CN104360409A - 一种基于惯性测量的消旋装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于惯性测量的消旋装置，本发明的消旋装置包括设置在机载上的消旋棱镜、消旋电机、速度陀螺和电子组件，消旋棱镜设置在载体探测器的光路上，消旋棱镜由消旋电机驱动连接，消旋棱镜与速度陀螺之间传动连接，且消旋棱镜和速度陀螺之间的传动比等于消旋棱镜转动角度和图像旋转角度比，电子组件采集速度陀螺的输出，并控接消旋电机补偿像旋。本发明通过安装在消旋棱镜传动轴上的速率陀螺感应视轴的旋转速度，经过消旋控制算法控制消旋棱镜反向同速转动，通过速率陀螺敏感惯性系下的图像旋转，在惯性系内保持图像消旋，有效隔离了载体机动对图像造成的影响，适用于导弹、火箭弹、卫星等载体剧烈机动的场合。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于惯性测量的消旋装置，属于光电探测技术领域。
背景技术
出于提高空间分辨率进而提高探测距离的考虑，探测器的视场较为有限，需要通过一套扫描机构驱动稳定平台来完成对大范围区域的搜索与跟踪。如图1所示的机载探测系统，载机14外挂横滚-俯仰扫描机构15，通过安装在横滚-俯仰扫描机构15上的探测器2完成对地成像。当横滚-俯仰扫描机构15的任意一个轴向转动时，都会使视轴自转导致图像倾斜，给用户观察与图像处理机目标检出带来不便。为解决上述问题，对探测器成像进行像旋消除处理是非常必要的。
常规的消旋装置都基于载体对图像进行旋正，利用横滚测角传感器16，俯仰测角传感器17，通过坐标变换的方式解出扫描机构当前姿态所对应的图像旋转角度，再驱动消旋电机进行反向旋转进行消旋。这种消旋方式没有利用载体本身的姿态信息，因此对载体本身运动引起的图像旋转未作处理。
对于机载环境，和载机固连的飞行员对载机本身机动引起的画面倾斜较为习惯，因此这种消旋装置常用于机载系统中，而对于载体机动较快的弹载，观察者和载体分离的星载环境下，由载体本身机动引入的像旋不能被忽略，基于载体系的消旋不使用这类场合。
目前已经出现基于惯性测量信息的消旋装置，但都通过物理消旋的方式进行，将惯性测量装置与探测器固连，直接驱动探测器转动进行像旋消除。这种消旋方式需要带动探测器本身旋转，探测器物理尺寸较大，转动惯性较大，同时直接转动探测器还要利用导电滑环进行图像传输，防止连续转动导致电缆绞断。因此这种装置不适用于对产品轻量化、小型化要求较高的弹载、星载场合。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于惯性测量的消旋装置及方法，以解决现有消旋装置不能消除载体本身运动引起的图像旋转进行处理所造成图像不便检出的问题。
本发明为解决上述技术问题而提供一种基于惯性测量的消旋装置，该消旋装置包括设置在机载上的消旋棱镜、消旋电机、速度陀螺和电子组件，所述消旋棱镜设置在载体探测器的光路上，消旋棱镜由消旋电机驱动连接，所述消旋棱镜与速度陀螺之间传动连接，且消旋棱镜和速度陀螺之间的传动比等于消旋棱镜转动角度和图像旋转角度比，所述电子组件采集速度陀螺的输出，经消旋控制算法处理后输出控制量使消旋电机反向转动。
所述消旋棱镜和速度陀螺之间采用传动钢带进行传动。
所述传动钢带上装配有张紧轴，使消旋棱镜和速度陀螺之间没有传动间隙。
所述消旋棱镜采用K镜，K镜转动角度和图像旋转角度的比为1：2，速度陀螺安装在传动钢带的1/2轴上。
所述消旋电机通过消旋轴连接至消旋棱镜，该消旋轴为空心轴，消旋棱镜位于空心轴内。
本发明的有益效果是:本发明的消旋装置包括消旋棱镜、消旋电机、速度陀螺和电子组件，消旋棱镜用于设置在载体探测器的光路上，消旋棱镜由消旋电机驱动连接，消旋棱镜与速度陀螺之间传动连接，且消旋棱镜和速度陀螺之间的传动比等于消旋棱镜转动角度和图像旋转角度比，电子组件用于采集速度陀螺的输出，并控制消旋电机补偿像旋。本发明通过安装在消旋棱镜传动轴上的速率陀螺感应视轴惯性系下的旋转速度，采集速度陀螺输出，经过消旋控制算法控制消旋棱镜反向同速转动，抵消由载体机动和光电系统扫描机构运动产生的像旋，在惯性系内保持图像消旋，有效隔离了载体机动对图像造成的影响，尤其适用于导弹、火箭弹、卫星等载体剧烈机动的场合。
