杨威

摘要：在目视助航系统中，机场助航灯具是非常关键的构成部分，它的光度学参数能够对灯具工作情况进行检验，是关键的参考依据，通常会运用的检测方法包括，在拆卸完成之后，开展离线检测，借助巡检车辆实现在线检测，但是第一种检测方式需要比较长的维护周期，第二种检测方式的使用成本相对较高。基于此文章给出了如下文所述的检测系统，以期能为相关人员提供借鉴。

关键词：助航灯具;光强检测;CCD测量元件;LED阵列

引言：在目视助航系统中，助航灯光起着关键性作用，它包含多种灯具，比如跑道上对起降起一定引导作用的灯具，亦或是在滑行道上发挥指示作用的灯具，它的作用是为了在夜间等的状况下，对跑道与滑行道情况进行标示，给予驾驶者一定的地面参考，防止出现飞行事故。助航灯光属于信号光源，它对光度学参数有着非常高的要求，与此同时，其中心光强也很高，在出射角范围上也有着苛刻的要求。对此，有必要对助航灯具开展定期维护及检测工作。伴随航空业的发展，在运输安全方面越来越重视，这就亟需迅速及准确地完成助航灯光检测工作。

1.系统构成

对于照度检测系统来讲，其包含着较多的构成成分，例如PC机以及步进电机等，图1所示为系统构成。针对助航灯具而言，在其前面放置检测装置，并把灯具当作电源，光线照射于测试屏幕，产生相应的光斑，接下来通过线阵CCD（电荷耦合器件），对光斑微元开展成像及取样，从下到上对屏幕开展采样。无论是器件还是测试屏幕，因为二者的位置是固定的，所以在进行采样时，所对应的面积微元，在把灰度值传到PC机的时候，通过PC机针对每一个像素点，根据位置开展标记，同时借助线阵CCD参数，对灰度值进行转换，以便能够形成照度，将其运用于光强分布计算[1]。CCD属于一种光电传感器，在其硬件部分中包含着较多的成分，例如光敏单元，在可以传递信息的同时，也能达到光电转换的目的，主要是用来采集以及采样光信号，图2所示为测量原理。

光线通过屏幕反射之后，借助光学系统的作用，成像于像敏单元，然后对光强进行转换，从而产生电荷包，同时通过驱动信号，形成电压信号输出。对于信号幅值来讲主要和两个变量有联系，一是光信号大小，二是照射时间。通过对CCD的使用，进一步来拍摄测试屏幕，并且产生相应的电信号，这样易于进行上传，而对于传输模块，就是用来暂存电信号，通过对PC机的利用，除了能够接收该信号，也可以实现存储，同时借助已有的参数，对该组信号进行转换，以便能够形成照度数据，结合驱动信号，判断步进电机需不需要动作，并且让CCD转向测量角度。图3所示为系统流程。

开展光强检测时，应当借助传感器收集强度，并在基础上对光强进行计算，当选取传感器时，CCD由于具备一系列优势，例如稳定性理想、成像所需时间短，从而被看成光度学传感器，而对于CCD一般主要有两类，也就是面阵以及线阵，基于对现场检测的考虑，对于检测系统来讲应当满足这样的条件，即方便、经济以及快速，与线阵CCD进行比较，面阵CCD需要投入更多的成本，并且在采样之后，数据偏多有碍于进行处理，因此选择线阵CCD[2]。为测试屏幕上的信号，当传至上位机的时候，朝着PC机传输有关的中断信号，表明采集已经结束，接下来通过PC机传输驱动信号，促使CCD到达测量角度。文章将把LED阵列当作例子，对光强检测开展探讨。

2.光强检测方法的确定

现如今针对助航灯具，關于对其光强的检测，一般可以选择两种方法，也就是传统检测以及在线检测。不过就前者而言，要对灯具进行拆卸处理，移到实验室里面，把灯具固定于转台，二者间确保一定的距离，也就是远场条件，接下来通过透镜等进一步来分束光线，针对探测元件光线，确保其属于空间角里的光束。把获取到的数据代进有关公式，基于某一空间角，就可以获取相应的发光强度。然后通过转台控制，进入既定的空间，通过不断重复这样的操作，就能够获取整个光强分布。对于这一种方法来讲，无论是转台控制还是检测空间，都有着相对高的要求，一般被运用于学校以及研究所等，检测所需周期相对长，需要投入较多的成本，伴随运转时间的延长，再加上航班密度的提高，若没有设置一定的备用灯具，此方法无法达到当班检测，并且也不易满足维护需求。

