CN104571142B - 一种大气参数跟踪测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大气参数跟踪测量系统，包括有望远镜机架控制系统和闭环跟踪及大气参数测量系统，所述的望远镜机架控制系统包括有计算机、单片机控制器、方位轴驱动器、俯仰轴驱动器、方位轴伺服电机、俯仰轴伺服电机、望远镜机架、方位轴编码器、俯仰轴编码器及控制手柄。本发明采用伺服电机作为驱动，体积小、振动小、速度快；采用多圈绝对型编码器作为位置传感器，具有掉电位置不丢失，无需找零位的特点；目标跟踪及参数测量均采用千兆网接口相机，实现目标的快速跟踪及大气参数数据的快速采集处理；系统实现了测量设备到运动目标路径上的大气参数实时跟踪测量。
Description
技术领域
本发明涉及控制及电子学技术领域，尤其涉及一种大气参数跟踪测量系统。
背景技术
目前，市面上的大气参数的测量仪器，一般都是针对固定目标，固定路径上的大气参数的测量，而针对随机运动目标，随机路径上的大气参数测量仪器还没有。本发明就是为实现随机运动目标，随机路径上的大气参数跟踪测量而设计的。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种大气参数跟踪测量系统。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种大气参数跟踪测量系统，包括有望远镜机架控制系统和闭环跟踪及大气参数测量系统，所述的望远镜机架控制系统包括有计算机、单片机控制器、方位轴驱动器、俯仰轴驱动器、方位轴伺服电机、俯仰轴伺服电机、望远镜机架、方位轴编码器、俯仰轴编码器及控制手柄，所述的单片机控制器通过串口与计算机通讯连接，获得控制伺服电机运行的控制指令，单片机控制器通过输入输出口分别与所述的方位轴驱动器和俯仰轴驱动器连接，进而控制伺服电机的运转，伺服电机的运行速度由单片机控制器输出频率连续可变的脉冲信号控制，频率越高运行速度越快，反之越慢。方位轴驱动器和俯仰轴驱动器分别通过驱动电缆及伺服电机自带编码器电缆与方位轴伺服电机和俯仰轴伺服电机连接，所述的方位轴伺服电机通过机架方位轴减速机构与望远镜机架上的方位轴机械连接，控制机架方位轴的旋转，所述的俯仰轴伺服电机通过机架俯仰轴减速机构与望远镜机架上的俯仰轴机械连接，控制机架俯仰轴的旋转，所述的方位轴编码器和俯仰轴编码器分别通过同步带与所述的方位轴和俯仰轴连接，方位轴编码器和俯仰轴编码器分别通过SSI接口与单片机控制器连接，用于测量运行速度和角度，单片机控制器通过计算得到方位轴、俯仰轴当前的绝对位置和运行速度，并通过串口将绝对位置和运行速度发送给计算机。所述的控制手柄的信号输出线与单片机控制器的AD转换口连接，单片机控制器将控制手柄输出的模拟信号转换为数字信号，通过计算得到控制机架运行的速度，进而实现手动控制机架方位轴、俯仰轴的运行；所述的闭环跟踪及大气参数测量系统包括有跟踪信标、目标跟踪望远镜成像系统、参数测量望远镜成像系统、目标跟踪相机、参数测量相机和计算机，所述的目标跟踪望远镜成像系统和参数测量望远镜成像系统均安装在所述的望远镜机架上且光路是同轴系统，闭环跟踪系统的工作流程为：所述的跟踪信标的信标光经过目标跟踪望远镜成像系统送入目标跟踪相机，计算机通过千兆网读取目标跟踪相机的图像信息，经过图像处理获取实时的光斑位置信息，将该位置信息与预设的跟踪位置比较，获得位置偏差，将该偏差经过数据处理获得控制机架运行的速度，最后将运行速度通过串口发送给单片机控制器，进而调整跟踪信标光在目标跟踪相机上的光斑位置，使它逼近预设的跟踪位置；大气参数测量系统工作流程为：跟踪信标的信标光经过大气传输后入射到参数测量望远镜成像系统，最后在参数测量相机靶面上成像，参数测量相机通过千兆网将图像信息传送给计算机，计算机经图像及数据处理获取需要测量的大气参数,比如：大气相干长度及等晕角值。
所述的单片机控制器的型号为dsPIC33FJ128GP710A，是一款带DSP功能的高性能单片机，最高40MIPS的工作速度，外围接口电路丰富。
