信息为参考动态切换与当前红外摄像头指向对应的某一台毫米波雷达测距系统的输出数据，并将数据叠加进视频窗口；通过选定某一指向的毫米波雷达测距系统，控制机载红外吊舱调整摄像头的俯仰角及方位角使二者法向一致；以某一距离最小值为告警阈值，由毫米波雷达测距系统输出值通过系统软件自动触发红外吊舱收回镜头，防止设备受损；以某一距离最小值为工作阈值，由毫米波雷达测距系统输出值通过系统软件自动触发红外视频录像及拍照。

2.6 主控计算机选型

便携式加固工作站选型为神基科技GETAC X500，部分技术指标如下：全镁铝合金机壳，可防水、防尘、抗震耐摔；英特尔高性能处理器（酷睿i5-520M）；15寸阳光下可读的多点触控显示屏；离散图形控制器NVIDIA GeForce GT330M；整机可夜视功能，可插拔防震硬盘、多媒体扩展舱和PCI/PCIe扩充槽；电池板续航时间大于10 h。

2.7 电磁兼容性设计

结合直升机及其电子系统的电磁环境的特点，按照技术规范对电磁环境适应性的要求，从系统布局、内部布线、电磁屏蔽加固、电路板设计、元器件选择等方面进行电磁兼容设计。采取的措施有：在电源输入端加EMC电源滤波器；输入、输出插头座采用电磁屏蔽插头座；采取强度弱信号相互隔离，避免强信号对弱小信号的干扰；产品布线时，对于如电机电源等高频、强信号，工艺上采取正负级绞接地方法布线；在PCB设计时，采用多层板，设计专门电源层，吸收板上器件的电磁辐射；所有分系统内部的干扰源或敏感器进行电磁屏蔽设计。作为屏蔽体的外壳选用导电性能良好的金属材料，接口处的表面处理采用导电氧化处理，保证各屏蔽体良好连接，消除漏磁缝隙，以提高屏蔽效能。严格控制屏蔽体开口、孔洞、缝隙的数量、位置和大小，尽量避免降低屏蔽效能。

3 系统软件设计

3.1 工作模式

基于红外视频与雷达一体化吊舱的安全避障系统工作状态分为自检阶段和工作阶段：

（1）自检阶段。系统上电后，系统进行初始化并自检，自检内容有：通过数据通讯端口接收红外吊舱系统状态信息，判断吊舱是否进入正常工作状态；通过对5路毫米波雷达测距系统分别进行点名及数据读取，判断各个雷达测距系统是否进入正常工作状态；视频采集卡检测，判断视频采集卡通道是否正常打开，对应视频信号接入正常；录像区硬盘空间检测，确认录像区硬盘剩余空间充足。

（2）工作阶段。工作阶段系统启动如下功能有：实时接收各方向测距信息，动态展示空间障碍物状态；响应使用人员的操作；直升机进入与障碍物的危险距离后系统自动进行声光告警；触发自动录像及拍照，触发条件需与用户进一步协商。

3.2 软件开发设计

软件采用可视化集成开发环境Visual Studio开发，语言为C++；调用单机数据库管理系统Microsoft Access进行后台数据维护，数据库查询控制语言为SQL，并集成调用视频采集卡、数据通信卡等硬件设备的底层SDK，软件开发层次结构示意图如图6所示。

系统软件运行环境即操作系统为微软Windows 7或Windows xp，软件运行兼容32位和64位操作系统。软件主界面基于Microsoft MFC单文档应用程序模板SDI开发，基本界面示意图如图7所示。

4 系统性能测试及性能指标

4.1 环境适应性测试

（1）高温工作：将系统放入温度试验箱，当温度上升到+55℃温度时，保持2 h后，对系统进行功能检查，检测结果为：工作正常。

（2）高温存储：将系统放入温度试验箱，当温度上升到+65℃温度时，保持2 h后，待系统恢复到常温进行功能检查，检测结果为：工作正常。

（3）低温工作：将系统放入温度试验箱，当温度上升到-20℃温度时，保持2 h后，对系统进行功能检查，检测结果为：工作正常。

（4）低温存储：将系统放入温度试验箱，当温度上升到-40 ℃温度时，保持2 h后，待系统恢复到常温进行功能检查，检测结果为：工作正常。

（5）温度冲击检验：将系统置入温度冲击试验箱的低温箱内将箱内温度降到-40 ℃保持2 h，然后在1 min的时间内将系统移入温度为+55 ℃的高温箱内保持2 h，然后将温度恢复到常温进行功能检查，检测结果为：工作正常。

