CN107246935B - 星载旋转相机在线动平衡控制方法及系统 - Google Patents

星载旋转相机在线动平衡控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种星载旋转相机在线动平衡控制方法及系统，所述方法包括：保持平衡头相对于星载旋转相机的当前位置、以第一角度，调整所述平衡头中每一个平衡块相对于所述星载旋转相机的相对角度及以第二角度调整所述平衡头中一个所述平衡块相对于所述星载旋转相机的相对角度，并以第三角度调整所述平衡头中另一个所述平衡块相对于所述星载旋转相机的相对角度之后，分别测量，测量星载旋转相机在线运动的运动状态对应的振动信息；基于振动信息计算出各个振动信息对应的振动量及固定量等，最后在不用明确平衡块的初始角度的情况下，简便确定出平衡块相对于当前角度的调整量，通过调整使得星载旋转相机的在线运动达到平衡要求条件。

Description

星载旋转相机在线动平衡控制方法及系统
技术领域
本发明涉及航天技术领域，尤其涉及一种星载旋转相机在线动平衡控制方法及系统。
背景技术
旋转相机是卫星的重要部件之一，搭载在卫星上的旋转相机，称之为星载旋转相机。星载旋转相机在轨工作时需要快速而准确摄像目标，进行摄像，这对整个卫星及相机转子的平衡和稳定提出了很高的要求。星载旋转相机在设计装配过程中的质量偏心会使其在轨工作的过程中会使卫星及相机产生偏心振动，即使是非常微弱的振动也会严重威胁着相机摄像的对准精度，同时也对整个卫星的姿态稳定和寿命带来了极为不利的影响，因此必须采用自动平衡技术来尽量消除不平衡量的影响。
动平衡控制的方法是整个动平衡技术的核心及关键，也在很大程度上决定了整个动平衡方案的整体性能。现有的动平衡控制方法大都主要是针对各类大型机械，它们或者过程复杂或者控制精度及速度无法满足星上旋转相机对于动平衡快的要求，尤其是不平衡振动信号很弱的情况，这些方法无法实现有效的在线平衡，因此开发适用于针对此类转子的动平衡控制方法，以降低现有的旋转相机的动平衡实现的复杂度，或提升精度的技术方案，是非常迫切的。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例期望提供一种星载旋转相机在线动平衡控制方法及系统，期望解决上述问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明实施例第一方面提供一种星载旋转相机在线动平衡控制方法，包括：
保持平衡头相对于星载旋转相机的当前位置，测量星载旋转相机在线运动的运动状态，以获得第一振动信息；
基于所述第一振动信息，计算第一振动量；
以第一角度，调整所述平衡头中每一个平衡块相对于所述星载旋转相机的相对角度，
在调整后重新测量所述星载旋转相机在线运动的运动状态，测量第二振动信息；
基于所述第二振动信息，计算第二振动量；
基于所述第一振动量、所述第二振动量及所述第一角度，计算固定量；
以第二角度调整所述平衡头中一个所述平衡块相对于所述星载旋转相机的相对角度，并以第三角度调整所述平衡头中另一个所述平衡块相对于所述星载旋转相机的相对角度；其中，所述第一角度和第二角度互为相反数，所述第三角度和所述第一角度之和为180度；
调整后重新测量所述星载旋转相机在线运动的运动状态，测量第三振动信息；
基于所述第三振动信息，计算第三振动量；
基于所述第二振动量、所述第三振动量及所述固定量，计算所述平衡头两个所述平衡块之间夹角对应的正切值；
基于所述第一角度及所述第一振动量及所述正切值，计算出所述平衡头相对于所述星载旋转相机的角度调整参数。
基于上述方案，所述方法还包括：
