CN103693210A - 一种机载光电吊舱视轴稳定的建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机载光电吊舱视轴稳定的建模方法。包括下列步骤：（1）飞机航向角速度的轴与指向控制器垂直轴始终一致，它只影响指向控制器的方位角速度；（2）横滚角速度和俯仰角速度影响指向控制器的方位角速度和俯仰角速度，并且引起视轴即指向目标滚动；（3）消除视轴的横向移动，指向控制器只有两个转动轴，俯仰轴和俯仰平面相垂直，利用方位轴产生一个角速度分量来补偿。可以隔离载机绕方位、俯仰两轴的角运动，实现视频（红外或可见光）光轴稳定。

Description

一种机载光电吊舱视轴稳定的建模方法

技术领域

本发明涉及一种与机载吊舱视轴稳定相关的建模方法。

现有技术

在工程实践中，由于吊舱属于机载环境，由跟踪头和方位座体通过螺栓固连在一起，两个框架轴即为稳定轴，这两轴将受到机载环境因素的干扰，影响吊舱视轴稳定性和跟踪性。所以必须通过数学转换隔离载机绕方位、俯仰两轴的角运动，实现视频（红外或可见光）光轴稳定。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，本发明提一种供机载光电吊舱视轴稳定的建模方法，可以隔离载机绕方位、俯仰两轴的角运动，实现视频（红外或可见光）光轴稳定。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：它包括下列步骤：（1）飞机航向角速度的轴与指向控制器垂直轴始终一致，它只影响指向控制器的方位角速度；（2）横滚角速度和俯仰角速度影响指向控制器的方位角速度和俯仰角速度，并且引起视轴即指向目标滚动；（3）消除视轴的横向移动，指向控制器只有两个转动轴，俯仰轴和俯仰平面相垂直，利用方位轴产生一个角速度分量来补偿。

本发明可以隔离载机绕方位、俯仰两轴的角运动，实现视频（红外或可见光）光轴稳定。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明水平面坐标变换示意图；

图2为本发明俯仰面坐标变换示意图。

具体实施方式

在载机坐标系中，将IMU（惯性测量单元）三个轴的角速度信息，及转台控制器提供俯仰轴和方位轴上框架角，经坐标转换，算出指向控制器的方位角速度、俯仰角速度。

飞机航向角速度的轴与指向控制器垂直轴始终一致，它只影响指向控制器的方位角速度；横滚角速度和俯仰角速度影响指向控制器的方位角速度和俯仰角速度，并且引起视轴（指向目标）滚动。

借助图1、图2进行分析，惯导初始坐标系X轴俯仰，Y轴横滚，Z轴方位。水平面时，方位角A的一边Y轴，另一边是视轴落在XOY平面的投影即ω_A1所在直线上，与之垂直的直线就是俯仰轴，指向控制器的俯仰角速度只受方位角的影响。在图1中，将ω_x和ω_y分解到俯仰轴，得到俯仰感受到外界惯导扰动的角速度信息；图2中，E为俯仰角，W2垂直目标所在的轴，W1在W2方向上的投影将引起视轴的横向移动，必须消除。指向控制器只有两个转动轴，俯仰轴和俯仰平面相垂直，无法消除这一横向移动。只有利用方位轴产生一个角速度分量来补偿W1×sinE。即附加一个W3，使得W1×sinE-W3×cosE=0，而W1×cosE的方向在视轴上，只引起视轴的旋转，不影响视轴的指向。

综上得到， $\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_E={\mathrm{\ω}}_x\cos A-{\mathrm{\ω}}_y\sin A\\ {\mathrm{\ω}}_A={\mathrm{\ω}}_z-({\mathrm{\ω}}_y\cos A+{\mathrm{\ω}}_x\sin A)\tan E\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中，ω_E为指向控制器俯仰轴感受到外界（惯导）的角速度，ω_A为指向控制器方位轴感受到外界（惯导）的角速度。给定的角速度（角度）在载体坐标系中绕自身的运动规律，ω_x为惯导俯仰角速度，抬头为正；ω_y为横滚角速度，左起为正；ω_z为方位角速度，顺时针为正。框架方位角A为视轴在水平面的投影与机头线的夹角，顺时针为正；框架俯仰角E为视轴与视轴在水平面的投影的夹角，向上为正。

公式（1）中，将角速度转化到角度：若ω_E=ω_xcosA-ω_ysinA，等式两边都除以时间的变换量△t，得到

对于相同时间内变换规律相同，我们得到△E=△xcosA-△ysinA，此时记△E为E'，△x为x'，△y为y'，则有E'=x'cosA-y'sinA成立，同理得到A'=z'-y'cosAtanE-x'sinAtanE。经过上述变换，推导出载体角运动时，视轴扰动的角度公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{E}^{\′}=x^{\′}\cos A-y^{\′}\sin A\\ A^{\′}=z^{\′}-y^{\′}\cos A\tan E-x^{\′}\sin A\tan E\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中，方位角z'顺时针为正0°—360°、俯仰角x'向上为正-90°—90°、横滚角y'左起为正-90°—90°;

将指向控制器受载机干扰的角度叠加到其所在的框架角上，得到指向控制器的角度变换规律为：

$\left\{\begin{array}{c}{A}^{*}=A^{\′}+A\\ E^{*}=E^{\′}+E\end{array}\right.----\left(3\right)$

式（3）A^*为指向控制器准确指向目标所变化的方位角，E^*为指向控制器准确指向目标所变化的俯仰角。

Claims (1)

1.一种机载光电吊舱视轴稳定的建模方法，其特征在于：包括下列步骤：（1）飞机航向角速度的轴与指向控制器垂直轴始终一致，它只影响指向控制器的方位角速度；（2）横滚角速度和俯仰角速度影响指向控制器的方位角速度和俯仰角速度，并且引起视轴即指向目标滚动；（3）消除视轴的横向移动，指向控制器只有两个转动轴，俯仰轴和俯仰平面相垂直，利用方位轴产生一个角速度分量来补偿。

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