CN105716607B - 一种机载光电侦察设备两框架平台的过顶控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机载光电侦察设备两框架平台的过顶控制方法，包括：1)记录某时刻t₁的方位框架角度值α₁及该时刻的上一时刻t₀的方位框架角度值α₀及该时刻的俯仰角β；2)求取方位框架角度误差值Δα，将方位框架角度误差值Δα与设定角度θ比较，获得方位框架实际旋变角度误差值Δα′；3)根据步骤1)中两时刻间隔，计算方位框架旋变角度差分速度值V；4)判断该时刻俯仰角β是否处于过顶区间内，如果是，则将步骤3)中的旋变角度差分速度值作为此时方位框架旋变角速度。本发明的方法不需要对硬件及结构进行改变，大大降低了研制成本和实现复杂度。

Description

一种机载光电侦察设备两框架平台的过顶控制方法

技术领域

本发明属于机载光电侦察设备稳定平台跟踪控制领域，具体涉及一种机载光电侦察设备两框架平台的过顶控制方法。

背景技术

现代军事技术是衡量一个国家综合国力的重要指标，各国对军事技术的研究及对高科技军用装备的研发都投入了大量的人力和物力。稳定平台技术在军备领域既是基础技术，亦是关键技术，其精度和响应速度对提高武器装备的性能起到了关键作用。在无人驾驶侦察机系统中，飞机飞行时会产生姿态的变化、由于风阻的存在会给载体带来冲击和振动，这些因素都会影响机载相机视轴指向的稳定性，从而使机载相机很难清晰成像。而稳定平台能够隔离光学传感器的视轴与载体之间的相对运动，从而提高无人侦察机的工作性能。

由于两框架平台较四框架平台具有重量轻，结构简单，成本低等优点，目前无人侦察机大都采用两框架的稳定平台，但两框架平台没有外框架的保护，隔离外界风阻的能力较差，并存在过顶区域不能正常驱动和跟踪的问题。

两框架平台中由于陀螺都安装在平台球体内，平台视轴水平朝前方时角度为90度，此时平台方位进行旋转时，陀螺能够完全敏感到：当平台低头时，方位陀螺的敏感轴方向与平台方位的运动方向成一定的夹角，方位方向实际的角速度值即方位方向实际的角速度值为方位陀螺所测的角速度值除以90-β的余弦值。当俯仰角β→0°时，由于cos(90-β)→0,所经过解算出的方位方向实际角速度值V_实趋于无穷大，其不能反映方位方向运动的实际角速度值，造成系统失控，平台惯性态和跟踪态都不能执行正常驱动功能。

目前为解决上述过顶区域不能正常驱动和跟踪的问题，可以通过增加框架结构的自由度,如增加倾斜轴、采用三轴框架等，但该方法成本较高，实现较复杂，因此需要寻求一种合适的方法使平台在过顶区域仍能执行正常的搜索和跟踪功能。

发明内容

本发明提出一种机载光电侦察设备两框架平台的过顶控制方法，旨在解决现有的两框架平台过顶问题的方法成本较高及实现较复杂的问题。

为解决上述技术问题，本发明的机载光电侦察设备两框架平台过顶控制方法的内容如下：

1)记录某时刻t₁的方位框架角度值α₁及该时刻的上一时刻t₀的方位框架角度值α₀及该时刻的俯仰角β；

2)求取方位框架角度误差值Δα，即Δα＝α₁-α₀，将方位框架角度误差值Δα与设定角度θ比较，获得方位框架实际旋变角度误差值Δα′，即若Δα>θ，则Δα′＝α₁-360°-α₀；若Δα<-θ，则Δα′＝α₁+360°-α₀；若-θ<Δα<θ，则Δα′＝α₁-α₀，其中θ>0；