基于所述角度调整参数，调整所述平衡块相对于所述星载旋转相机的相对角度；
判断调整后所述星载旋转相机的运动状态是否满足平衡要求条件；
当调整后的所述星载旋转相机的运动状态不满足所述平衡要求条件时，测量所述测量星载旋转相机在线运动的运动状态，重新获取第一振动信息，并基于重新获取的第一振动信息，重新计算第一振动量；
重新计算所述平衡头两个所述平衡块之间夹角对应的正切值；
基于所述第一角度及重新计算的第一振动量及重新计算的所述正切值，重新计算出所述平衡头相对于所述星载旋转相机的角度调整参数。
基于上述方案，所述方法还包括：
当调整后的所述星载旋转相机的运动状态满足所述平衡要求条件时，判断所述星载旋转相机的运动平衡是否达到预定平衡精度；
当所述星载旋转相机的运动平衡未达到预定平衡精度时，测量所述测量星载旋转相机在线运动的运动状态，重新获取第一振动信息，并基于重新获取的第一振动信息，重新计算第一振动量；
重新计算所述平衡头两个所述平衡块之间夹角对应的正切值；
基于所述第一角度及重新计算的第一振动量及重新计算的所述正切值，重新计算出所述平衡头相对于所述星载旋转相机的角度调整参数。
基于上述方案，利用如下公式计算所述第一振动量、第二振动量或第三振动量；
其中，Xs为第s振动信息提供的振动幅值构成的幅值向量；所述A为平衡校正平面对测试获得振动信息的影响系数矩阵；所述m为所述平衡块的质量；所述f1 s为第s振动参量中的一个；所述f2 s为所述第s振动参量的另一个；其中，所述s的取值为0，1或2，当所述s的取值为0时，f1 s和f2 s为所述第一振动量；当所述s的取值为1时，f1 s和f2 s为所述第二振动量；当所述s的取值为2时，f1 s和f2 s为所述第三振动量。
基于上述方案，所述基于所述第一振动量、所述第二振动量及所述第一角度，计算固定量，包括：
利用如下公式计算所述固定量t1及t2
其中，和为所述第一振动量；和为所述第二振动量；γ为所述第一角度。
基于上述方案，计算所述平衡头两个所述平衡块之间夹角对应的正切值，包括：
利用如下公式计算所述正切值Z1及Z2；
其中，所述和为所述第一振动量；所述和为所述第三振动量；
所述φ11为第一平衡头中第一平衡块相对于所述星载旋转相机的当前角度；
所述φ12为第一平衡头中第二平衡块相对于所述星载旋转相机的当前角度；
所述φ21为第二平衡头中第一平衡块相对于所述星载旋转相机的当前角度；
所述φ22为第二平衡头中第二平衡块相对于所述星载旋转相机的当前角度。
基于上述方案，利用如下公式计算所述角度调整参数Δ11、Δ12、Δ21及Δ22；
其中，Z1及Z2为正切值；t1及t2为所述固定量；γ为所述第一角度；
所述和为所述第一振动量；
所述Δ11为第一平衡头中第一平衡块相对于所述星载旋转相机的角度调整量；
所述Δ12为第一平衡头中第二平衡块相对于所述星载旋转相机的角度调整量；
所述Δ21为第二平衡头中第一平衡块相对于所述星载旋转相机的角度调整量；
所述Δ22为第二平衡头中第二平衡块相对于所述星载旋转相机的角度调整量。
本发明实施例第二方面提供一种星载旋转相机在线动平衡控制系统，包括测量单元、计算单元及调整单元；
所述测量单元，用于保持平衡头相对于星载旋转相机的当前位置，测量星载旋转相机在线运动的运动状态，以获得第一振动信息；
所述计算单元，用于基于所述第一振动信息，计算第一振动量；
所述调整单元，用于以第一角度，调整所述平衡头中每一个平衡块相对于所述星载旋转相机的相对角度，
所述测量单元，还用于在调整后重新测量所述星载旋转相机在线运动的运动状态，测量第二振动信息；