（6）温度-高度检验：将系统放置在试验箱内，将试验箱内的大气压力降到75.2 kPa，同时将试验箱内温度在低温-20 ℃和高温+50 ℃进行循环（在低温-20 ℃和高温+55 ℃的保持时间分别为1 h），进行1个周期的循环。试验后进行功能检查，检测结果为：工作正常。

（7）电磁兼容检验：按《GB/T17626.2 电磁兼容静电放电抗扰度试验》和《GB/T17626.6电磁兼容工频磁场抗扰度》进行试验，检测结果为：工作正常。

4.2 系统性能指标

系统性能指标如表1所示。

5 结论

为解决智能电网直升机网巡作业在复杂环境下的安全避障问题，该文提出了一种基于红外和雷达一体化吊舱的飞行器避障技术，充分结合红外成像和毫米波雷达分别在目标对象轮廓及视场角度感知和远距离监控探测方面的优势；完成了基于红外和5路毫米波雷达空间测距的吊舱系统硬件设计和软件系统开发。通过对各种环境适应性试验结果分析，避障系统的测距范围可覆盖10～1000 m，测距精度可满足±（1+0.03H） m，距离分辨率不大于1 m，工作频率在Ku或mm波段，波束宽度为6×6度，辐射功率不小于23 dBm，数据更新率为20 ms。飞行试验结果表明，该系统可满足直升机电力巡线的避障需求，同时还可对其它用途的直升机/无人机安全避障系统设计提供参考意义。

参考文献

[1]徐艳国.直升机防撞雷达关键技术及发展趋势[J].现代雷达，2011（33）：9-13.

[2] 赵永，姚连钰，李松维，等.直升机红外成像仿真模型研究[J].仿真技术，2010（12）：209-212.

[3] 陈国君，安妮.基于红外技术的机载高压线避障系统研究与设计[J].软件导刊， 2014（4）：83-87.

2.4 数据通讯卡

数据通讯卡选型为宇泰UT-712 485/422光电隔离转换卡，PCI转2路RS-485/422。性能指标如下：PCI总线：32位；传输速率：高达115.2kbps；流控制：RTS/CTS XON/XOFF；工作温度：0℃～70℃；光电隔离：隔离电压2500 Vrms；接口保护：600 W浪涌保护、±15 kV静电保护；传输距离：高达1200 m；支持系统：Windows XP、Linux驱动。

2.5 红外视频与雷达数据联动设计

系统软件集成红外吊舱的控制接口及指令，用于同红外吊舱的通讯及双向控制，在某些设定条件下用户可通过系统软件对红外吊舱的进行手动或自动控制，亦可由红外吊舱的某些状态自动触发系统软件的特定功能，如自动启动视频录像。

红外视频与雷达数据联动数据流示意图如图5所示。以主控计算机及系统软件为中心实现子系统之间的通讯数据往来；以机载红外吊舱俯仰角及方位角输出信息为参考动态切换与当前红外摄像头指向对应的某一台毫米波雷达测距系统的输出数据，并将数据叠加进视频窗口；通过选定某一指向的毫米波雷达测距系统，控制机载红外吊舱调整摄像头的俯仰角及方位角使二者法向一致；以某一距离最小值为告警阈值，由毫米波雷达测距系统输出值通过系统软件自动触发红外吊舱收回镜头，防止设备受损；以某一距离最小值为工作阈值，由毫米波雷达测距系统输出值通过系统软件自动触发红外视频录像及拍照。

2.6 主控计算机选型

便携式加固工作站选型为神基科技GETAC X500，部分技术指标如下：全镁铝合金机壳，可防水、防尘、抗震耐摔；英特尔高性能处理器（酷睿i5-520M）；15寸阳光下可读的多点触控显示屏；离散图形控制器NVIDIA GeForce GT330M；整机可夜视功能，可插拔防震硬盘、多媒体扩展舱和PCI/PCIe扩充槽；电池板续航时间大于10 h。