3)根据步骤1)中两时刻间隔，计算方位框架旋变角度差分速度值V，即V＝Δα′/(t₁-t₀)；

4)判断该时刻俯仰角β是否处于过顶区间内，如果是，则将步骤3)中的旋变角度差分速度值作为此时方位框架旋变角速度。

对所述步骤3)中计算出的方位框架旋变角度差分速度值进行滤波去噪后作为此时方位框架旋变角速度。

所述过顶区间为-15°<β<15°。

所述步骤4)如果该时刻俯仰角β没有处于过顶区间内，根据俯仰角计算方位方向的实际角速度作为此时方位框架旋变角速度，所述方位方向的实际角速度值V_实的计算方法为：

其中，V_测为方位陀螺所测的角速度值。

所述步骤1)中读取方位框架角度值的时间间隔为1ms。

本发明的机载光电侦察设备两框架平台过顶控制方法通过计算进入过顶时刻及前一时刻的方为框架实际旋变角度，根据旋变时间，得到方为框架差分速度值，将该速度值作为处于过顶区间时的方位框架旋变角速度。本发明通过软件的方式解决过顶问题简便易行，只需在程序中添加相应代码即可实现，不需要对硬件及结构进行改变，大大降低了研制成本，缩短了研制周期。同时，该方法具有很好的通用性和可移植性，可通用于所有两框架平台。

本发明的方法解决了两框架平台的过顶问题，使两框架平台在过顶区域能够执行正常惯性和跟踪功能，扩大了平台的搜索和观察区域，完善了平台的功能，为两框架平台的发展奠定了基础，扩大了两框架平台的应用前景。

附图说明

图1为本实施例两框架平台过顶控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步详细说明。

如图1所示，本实施例的机载光电侦察设备过顶控制方法的包括如下步骤：

1)记录某时刻t₁的方位框架角度值α₁及该时刻的上一时刻t₀的方位框架角度值α₀及该时刻的俯仰角β；

2)求取方位框架角度误差值Δα，即Δα＝α₁-α₀，将方位框架角度误差值Δα与设定角度θ比较，获得方位框架实际旋变角度误差值Δα′，即若Δα>θ，则Δα′＝α₁-360°-α₀；若Δα<-θ，则Δα′＝α₁+360°-α₀；若-θ<Δα<θ，则Δα′＝α₁-α₀，其中θ>0；

3)根据步骤1)中两时刻间隔，计算方位框架旋变角度差分速度值V，即V＝Δα′/(t₁-t₀)；

4)判断该时刻俯仰角β是否处于过顶区间内，如果是，则将步骤3)中的旋变角度差分速度值作为此时方位框架旋变角速度。

下面对上述步骤进行详细阐述：

对于步骤1)，记录此刻方位框架角度值α₁：根据硬件电路用软件读取相应地址的旋变解调值，并进行粗精极融合，以求取方位框架角度值。

求取上一时刻方位框架的角度值α₀：因此将此刻旋变值赋给一变量，根据程序的定时中断时间，待下一次中断到来，该值即为上一时刻方位框架的角度值；

本实施例优选设定程序的定时中断时间为1ms，当然该数值可根据需要自行设置。

对于步骤2)，根据步骤1)中记录的两时刻方位框架角度，计算方位框架角度误差值Δα，即Δα＝α₁-α₀。

判断旋变角度值的误差Δα是否大于300或小于-300及在两者之间，根据不同的区间范围判断采取不同方式计算差分速度值。

这是由于平台方位的角度在0～360度之间，顺时针方向为平台角度增加的方向，而如果平台方位框架在0度时做逆时针方向运动，则在下一时刻方位的角度值将可能变为359度，如果不做适当的转换处理，其1ms的误差量为359度，这并不能真实反映平台方位角度的变化，因此必须进行适当转换；而同理平台方位上一时刻在359度，做顺时针运动后则变为0度，其1ms的误差量为-359度，也需要进行适当转换；而在-300和300之间的角度值则直接进行计算。

具体的转换方式如下：

将方位框架角度误差值Δα与300度比较，获得方位框架实际旋变角度值Δα′，即若Δα>300°，则Δα′＝α₁-360°-α₀；若Δα<-300°，则Δα′＝α₁+360°-α₀；若-300°≤Δα≤300°，则Δα′＝α₁–α₀。