所述计算单元，还用于基于所述第二振动信息，计算第二振动量；基于所述第一振动量、所述第二振动量及所述第一角度，计算固定量；
所述调整单元，还用于以第二角度调整所述平衡头中一个所述平衡块相对于所述星载旋转相机的相对角度，并以第三角度调整所述平衡头中另一个所述平衡块相对于所述星载旋转相机的相对角度；其中，所述第一角度和第二角度互为相反数，所述第三角度和所述第一角度之和为180度；
所述测量单元，还用于调整后重新测量所述星载旋转相机在线运动的运动状态，测量第三振动信息；
所述计算单元，还用于基于所述第三振动信息，计算第三振动量；及基于所述第二振动量、所述第三振动量及所述固定量，计算所述平衡头两个所述平衡块之间夹角对应的正切值；基于所述第一角度及所述第一振动量及所述正切值，计算出所述平衡头相对于所述星载旋转相机的角度调整参数。
基于上述方案，所述调整单元，还用于基于所述角度调整参数，调整所述平衡块相对于所述星载旋转相机的相对角度；
所述系统还包括：
判断单元，用于判断调整后所述星载旋转相机的运动状态是否满足平衡要求条件；
所述计算单元，还用于当调整后的所述星载旋转相机的运动状态不满足所述平衡要求条件时，基于所述平衡块的当前角度位置，重新计算所述平衡头两个所述平衡块之间夹角对应的正切值；基于所述第一角度及所述第一振动量及重新计算的所述正切值，重新计算出所述平衡头相对于所述星载旋转相机的角度调整参数。
基于上述方案，所述判断单元，还用于当调整后的所述星载旋转相机的运动状态满足所述平衡要求条件时，判断所述星载旋转相机的运动平衡是否达到预定平衡精度；
所述计算单元，还用于当所述星载旋转相机的运动平衡未达到预定平衡精度时，测量所述测量星载旋转相机在线运动的运动状态，重新获取第一振动信息，并基于重新获取的第一振动信息，重新计算第一振动量；重新计算所述平衡头两个所述平衡块之间夹角对应的正切值；基于所述第一角度及重新计算的第一振动量及重新计算的所述正切值，重新计算出所述平衡头相对于所述星载旋转相机的角度调整参数。
基于上述方案，所述计算单元，具体用于利用如下公式计算所述第一振动量、第二振动量或第三振动量；
其中，Xs为第s振动信息提供的振动幅值构成的幅值向量；所述A为平衡校正平面对测试获得振动信息的影响系数矩阵；所述m为所述平衡块的质量；所述为第s振动参量中的一个；所述为所述第s振动参量的另一个；其中，所述s的取值为0，1或2，当所述s的取值为0时，f1 s和为所述第一振动量；当所述s的取值为1时，和为所述第二振动量；当所述s的取值为2时，和为所述第三振动量。
基于上述方案，所述计算单元，具体用于利用如下公式计算所述固定量t1及t2
其中，和为所述第一振动量；和为所述第二振动量；γ为所述第一角度。
基于上述方案，所述计算单元，具体用于利用如下公式计算所述正切值Z1及Z2；
其中，所述和为所述第一振动量；所述和为所述第三振动量；
所述φ11为第一平衡头中第一平衡块相对于所述星载旋转相机的当前角度；
所述φ12为第一平衡头中第二平衡块相对于所述星载旋转相机的当前角度；
所述φ21为第二平衡头中第一平衡块相对于所述星载旋转相机的当前角度；
所述φ22为第二平衡头中第二平衡块相对于所述星载旋转相机的当前角度。
基于上述方案，所述计算单元，还具体用于利用如下公式计算所述角度调整参数Δ11、Δ12、Δ21及Δ22；
其中，Z1及Z2为正切值；t1及t2为所述固定量；γ为所述第一角度；
所述和为所述第一振动量；
所述Δ11为第一平衡头中第一平衡块相对于所述星载旋转相机的角度调整量；
所述Δ12为第一平衡头中第二平衡块相对于所述星载旋转相机的角度调整量；
所述Δ21为第二平衡头中第一平衡块相对于所述星载旋转相机的角度调整量；