2.7 电磁兼容性设计

结合直升机及其电子系统的电磁环境的特点，按照技术规范对电磁环境适应性的要求，从系统布局、内部布线、电磁屏蔽加固、电路板设计、元器件选择等方面进行电磁兼容设计。采取的措施有：在电源输入端加EMC电源滤波器；输入、输出插头座采用电磁屏蔽插头座；采取强度弱信号相互隔离，避免强信号对弱小信号的干扰；产品布线时，对于如电机电源等高频、强信号，工艺上采取正负级绞接地方法布线；在PCB设计时，采用多层板，设计专门电源层，吸收板上器件的电磁辐射；所有分系统内部的干扰源或敏感器进行电磁屏蔽设计。作为屏蔽体的外壳选用导电性能良好的金属材料，接口处的表面处理采用导电氧化处理，保证各屏蔽体良好连接，消除漏磁缝隙，以提高屏蔽效能。严格控制屏蔽体开口、孔洞、缝隙的数量、位置和大小，尽量避免降低屏蔽效能。

3 系统软件设计

3.1 工作模式

基于红外视频与雷达一体化吊舱的安全避障系统工作状态分为自检阶段和工作阶段：

（1）自检阶段。系统上电后，系统进行初始化并自检，自检内容有：通过数据通讯端口接收红外吊舱系统状态信息，判断吊舱是否进入正常工作状态；通过对5路毫米波雷达测距系统分别进行点名及数据读取，判断各个雷达测距系统是否进入正常工作状态；视频采集卡检测，判断视频采集卡通道是否正常打开，对应视频信号接入正常；录像区硬盘空间检测，确认录像区硬盘剩余空间充足。

（2）工作阶段。工作阶段系统启动如下功能有：实时接收各方向测距信息，动态展示空间障碍物状态；响应使用人员的操作；直升机进入与障碍物的危险距离后系统自动进行声光告警；触发自动录像及拍照，触发条件需与用户进一步协商。

3.2 软件开发设计

软件采用可视化集成开发环境Visual Studio开发，语言为C++；调用单机数据库管理系统Microsoft Access进行后台数据维护，数据库查询控制语言为SQL，并集成调用视频采集卡、数据通信卡等硬件设备的底层SDK，软件开发层次结构示意图如图6所示。

系统软件运行环境即操作系统为微软Windows 7或Windows xp，软件运行兼容32位和64位操作系统。软件主界面基于Microsoft MFC单文档应用程序模板SDI开发，基本界面示意图如图7所示。

4 系统性能测试及性能指标

4.1 环境适应性测试

（1）高温工作：将系统放入温度试验箱，当温度上升到+55℃温度时，保持2 h后，对系统进行功能检查，检测结果为：工作正常。

（2）高温存储：将系统放入温度试验箱，当温度上升到+65℃温度时，保持2 h后，待系统恢复到常温进行功能检查，检测结果为：工作正常。

（3）低温工作：将系统放入温度试验箱，当温度上升到-20℃温度时，保持2 h后，对系统进行功能检查，检测结果为：工作正常。

（4）低温存储：将系统放入温度试验箱，当温度上升到-40 ℃温度时，保持2 h后，待系统恢复到常温进行功能检查，检测结果为：工作正常。

（5）温度冲击检验：将系统置入温度冲击试验箱的低温箱内将箱内温度降到-40 ℃保持2 h，然后在1 min的时间内将系统移入温度为+55 ℃的高温箱内保持2 h，然后将温度恢复到常温进行功能检查，检测结果为：工作正常。

（6）温度-高度检验：将系统放置在试验箱内，将试验箱内的大气压力降到75.2 kPa，同时将试验箱内温度在低温-20 ℃和高温+50 ℃进行循环（在低温-20 ℃和高温+55 ℃的保持时间分别为1 h），进行1个周期的循环。试验后进行功能检查，检测结果为：工作正常。