本实施例中优选300度作为方位框架角度误差转变的界限值，当然作为其他实施方式还可以选择其他的角度值，如290度等。

对于步骤3)，计算旋变的差分速度值：用转变后的方位框架实际旋变角度值除以两次角度值相隔的时间值1ms,

将步骤2)和步骤3)合起来用程序语言表示如下：

xp_p为此时方位框架的角度值；

xp_p1为上一时刻方位框架的角度值。

对于步骤5)，两框架平台中由于陀螺都安装在平台球体内，平台视轴水平朝前方时角度为90度，此时平台方位进行旋转时，陀螺能够完全敏感到，当平台低头时，方位陀螺的敏感轴方向与平台方位的运动方向成一定的夹角，方位方向实际的角速度值

即方位方向实际的角速度值为方位陀螺所测的角速度值除以90-β的余弦值。当俯仰角β→0°时，由于cos(90-β)→0,所经过解算出的方位方向实际角速度值V_实较大，不能反映方位方向运动的实际角速度值，造成系统失控，平台不能执行正常驱动功能，即在俯仰角β处于一定范围内时，就是过顶区间。

因此，需要判断此时刻的俯仰角是否处于过顶区间内，如果是，则该时刻旋变差分速度值作为此时的方位旋变角速度，否则用陀螺解算值作为此时的方位旋变角速度。当然作为其他实施方式，当不处于过顶区间时，也可以采用现有技术中其他的计算方式求解方位旋变角速度。

一般俯仰角低于15度时，就会导致方位旋变角速度达到很大，当俯仰角度再降低旋变角度就会达到无穷大，所以，本实施例将俯仰角度β处于[-15°,15°]内定义为过顶区间。

本实施例中还可对步骤3)中求取的旋变差分速度值进行滤波，这是由于进行差分计算的角度值存在一定的噪声，根据平台惯性态控制系统的带宽选择合适的滤波器对所求取的差分角度值滤波后再进行应用，以免由于其值存在噪声造成所构成回路的不稳定。

Claims (5)

1.一种机载光电侦察设备两框架平台的过顶控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)记录某时刻t₁的方位框架角度值α₁及该时刻的上一时刻t₀的方位框架角度值α₀及该时刻的俯仰角β；

2)求取方位框架角度误差值Δα，即Δα＝α₁-α₀，将方位框架角度误差值Δα与设定角度θ比较，获得方位框架实际旋变角度误差值Δα′，即若Δα>θ，则Δα′＝α₁-360°-α₀；若Δα<-θ，则Δα′＝α₁+360°-α₀；若-θ<Δα<θ，则Δα′＝α₁-α₀，其中设定角度θ取值为300度或290度；

3)根据步骤1)中两时刻间隔，计算方位框架旋变角度差分速度值V，即V＝Δα′/(t₁-t₀)；

4)判断该时刻俯仰角β是否处于过顶区间内，如果是，则将步骤3)中的旋变角度差分速度值作为此时方位框架旋变角速度。

2.据权利要求1所述一种机载光电侦察设备两框架平台的过顶控制方法，其特征在于，对所述步骤3)中计算出的方位框架旋变角度差分速度值进行滤波去噪后作为此时方位框架旋变角速度。

3.据权利要求1所述一种机载光电侦察设备两框架平台的过顶控制方法，其特征在于，所述过顶区间为-15°<β<15°。

4.据权利要求1所述一种机载光电侦察设备两框架平台的过顶控制方法，其特征在于，所述步骤4)如果该时刻俯仰角β没有处于过顶区间内，根据俯仰角计算方位方向的实际角速度作为此时方位框架旋变角速度，所述方位方向的实际角速度值V_实的计算方法为：

其中，V_测为方位陀螺所测的角速度值。

5.据权利要求1所述一种机载光电侦察设备两框架平台的过顶控制方法，其特征在于，所述步骤1)中读取方位框架角度值的时间间隔为1ms。