附图说明
图1是机载探测光电系统结构示意图；
图2是本发明基于惯性测量的消旋装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
本发明为解决现有消旋装置不能消除载体机动引起的像旋，提供了一种基于惯性测量的消旋装置，该消旋装置包括消旋棱镜、消旋电机、速度陀螺和电子组件，消旋棱镜设置在载体探测器的光路上，消旋棱镜由消旋电机驱动连接，消旋棱镜与速度陀螺之间传动连接，且消旋棱镜和速度陀螺之间的传动比等于消旋棱镜转动角度和图像旋转角度比，电子组件用于采集速度陀螺的惯性速度输出，并控制消旋电机反向同速转动。该装置通过安装在消旋棱镜传动轴上的速率陀螺感应视轴的旋转速度，采集速度陀螺输出，经过消旋控制算法控制消旋棱镜反向转动，实现对图像转旋转的补偿，因为速度陀螺输出是基于惯性空间的，因此最终图像是基于惯性空间消旋的。
下面结合一个具体的实施例来进行说明。
如图2所示，本实施例中的消旋装置包括消旋棱镜6、消旋电机4、速度陀螺12和电子组件13，消旋棱镜6设置在探测器2的光路上，探测器2和电子组件13设置在支架1上，消旋电机4通过消旋轴5驱动连接消旋棱镜6，消旋轴5通过消旋轴承3固定，消旋轴5为空心轴，消旋棱镜6位于空心轴内，消旋电机4可以驱动消旋棱镜转动，消旋棱镜6通过传动钢带7与速度陀螺12传动连接，传动钢带7上装配有张紧轴9，用于保证消旋棱镜6与速度陀螺12之间的传动没有间隙，以实现高精度的位置传动，张紧轴9通过张紧轴轴承8固定，消旋棱镜6和速度陀螺12之间的传动比等于消旋棱镜转动角度和图像旋转角度比。本实施例中消旋棱镜采用K镜，棱镜转动角度和图像旋转角度的比为1：2，消旋棱镜6和速度陀螺12之间的传动比也为1：2，即速度陀螺12安装在传动钢带7的1/2轴11上，该1/2轴11通过1/2轴轴承10固定，消旋电机4采用力矩电机。
速度陀螺感应视轴方向的惯性速率信息，电子组件13采集这一惯性信息并进行处理，通过电子组件内部的功放模块驱动力矩电机4，力矩电机带动消旋棱镜6旋转，消除像旋。
本发明采用光学元件补偿图像旋转。速率陀螺12既可以感应载体机动，也可以感应光电系统扫描机构运动，因此可以是基于惯性对图像进行消旋。速率陀螺12采用高精度MEMS陀螺，可以感应小于400°/s的运动，由于1/2传动关系的存在，本发明可以消除载体或扫描机构小于800°/s高速运动所产生的像旋。
以上内容是结合具体的优选实施例对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种基于惯性测量的消旋装置，其特征在于，该消旋装置包括设置在机载上的消旋棱镜、消旋电机、速度陀螺和电子组件，所述消旋棱镜设置在载体探测器的光路上，消旋棱镜由消旋电机驱动连接，所述消旋棱镜与速度陀螺之间传动连接，且消旋棱镜和速度陀螺之间的传动比等于消旋棱镜转动角度和图像旋转角度比，所述电子组件采集速度陀螺的输出，经消旋控制算法处理后输出控制量使消旋电机反向转动。
2.根据权利要求1所述的基于惯性测量的消旋装置，其特征在于，所述消旋棱镜和速度陀螺之间采用传动钢带进行传动。
3.根据权利要求2所述的基于惯性测量的消旋装置，其特征在于，所述传动钢带上装配有张紧轴，使消旋棱镜和速度陀螺之间没有传动间隙。
4.根据权利要求3所述的基于惯性测量的消旋装置，其特征在于，所述消旋棱镜采用K镜，K镜转动角度和图像旋转角度的比为1：2，速度陀螺安装在传动钢带的1/2轴上。
5.根据权利要求1所述的基于惯性测量的消旋装置，其特征在于，所述消旋电机通过消旋轴连接至消旋棱镜，该消旋轴为空心轴，消旋棱镜位于空心轴内。
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