所述Δ22为第二平衡头中第二平衡块相对于所述星载旋转相机的角度调整量。
本发明实施例提供的星载旋转相机在线动平衡控制方法及系统，可以在平衡头的各个平衡块初始位置不清楚的情况下，通过多次两次相对于星载旋转相机的角度调整，及调整前和调整后的振动信息的测量及振动量的计算，快速计算出每一个平衡头内每一个平衡块为了使星载旋转相机在运动时的平衡状态达到预设的平衡要求条件所需的角度调整参数，具有计算快捷及精度高的特点，能够有效的抑制星载旋转相机在运动过程中因为自身质心的偏离等为题导致的振动噪声等问题，实现了对星载旋转相机动平衡的精确控制。
附图说明
图1为本实施例提供第一种星载旋转相机在线动平衡控制方法的流程示意图；
图2为本实施例提供第二种星载旋转相机在线动平衡控制方法的流程示意图；
图3为本实施例提供第一种星载旋转相机在线动平衡控制系统的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种平衡头的调整示意图；
图5为本发明实施例提供的第三种星载旋转相机在线动平衡控制方法的流程示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图及具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细阐述。
如图1所示，本实施例提供一种星载旋转相机在线动平衡控制方法，包括：
步骤S110：保持平衡头相对于星载旋转相机的当前位置，测量星载旋转相机在线运动的运动状态，以获得第一振动信息；
步骤S120：基于所述第一振动信息，计算第一振动量；
步骤S130：以第一角度，调整所述平衡头中每一个平衡块相对于所述星载旋转相机的相对角度；
步骤S140：在调整后重新测量所述星载旋转相机在线运动的运动状态，测量第二振动信息；
步骤S150：基于所述第二振动信息，计算第二振动量；
步骤S160：基于所述第一振动量、所述第二振动量及所述第一角度，计算固定量；
步骤S170：以第二角度调整所述平衡头中一个所述平衡块相对于所述星载旋转相机的相对角度，并以第三角度调整所述平衡头中另一个所述平衡块相对于所述星载旋转相机的相对角度；其中，所述第一角度和第二角度互为相反数，所述第三角度和所述第一角度之和为180度；
步骤S180：调整后重新测量所述星载旋转相机在线运动的运动状态，测量第三振动信息；
步骤S190：基于所述第三振动信息，计算第三振动量；
步骤S200：基于所述第二振动量、所述第三振动量及所述固定量，计算所述平衡头两个所述平衡块之间夹角对应的正切值；
步骤S210：基于所述第一角度及所述第一振动量及所述正切值，计算出所述平衡头相对于所述星载旋转相机的角度调整参数。
在本实施例中提供的是一种卫星搭载的可旋转的相机，这种星载旋转相机包括：固定部分和可以现对于固定部分旋转的旋转摄像头。
由于摄像头的内部结构和内部结构的各种材质的不同，可能会导致旋转摄像头在旋转过程中出现旋转偏心，从而导致垂直于旋转轴的延伸方向(即旋转轴向)的径向的偏移，这样就可能会导致径向的振动。
在本实施例中为所述星载旋转相机的运动平衡的平衡装置，在本实施例中所述平衡装置至少包括一个平衡头，通常情况下包括：至少两个平衡头，每一个平衡头位于相对于旋转摄像头不同高度的径面内。每一个所述平衡头至少包括：两个平衡块。
在本实施例中在步骤S110中首先，保持平衡头相对于星载旋转相机的当前位置或当前角度位置不同，使所述星载旋转相机运动，测量星再相机运动的运动状态，从而获得所述第一振动信息。在本实施例中所述第一振动信息可至少包括：星载旋转相机在径向面内的振动幅度和/或振动频率等信息。