而对于在线检测，能够符合检测速度要求，不过无论是购买成本还是维护费用，都是相对高的。除此之外，近几年还诞生了光强检测装置，基于近场条件，可以实现光强检测，很大程度上节约了空间，并且存在着相对理想的测量度，不过当进行检测时，需对亮度数据开展积分，这样方可获取光强数据，不但费时间费精力，而且亮度计相对昂贵。本文给出这样的一种方法，即：基于近场条件，通过照度开展光强检测，把光源分成一系列子光源，同时设相应的光强分布，针对照度接收面所有点，算出有关的照度分布，和具体采集值实行对比，并及时反馈两者间的误差，对光强分布进行修正处理，让设计值趋近于实际值。

3.CCD及照度标定

当开展光强检测时，难以直接获取光强，一般情况下利用别的光度学参数进一步来实现，例如照度，由于选择光通量等，不得不积分以及分光，所需检测时间相对长、装置便携性不理想，所以选择照度参数，将其当作检测量，在此基础上算出光强分布。对于照度数据的获取，因为基于近场条件开展测量，所以需要点间隔相对近，就普通元件尺寸而言，难以符合阵列间距需要，所以选择CCD，将其当作照度接收元件[3]。基于近场设计一定的发射光，通过CCD促进光斑成像，然后针对全部像素的灰度值进行转换，从而形成相应的照度值。

4.光强计算方法

就光源的发光强度来看，其分布一般是把光源当作点光源，它的分布特征同空间角存在很大的联系，而实施上根本没有真正的点光源，通常情况下，若是探测元件与光源的距离相差较远，会让其反比定律接近满足，把光源看成点光源，其作用条件是远场条件，在进行光强检测时，是比较常见的传统方法。若是距离条件不能满足时，可将其看作近场条件。一般来讲，其探测距离应超出光源的五倍，建议将光强测量误差控制在5%上下，从而构建远场条件。在进行工作时，飞行员可将助航灯具看作点光源。针对发光面比较大的光源，对于现场灯具的运用，若是不进行拆卸及移动，需进行大规模的移动及采样，利用该方法获得面光源光强分布是存在一定难度的，对此需综合分析近场环境下，开展光强检测工作，同时借助近场的一系列计算，对灯具远场光强分布进行推导。

在灯具利用现场，由于全部LED形成一个整体，难以借助单个光强分布，针对阵列面光源，获得与之相关的光强分布，对于每一个LED，不知道它们的光强分布状况，并且就这个时候测量点而言，其照度值属于叠加和，因此难以开展光强计算。面对这样的情况，基于照度误差，文章给出这样的一种方法，即：在近场区域内选择合适的平面，将其当作测量平面，借助照度探头开展移动以及采样，从而获取相应的照度，接下来预设光强分布，在此基础上对平面照度进行计算，获得有关数值之后，与实际照度开展对比，同时算出存在的误差，并及时反馈这样的误差，以便对光强分布进行更新，在误差足够小的情况下，能够获得近似光强分布，随之可以获得空间光强分布。图4所示为光强检测流程。

结论：针对光强检测系统，文章阐述了其硬件构成以及检测流程，着重探讨了测量元件CCD，基于近场条件，分析了通过照度开展检测的难点，基于照度误差，给出了一种行之有效的方法（如上文所述），借助照度和空间位置关系，可以获取近似光强分布。

参考文献：

[1]马秉正. 基于共轭成像技术的助航灯光强检测方法研究[D].中国民航大学，2020.

[2]罗杨. 基于共轭梯度法的环形组织阻抗成像技术研究[D].重庆邮电大学，2017.

[3]王智鹏. 时序拼接光学合成孔径成像技术研究[D].中国科学院大学（中国科学院光电技术研究所），2017.