所述的方位轴驱动器和俯仰轴驱动器的型号均为MR-J3-10A；所述的方位轴伺服电机和俯仰轴伺服电机的型号均为HF-KP053；方位轴编码器和俯仰轴编码器的型号均为AAM3810-1212-SDSGGA，该编码器是一个4096*4096的多圈绝对型编码器，采用SSI接口与外部控制器通讯。
所述的控制手柄的型号为HB200BR-VO-P。
所述的目标跟踪相机和参数测量相机的型号分别为GC1290和GT1920，前者靶面尺寸约为4.84*3.6毫米（像素1290*960、像素尺寸3.75微米），目标跟踪望远镜系统的跟踪视场：水平方向为24.2毫弧度，垂直方向为18毫弧度；后者相机的靶面尺寸约为8.72*6.72毫米（像素1920*1480、像素尺寸4.54微米）。参数测量系统的测量视场：水平方向为3.5毫弧度，垂直方向为2.7毫弧度。
跟踪信标既是目标跟踪系统的跟踪目标，也是参数测量系统的测量信标，为了使跟踪相机及参数测量相机获得较高的信噪比，所述的跟踪信标采用532纳米的单色光作为信标光，在所述的目标跟踪相机和参数测量相机的接收靶面前均安装有532纳米的光学带通滤光片。
本发明的优点是：本发明采用伺服电机作为驱动，体积小、振动小、速度快；采用多圈绝对型编码器作为位置传感器，具有掉电位置不丢失，无需找零位的特点；目标跟踪及参数测量均采用千兆网接口相机，实现目标的快速跟踪及大气参数数据的快速采集处理；系统实现了测量设备到运动目标路径上的大气参数实时跟踪测量。
附图说明
图1为本发明的系统框图。
具体实施方式
如图1所示，一种大气参数跟踪测量系统，包括有望远镜机架控制系统和闭环跟踪及大气参数测量系统，所述的望远镜机架控制系统包括有计算机1、单片机控制器2、方位轴驱动器3、俯仰轴驱动器4、方位轴伺服电机5、俯仰轴伺服电机6、望远镜机架7、方位轴编码器8、俯仰轴编码器9及控制手柄10，所述的单片机控制器2通过串口与计算机1通讯连接，获得控制伺服电机运行的控制指令，单片机控制器2通过输入输出口分别与所述的方位轴驱动器3和俯仰轴驱动器4连接，进而控制伺服电机的运转，伺服电机的运行速度由单片机控制器2输出频率连续可变的脉冲信号控制，频率越高运行速度越快，反之越慢。方位轴驱动器3和俯仰轴驱动器4分别通过驱动电缆及伺服电机自带编码器电缆与方位轴伺服电机5和俯仰轴伺服电机6连接，所述的方位轴伺服电机5通过机架方位轴减速机构与望远镜机架7上的方位轴机械连接，控制机架方位轴的旋转，所述的俯仰轴伺服电机6通过机架俯仰轴减速机构与望远镜机架7上的俯仰轴机械连接，控制机架俯仰轴的旋转，所述的方位轴编码器8和俯仰轴编码器9分别通过同步带与所述的方位轴和俯仰轴连接，方位轴编码器8和俯仰轴编码器9分别通过SSI接口与单片机控制器2连接，用于测量运行速度和角度，单片机控制器2通过计算得到方位轴、俯仰轴当前的绝对位置和运行速度，并通过串口将绝对位置和运行速度发送给计算机2。所述的控制手柄10的信号输出线与单片机控制器2的AD转换口连接，单片机控制器2将控制手柄10输出的模拟信号转换为数字信号，通过计算得到控制机架运行的速度，进而实现手动控制机架方位轴、俯仰轴的运行；所述的闭环跟踪及大气参数测量系统包括有跟踪信标11、目标跟踪望远镜成像系统12、参数测量望远镜成像系统13、目标跟踪相机14、参数测量相机15和计算机1，所述的目标跟踪望远镜成像系统12和参数测量望远镜成像系统13均安装在所述的望远镜机架7上且光路是同轴系统，闭环跟踪系统的工作流程为：所述的跟踪信标11的信标光经过目标跟踪望远镜成像系统12送入目标跟踪相机14，计算机1通过千兆网读取目标跟踪相机14的图像信息，经过图像处理获取实时的光斑位置信息，将该位置信息与预设的跟踪位置比较，获得位置偏差，将该偏差经过数据处理获得控制机架运行的速度，最后将运行速度通过串口发送给单片机控制器2，进而调整跟踪信标光在目标跟踪相机14上的光斑位置，使它逼近预设的跟踪位置；大气参数测量系统工作流程为：跟踪信标11的信标光经过大气传输后入射到参数测量望远镜成像系统13，最后在参数测量相机15靶面上成像，参数测量相机15通过千兆网将图像信息传送给计算机1，计算机1经图像及数据处理获取需要测量的大气参数,比如：大气相干长度及等晕角值。
所述的单片机控制器2的型号为dsPIC33FJ128GP710A，是一款带DSP功能的高性能单片机，最高40MIPS的工作速度，外围接口电路丰富。