在步骤S120中基于所述第一振动信息，计算出第一振动量；所述第一振动量可为多个振动量的组合，例如，可以分别多个平衡头对应的振动量组合，或每一个平衡头内部的多个平衡块的振动量的组合。
在获得所述第一振动信息之后，可以调整平衡头相对于星载旋转相机的位置，例如，以第一角度同步调整一个平衡头内的两个平衡块，在完成调整之后，再次对星载旋转相机的运动状态进行测量，从而获得第二振动信息，该第二振动信息可用于计算第二振动量。
在完成第二振动信息的获取之后，可以负第一角度(即第二角度)调整一个平衡头中的一个平衡块。以第三角度调整另一个平衡块，再次测量星载旋转相机的运动状态，从而获得第三振动信息。
结合第一振动量、第二振动量，可以计算出固定量。
结合第一振动量和第二振动量，可以计算每一个平衡头内两个平衡块之间夹角对应的正切值。
基于该正切值，、第一振动量及第三振动量，及第一角度可以推到出为了使得星载旋转相机的当前运动状态平衡，每一个平衡头内每一个平衡块所需的调整的角度，即所述角度调整参数。若平衡块按照该角度调整参数进行平衡调整，具有星载旋转相机的平衡调整效果好的特点。这里的角度调整参数，可包括：一个所述平衡头中两个平衡块之间相对角度的调整量、和/或，每一个平衡块的角度调整量、平衡块的平均调整角度等各种参数。
可选地，所述方法还包括：
基于所述角度调整参数，调整所述平衡块相对于所述星载旋转相机的相对角度；
判断调整后所述星载旋转相机的运动状态是否满足平衡要求条件；
当调整后的所述星载旋转相机的运动状态不满足所述平衡要求条件时，重新星载旋转相机的第一振动信息的测量，并基于第一振动信息重新计算第一振动量，并重新计算所述平衡头两个所述平衡块之间夹角对应的正切值；
基于所述第一角度及重新计算的第一振动量及重新计算的所述正切值，重新计算出所述平衡头相对于所述星载旋转相机的角度调整参数。
在本实施例中判断是否满足平衡要求条件，可通过在基于角度调整参数的平衡块的角度调整之后，可以再次测量星载旋转相机的运动状态得到振动信息，当振动信息表明所述星载旋转相机在径向的振动最大幅度小于幅度阈值，和/或振动频次低于频次阈值时，可认为满足所述平衡要求条件；当然这里仅是一种验证是否满足平衡条件的方式，在具体的实现过程中，还可以通过其他方式来进行验证。
若未达到平衡要求，显然需要再次调整。在本次调整中为了减少调整所需执行的操作，直接基于平衡块当前相对于星载旋转相机的当前角度，重新计算所述正切量，再基于之前确定的第一角度、第一振动量，重新计算角度调整参数，通过反复迭代调整，最终以使得所述星载旋转相机运动时的平衡状态满足所述平衡要求条件。
在一些实施例中，如图2所示，所述方法还包括：
步骤S220：当调整后的所述星载旋转相机的运动状态满足所述平衡要求条件时，判断所述星载旋转相机的运动平衡是否达到预定平衡精度；
步骤S230：当所述星载旋转相机的运动平衡未达到预定平衡精度时，测量所述测量星载旋转相机在线运动的运动状态，重新获取第一振动信息，并基于重新获取的第一振动信息，重新计算第一振动量；重新计算所述平衡头两个所述平衡块之间夹角对应的正切值；
步骤S240：基于所述第一角度及重新计算的所述第一振动量及重新计算的所述正切值，重新计算出所述平衡头相对于所述星载旋转相机的角度调整参数。
在本实施例中星载旋转相机的平衡状态有较高的精度，在本实施例中为了获得最好的平衡状态，在本实施例中判断出不满足所述平衡要求条件之后，还会判断当前是否已经达到预定平衡精度，这里的预定平衡精度可为所述星载旋转相机的最高平衡精度或次高平衡精度。若未达到所述平衡精确，会再次返回计算正切值的步骤，重新计算正切值重新获得角度调整参数，进行迭代调整，直至达到所述预定平衡精度。若已经达到预定调整精度，说明即便再跳也可能达不到平衡要求条件，反而反复调整可能导致调整的无限循环达到问题，从而减少不必要的计算量。
