CN106705969A - 无人机光电系统手动模式瞄准线轨迹拟合方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种无人机光电系统手动模式瞄准线轨迹拟合方法，首先在光电系统切换至手动模式后，解算当前光电转塔的俯仰角度β，计算单杆稳定回路的时间周期T₁；然后，解算瞄准线在一个时间周期T₁前后的方位速度V₁和V₂，计算瞄准线在时间周期T₁内转过的方位角度θ；最后将所需的补偿命令叠加在单杆俯仰命令上，实现手动模式瞄准线轨迹拟合。本发明采用数字化处理技术，信息来源丰富，算法可随之改变，不存在时间延迟；算法处理后，对稳瞄转塔的操控更加人性化，减少了操作的困难度。

Description

无人机光电系统手动模式瞄准线轨迹拟合方法

技术领域

本发明涉及光电系统控制技术领域，具体为一种无人机光电系统手动模式瞄准线轨迹拟合方法，用于光电系统手动操作时，瞄准线轨迹的拟合与补偿。

背景技术

无人机载光电系统传感器如电视、热像、激光等作为一个整体装在稳定转塔中，操作人员通过地面火控的单杆操作转塔转动，从而控制瞄准线移动。

之前我国研制的无人机载光电系统中，当转塔处于俯仰大角度的状态下，由于人眼闭环的原因，手动操作瞄准线锁定目标难度很大，多数的解决方案是，先通过方位单杆命令，将瞄准线转到和目标同一方位角度位置，再通过俯仰单杆命令，使瞄准线移动至目标。该方案在一定程度缓减了这一问题，但还是会给操作者带来很大的不便。

发明内容

本发明的主要目的是通过对单杆信号的补偿方法，便于对光电平台瞄准线的操作，做到单杆操作与瞄准线移动协调一致。

本发明的技术方案为：

所述一种无人机光电系统手动模式瞄准线轨迹拟合方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：光电系统切换至手动模式后，解算当前光电转塔的俯仰角度β；

步骤2：计算单杆稳定回路的时间周期T₁；

步骤3：解算瞄准线在一个时间周期T₁前后的方位速度V₁和V₂；

步骤4：计算瞄准线在时间周期T₁内转过的方位角度θ

其中β₁和β₂为光电转塔在一个时间周期T₁前后的俯仰角度，ω_gAZ1为光电转塔在一个时间周期T₁前由陀螺测量得到的瞄准线角速度；

步骤5：将所需的补偿命令叠加在单杆俯仰命令上，实现手动模式瞄准线轨迹拟合；所述所需的补偿命令ω_elΔ为

ω_elΔ＝ω_gAZ2·tanθ·sinβ₂

其中ω_gAZ2为光电转塔在一个时间周期T₁后由陀螺测量得到的瞄准线角速度。

有益效果

本发明的有益效果体现在：

1、采用数字化处理技术，信息来源丰富，算法可随之改变，不存在时间延迟；

2、算法处理后，对稳瞄转塔的操控更加人性化，减少了操作的困难度。

附图说明

图1是运动轨迹分解一；

图2是运动轨迹分解二；

图3是算法补偿前轨迹图；(a)方位角度，(b)俯仰角度，(c)转塔瞄准线在水平面投影轨迹

图4是算法补偿后轨迹图；(a)方位角度，(b)俯仰角度，(c)转塔瞄准线在水平面投影轨迹。

具体实施方式

本发明的主要目的是通过对单杆信号的补偿方法，便于对光电平台瞄准线的操作，做到单杆操作与瞄准线移动协调一致。

本发明所述方法通过嵌入式计算机完成。其信号来源有，单杆信号、传感器类型等。信号补偿处理完后，将结果转换成速度指令加到伺服控制环路中去，稳瞄转塔将按照此命令在方位和俯仰方向运动，瞄准线也随之运动。

本发明提供单杆信号的补偿方法，是一个考虑了多种因素的完整的处理方法。具体要求有：1、俯仰轴系与俯仰陀螺轴系相重合。2、方位电机轴垂直于水平地面(这样使俯仰旋变输出的角度值等于瞄准线于水平地面的角度以及方位旋变输出的角度值与瞄准线方位运动的角度保持一致)。3、考虑试验的方便验算，选用两轴两框架系统。

瞄准线轨迹拟合具体实施流程、算法介绍及实验验证详细描述如下：

图1为瞄准线轨迹的分解示意。设T₁为每个单杆命令周期；瞄准线十字从起始目标A点移动到目标B点，运动时间为一个周期；β₁、β₂分别为A、B两个位置的俯仰角；θ为瞄准线H为观瞄所处的高度。

操作单杆，从起始点A移动到目标点B时，由于人眼闭环的作用，单杆命令的方向为单杆命令中，俯仰分量引起LOS轨迹变化是沿着LOS投影方向，所以瞄准线轨迹形成一个锥面的主要原因就是转塔的方位运动。

由图1可知，θ为方位转过的角度，V₁为A点时的方位速度，V₂为B点时的方位速度，ω_gAZ为陀螺测量到LOS的速度。

为使轨迹保持直线，将V₂的速度加补偿量V_Δ后，与V₁的方向相同：

由图2得出：

V_elΔ＝V_Δ·sinβ₂ (5)

推出，单杆操控过程中，加补偿量ω_elΔ：

下面给出对比分析：

实施例1：条件：一个视场下，加固定的单杆命令值，瞄准线由初始位置(当前的视场中心位置)运动半个视场位置(目标位置)。对比数据：

两组数据相对比，加补偿命令后，瞄准线在设定时间内到达的位置更接近目标位置。

实施例2：瞄准线轨迹线性度的分析：通过运动不同的角度范围，来对比分析。条件：加固定的单杆命令值，修改计时器控制运动时间。

图3和图4中分别包括运动的方位、俯仰角度记录，以及转塔瞄准线在水平面投影的轨迹。取当前转塔的高度H＝80cm，分析不同运动角度范围下的轨迹情况。图3状态为：计数器为500，无俯仰补偿命令；图4状态为：计数器为500，加入俯仰补偿命令。

通过横向、纵向对比补偿命令的效果，在运动一定时间后，叠加补偿命令的轨迹线性度更好一些。刚开始短时间内的轨迹区别不明显，是由于转塔自身的惯性影响。总之，单杆信号补偿后，使操作人员更适应对稳瞄转塔的控制和瞄准线的操作，更人性化与方便。本发明实施例的最佳效果也体现于此。

Claims (1)

1.一种无人机光电系统手动模式瞄准线轨迹拟合方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：光电系统切换至手动模式后，解算当前光电转塔的俯仰角度β；

步骤2：计算单杆稳定回路的时间周期T₁；

步骤3：解算瞄准线在一个时间周期T₁前后的方位速度V₁和V₂；

步骤4：计算瞄准线在时间周期T₁内转过的方位角度θ

$\mathrm{\θ}={\∫}_0^{T_1}{\mathrm{\ω}}_{gAZ1}\·\sec \left(\frac{{\mathrm{\β}}_1+{\mathrm{\β}}_2}{2}\right)dt$

其中β₁和β₂为光电转塔在一个时间周期T₁前后的俯仰角度，ω_gAZ1为光电转塔在一个时间周期T₁前由陀螺测量得到的瞄准线角速度；

步骤5：将所需的补偿命令叠加在单杆俯仰命令上，实现手动模式瞄准线轨迹拟合；所述所需的补偿命令ω_elΔ为

ω_elΔ＝ω_gAZ2·tanθ·sinβ₂

其中ω_gAZ2为光电转塔在一个时间周期T₁后由陀螺测量得到的瞄准线角速度。