所述的方位轴驱动器3和俯仰轴驱动器4的型号均为MR-J3-10A；所述的方位轴伺服电机5和俯仰轴伺服电机6的型号均为HF-KP053；方位轴编码器8和俯仰轴编码器9的型号均为AAM3810-1212-SDSGGA，该编码器是一个4096*4096的多圈绝对型编码器，采用SSI接口与外部控制器通讯。
所述的控制手柄10的型号为HB200BR-VO-P。
所述的目标跟踪相机14和参数测量相机15的型号分别为GC1290和GT1920，前者靶面尺寸约为4.84*3.6毫米（像素1290*960、像素尺寸3.75微米），目标跟踪望远镜系统的跟踪视场：水平方向为24.2毫弧度，垂直方向为18毫弧度；后者相机的靶面尺寸约为8.72*6.72毫米（像素1920*1480、像素尺寸4.54微米）。参数测量系统的测量视场：水平方向为3.5毫弧度，垂直方向为2.7毫弧度。
跟踪信标11既是目标跟踪系统的跟踪目标，也是参数测量系统的测量信标，为了使跟踪相机及参数测量相机获得较高的信噪比，所述的跟踪信标11采用532纳米的单色光作为信标光，在所述的目标跟踪相机14和参数测量相机15的接收靶面前均安装有532纳米的光学带通滤光片。
Claims (6)
1.一种大气参数跟踪测量系统，其特征在于：包括有望远镜机架控制系统和闭环跟踪及大气参数测量系统，所述的望远镜机架控制系统包括有计算机、单片机控制器、方位轴驱动器、俯仰轴驱动器、方位轴伺服电机、俯仰轴伺服电机、望远镜机架、方位轴编码器、俯仰轴编码器及控制手柄，所述的单片机控制器通过串口与计算机通讯连接，单片机控制器通过输入输出口分别与所述的方位轴驱动器和俯仰轴驱动器连接，方位轴驱动器和俯仰轴驱动器分别通过驱动电缆及伺服电机自带编码器电缆与方位轴伺服电机和俯仰轴伺服电机连接，所述的方位轴伺服电机通过机架方位轴减速机构与望远镜机架上的方位轴机械连接，所述的俯仰轴伺服电机通过机架俯仰轴减速机构与望远镜机架上的俯仰轴机械连接，所述的方位轴编码器和俯仰轴编码器分别通过同步带与所述的方位轴和俯仰轴连接，方位轴编码器和俯仰轴编码器分别通过SSI接口与单片机控制器连接，所述的控制手柄的信号输出线与单片机控制器的AD转换口连接；所述的闭环跟踪及大气参数测量系统包括有跟踪信标、目标跟踪望远镜成像系统、参数测量望远镜成像系统、目标跟踪相机、参数测量相机和计算机，所述的目标跟踪望远镜成像系统和参数测量望远镜成像系统均安装在所述的望远镜机架上且光路是同轴系统，所述的跟踪信标的信标光经过目标跟踪望远镜成像系统送入目标跟踪相机，计算机通过千兆网读取目标跟踪相机的图像信息，经过图像处理获取实时的光斑位置信息，将该位置信息与预设的跟踪位置比较，获得位置偏差，将该偏差经过数据处理获得控制机架运行的速度，最后将运行速度通过串口发送给单片机控制器，进而调整跟踪信标光在目标跟踪相机上的光斑位置，使它逼近预设的跟踪位置；跟踪信标的信标光经过大气传输后入射到参数测量望远镜成像系统，最后在参数测量相机靶面上成像，参数测量相机通过千兆网将图像信息传送给计算机，计算机经图像及数据处理获取需要测量的大气参数。
2.根据权利要求1所述的一种大气参数跟踪测量系统，其特征在于：所述的单片机控制器的型号为dsPIC33FJ128GP710A。
3.根据权利要求1所述的一种大气参数跟踪测量系统，其特征在于：所述的方位轴驱动器和俯仰轴驱动器的型号均为MR-J3-10A；所述的方位轴伺服电机和俯仰轴伺服电机的型号均为HF-KP053；方位轴编码器和俯仰轴编码器的型号均为AAM3810-1212-SDSGGA。
4.根据权利要求1所述的一种大气参数跟踪测量系统，其特征在于：所述的控制手柄的型号为HB200BR-VO-P。
5.根据权利要求1所述的一种大气参数跟踪测量系统，其特征在于：所述的目标跟踪相机和参数测量相机的型号分别为GC1290和GT1920。
6.根据权利要求1所述的一种大气参数跟踪测量系统，其特征在于：所述的跟踪信标采用532纳米的单色光作为信标光，在所述的目标跟踪相机和参数测量相机的接收靶面前均安装有532纳米的光学带通滤光片。
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