可选地，在步骤S120、S150及S190中可利用如下公式计算所述第一振动量、第二振动量或第三振动量；
其中，Xs为第s振动信息提供的振动幅值构成的幅值向量；所述A为平衡校正平面对测试获得振动信息的影响系数矩阵；所述m为所述平衡块的质量；所述为第s振动参量中的一个；所述为所述第s振动参量的另一个；其中，所述s的取值为0，1或2，当所述s的取值为0时，和为所述第一振动量；当所述s的取值为1时，和为所述第二振动量；当所述s的取值为2时，和为所述第三振动量。
可选地，所述步骤S200可包括：
利用如下公式计算所述固定量t1及t2
其中，和为所述第一振动量；和为所述第二振动量；γ为所述第一角度。
这里的第一振动量和第二振动量的计算方式可以参见前述公式1，但是不限于公式(1)
可选地，在步骤S210及后续的正切量的迭代过程中，可以采用如下公式(3)来计算所述平衡头两个所述平衡块之间夹角对应的正切值，包括：
利用如下公式计算所述正切值Z1及Z2；
其中，所述和为所述第一振动量；所述和为所述第三振动量；
所述φ11为第一平衡头中第一平衡块相对于所述星载旋转相机的当前角度；
所述φ12为第一平衡头中第二平衡块相对于所述星载旋转相机的当前角度；
所述φ21为第二平衡头中第一平衡块相对于所述星载旋转相机的当前角度；
所述φ22为第二平衡头中第二平衡块相对于所述星载旋转相机的当前角度。
进一步地，利用如下公式计算所述角度调整参数Δ11、Δ12、Δ21及Δ22；
其中，Z1及Z2为正切值；t1及t2为所述固定量；γ为所述第一角度；
所述和为所述第一振动量；
所述Δ11为第一平衡头中第一平衡块相对于所述星载旋转相机的角度调整量；
所述Δ12为第一平衡头中第二平衡块相对于所述星载旋转相机的角度调整量；
所述Δ21为第二平衡头中第一平衡块相对于所述星载旋转相机的角度调整量；
所述Δ22为第二平衡头中第二平衡块相对于所述星载旋转相机的角度调整量。
在本实施例中所述角度调整参数都是在平衡块相对于星载旋转相机所在的当前角度的基础上进行调整。
值得注意的是，在基于调整参数调整之后，重新计算正切值时，可以采用如下公式计算：
这里等式左边的Z1‘及Z2’为重新计算得到的正切量；而等式右边的Z1，Z2则是重新计算之前的正切量。
在进行重新的反复调整时，可以利用上述公式迭代计算出正切量，相对于反复测量第二振动量、第三振动量来计算正切量，大大的简化了计算量，加速了角度调整参数的确定速率。
如图3所示，本实施例提供一种星载旋转相机在线动平衡控制系统，包括测量单元110、计算单元120及调整单元130：
所述测量单元110，用于保持平衡头相对于星载旋转相机的当前位置，测量星载旋转相机在线运动的运动状态，以获得第一振动信息；
所述计算单元120，用于基于所述第一振动信息，计算第一振动量；
所述调整单元130，用于以第一角度，调整所述平衡头中每一个平衡块相对于所述星载旋转相机的相对角度，
所述测量单元110，还用于在调整后重新测量所述星载旋转相机在线运动的运动状态，测量第二振动信息；
所述计算单元120，还用于基于所述第二振动信息，计算第二振动量；基于所述第一振动量、所述第二振动量及所述第一角度，计算固定量；
所述调整单元130，还用于以第二角度调整所述平衡头中一个所述平衡块相对于所述星载旋转相机的相对角度，并以第三角度调整所述平衡头中另一个所述平衡块相对于所述星载旋转相机的相对角度；其中，所述第一角度和第二角度互为相反数，所述第三角度和所述第一角度之和为180度；