（7）电磁兼容检验：按《GB/T17626.2 电磁兼容静电放电抗扰度试验》和《GB/T17626.6电磁兼容工频磁场抗扰度》进行试验，检测结果为：工作正常。

4.2 系统性能指标

系统性能指标如表1所示。

5 结论

为解决智能电网直升机网巡作业在复杂环境下的安全避障问题，该文提出了一种基于红外和雷达一体化吊舱的飞行器避障技术，充分结合红外成像和毫米波雷达分别在目标对象轮廓及视场角度感知和远距离监控探测方面的优势；完成了基于红外和5路毫米波雷达空间测距的吊舱系统硬件设计和软件系统开发。通过对各种环境适应性试验结果分析，避障系统的测距范围可覆盖10～1000 m，测距精度可满足±（1+0.03H） m，距离分辨率不大于1 m，工作频率在Ku或mm波段，波束宽度为6×6度，辐射功率不小于23 dBm，数据更新率为20 ms。飞行试验结果表明，该系统可满足直升机电力巡线的避障需求，同时还可对其它用途的直升机/无人机安全避障系统设计提供参考意义。

参考文献

[1]徐艳国.直升机防撞雷达关键技术及发展趋势[J].现代雷达，2011（33）：9-13.

[2] 赵永，姚连钰，李松维，等.直升机红外成像仿真模型研究[J].仿真技术，2010（12）：209-212.

[3] 陈国君，安妮.基于红外技术的机载高压线避障系统研究与设计[J].软件导刊， 2014（4）：83-87.

2.4 数据通讯卡

数据通讯卡选型为宇泰UT-712 485/422光电隔离转换卡，PCI转2路RS-485/422。性能指标如下：PCI总线：32位；传输速率：高达115.2kbps；流控制：RTS/CTS XON/XOFF；工作温度：0℃～70℃；光电隔离：隔离电压2500 Vrms；接口保护：600 W浪涌保护、±15 kV静电保护；传输距离：高达1200 m；支持系统：Windows XP、Linux驱动。

2.5 红外视频与雷达数据联动设计

系统软件集成红外吊舱的控制接口及指令，用于同红外吊舱的通讯及双向控制，在某些设定条件下用户可通过系统软件对红外吊舱的进行手动或自动控制，亦可由红外吊舱的某些状态自动触发系统软件的特定功能，如自动启动视频录像。

红外视频与雷达数据联动数据流示意图如图5所示。以主控计算机及系统软件为中心实现子系统之间的通讯数据往来；以机载红外吊舱俯仰角及方位角输出信息为参考动态切换与当前红外摄像头指向对应的某一台毫米波雷达测距系统的输出数据，并将数据叠加进视频窗口；通过选定某一指向的毫米波雷达测距系统，控制机载红外吊舱调整摄像头的俯仰角及方位角使二者法向一致；以某一距离最小值为告警阈值，由毫米波雷达测距系统输出值通过系统软件自动触发红外吊舱收回镜头，防止设备受损；以某一距离最小值为工作阈值，由毫米波雷达测距系统输出值通过系统软件自动触发红外视频录像及拍照。

2.6 主控计算机选型

便携式加固工作站选型为神基科技GETAC X500，部分技术指标如下：全镁铝合金机壳，可防水、防尘、抗震耐摔；英特尔高性能处理器（酷睿i5-520M）；15寸阳光下可读的多点触控显示屏；离散图形控制器NVIDIA GeForce GT330M；整机可夜视功能，可插拔防震硬盘、多媒体扩展舱和PCI/PCIe扩充槽；电池板续航时间大于10 h。

2.7 电磁兼容性设计

结合直升机及其电子系统的电磁环境的特点，按照技术规范对电磁环境适应性的要求，从系统布局、内部布线、电磁屏蔽加固、电路板设计、元器件选择等方面进行电磁兼容设计。采取的措施有：在电源输入端加EMC电源滤波器；输入、输出插头座采用电磁屏蔽插头座；采取强度弱信号相互隔离，避免强信号对弱小信号的干扰；产品布线时，对于如电机电源等高频、强信号，工艺上采取正负级绞接地方法布线；在PCB设计时，采用多层板，设计专门电源层，吸收板上器件的电磁辐射；所有分系统内部的干扰源或敏感器进行电磁屏蔽设计。作为屏蔽体的外壳选用导电性能良好的金属材料，接口处的表面处理采用导电氧化处理，保证各屏蔽体良好连接，消除漏磁缝隙，以提高屏蔽效能。严格控制屏蔽体开口、孔洞、缝隙的数量、位置和大小，尽量避免降低屏蔽效能。

3 系统软件设计

3.1 工作模式

基于红外视频与雷达一体化吊舱的安全避障系统工作状态分为自检阶段和工作阶段：

（1）自检阶段。系统上电后，系统进行初始化并自检，自检内容有：通过数据通讯端口接收红外吊舱系统状态信息，判断吊舱是否进入正常工作状态；通过对5路毫米波雷达测距系统分别进行点名及数据读取，判断各个雷达测距系统是否进入正常工作状态；视频采集卡检测，判断视频采集卡通道是否正常打开，对应视频信号接入正常；录像区硬盘空间检测，确认录像区硬盘剩余空间充足。

（2）工作阶段。工作阶段系统启动如下功能有：实时接收各方向测距信息，动态展示空间障碍物状态；响应使用人员的操作；直升机进入与障碍物的危险距离后系统自动进行声光告警；触发自动录像及拍照，触发条件需与用户进一步协商。

3.2 软件开发设计

软件采用可视化集成开发环境Visual Studio开发，语言为C++；调用单机数据库管理系统Microsoft Access进行后台数据维护，数据库查询控制语言为SQL，并集成调用视频采集卡、数据通信卡等硬件设备的底层SDK，软件开发层次结构示意图如图6所示。

系统软件运行环境即操作系统为微软Windows 7或Windows xp，软件运行兼容32位和64位操作系统。软件主界面基于Microsoft MFC单文档应用程序模板SDI开发，基本界面示意图如图7所示。

4 系统性能测试及性能指标

4.1 环境适应性测试

（1）高温工作：将系统放入温度试验箱，当温度上升到+55℃温度时，保持2 h后，对系统进行功能检查，检测结果为：工作正常。

（2）高温存储：将系统放入温度试验箱，当温度上升到+65℃温度时，保持2 h后，待系统恢复到常温进行功能检查，检测结果为：工作正常。

（3）低温工作：将系统放入温度试验箱，当温度上升到-20℃温度时，保持2 h后，对系统进行功能检查，检测结果为：工作正常。

（4）低温存储：将系统放入温度试验箱，当温度上升到-40 ℃温度时，保持2 h后，待系统恢复到常温进行功能检查，检测结果为：工作正常。

（5）温度冲击检验：将系统置入温度冲击试验箱的低温箱内将箱内温度降到-40 ℃保持2 h，然后在1 min的时间内将系统移入温度为+55 ℃的高温箱内保持2 h，然后将温度恢复到常温进行功能检查，检测结果为：工作正常。

（6）温度-高度检验：将系统放置在试验箱内，将试验箱内的大气压力降到75.2 kPa，同时将试验箱内温度在低温-20 ℃和高温+50 ℃进行循环（在低温-20 ℃和高温+55 ℃的保持时间分别为1 h），进行1个周期的循环。试验后进行功能检查，检测结果为：工作正常。

（7）电磁兼容检验：按《GB/T17626.2 电磁兼容静电放电抗扰度试验》和《GB/T17626.6电磁兼容工频磁场抗扰度》进行试验，检测结果为：工作正常。

4.2 系统性能指标

系统性能指标如表1所示。

5 结论

为解决智能电网直升机网巡作业在复杂环境下的安全避障问题，该文提出了一种基于红外和雷达一体化吊舱的飞行器避障技术，充分结合红外成像和毫米波雷达分别在目标对象轮廓及视场角度感知和远距离监控探测方面的优势；完成了基于红外和5路毫米波雷达空间测距的吊舱系统硬件设计和软件系统开发。通过对各种环境适应性试验结果分析，避障系统的测距范围可覆盖10～1000 m，测距精度可满足±（1+0.03H） m，距离分辨率不大于1 m，工作频率在Ku或mm波段，波束宽度为6×6度，辐射功率不小于23 dBm，数据更新率为20 ms。飞行试验结果表明，该系统可满足直升机电力巡线的避障需求，同时还可对其它用途的直升机/无人机安全避障系统设计提供参考意义。

参考文献

[1]徐艳国.直升机防撞雷达关键技术及发展趋势[J].现代雷达，2011（33）：9-13.

[2] 赵永，姚连钰，李松维，等.直升机红外成像仿真模型研究[J].仿真技术，2010（12）：209-212.

[3] 陈国君，安妮.基于红外技术的机载高压线避障系统研究与设计[J].软件导刊， 2014（4）：83-87.