所述测量单元110，还用于调整后重新测量所述星载旋转相机在线运动的运动状态，测量第三振动信息；
所述计算单元120，还用于基于所述第三振动信息，计算第三振动量；及基于所述第二振动量、所述第三振动量及所述固定量，计算所述平衡头两个所述平衡块之间夹角对应的正切值；基于所述第一角度及所述第一振动量及所述正切值，计算出所述平衡头相对于所述星载旋转相机的角度调整参数。
在本实施例中所述测量单元110可对应于一个或多个传感器，可以用于测量所述星载旋转相机的运动状态，从而获得所述第一振动信息、第二振动信息及第三振动信息等。具体可包括：陀螺仪、加速度传感器等各种检测运动状态的传感器或传感电路等传感仪器设备。
所述计算单元120可对应于一个或多个处理器，可以用于计算检测的各种振动信息得到振动量及固定值等各种参量。所述处理器可为中央处理器、微处理器、数字信号处理器或可编程阵列等。、
所述调整单元130，可对应于一个或多个机械驱动，可以用于调整位于平衡装置的平衡面上的平衡块相对于星载旋转相机的相对角度。所述机械驱动可包括：旋转电机等。
可选地，所述调整单元130，还用于基于所述角度调整参数，调整所述平衡块相对于所述星载旋转相机的相对角度；
所述系统还包括：
判断单元，用于判断调整后所述星载旋转相机的运动状态是否满足平衡要求条件；
所述计算单元120，还用于当调整后的所述星载旋转相机的运动状态不满足所述平衡要求条件时，测量所述测量星载旋转相机在线运动的运动状态，重新获取第一振动信息，并基于重新获取的第一振动信息，重新计算第一振动量；重新计算所述平衡头两个所述平衡块之间夹角对应的正切值，基于所述第一角度及重新计算的第一振动量及重新计算的所述正切值，重新计算出所述平衡头相对于所述星载旋转相机的角度调整参数。
在本实施例中所述判断单元，同样可以对应于一个或多个处理器，通过逻辑判断或检测的振动信息的工程值的比较等方式，可以简便的完成是否满足平衡要求条件，
在一些实施例中，所述判断单元，还用于当调整后的所述星载旋转相机的运动状态满足所述平衡要求条件时，判断所述星载旋转相机的运动平衡是否达到预定平衡精度；所述计算单元120，还用于当所述星载旋转相机的运动平衡未达到预定平衡精度时，测量所述测量星载旋转相机在线运动的运动状态，重新获取第一振动信息，并基于重新获取的第一振动信息，重新计算第一振动量；重新计算所述平衡头两个所述平衡块之间夹角对应的正切值；基于所述第一角度及所述第一振动量及重新计算的所述正切值，重新计算出所述平衡头相对于所述星载旋转相机的角度调整参数。
进一步地，所述计算单元120，具体用于利用如下公式计算所述第一振动量、第二振动量或第三振动量；
其中，Xs为第s振动信息提供的振动幅值构成的幅值向量；所述A为平衡校正平面对测试获得振动信息的影响系数矩阵；所述m为所述平衡块的质量；所述为第s振动参量中的一个；所述为所述第s振动参量的另一个；其中，所述s的取值为0，1或2，当所述s的取值为0时，和为所述第一振动量；当所述s的取值为1时，和为所述第二振动量；当所述s的取值为2时，和为所述第三振动量。
在本实施例中通过所述向量运算，可以后的所述第一振动量，在本实施例中所述第一振动量可包括：两个维度相等的向量和构成。
可选地，所述计算单元120，具体用于利用如下公式计算所述固定量t1及t2
其中，和为所述第一振动量；和为所述第二振动量；γ为所述第一角度。
在一些实施例中，所述计算单元120用于利用如下公式计算所述正切值Z1及Z2；
其中，所述和为所述第一振动量；所述和为所述第三振动量；
所述φ11为第一平衡头中第一平衡块相对于所述星载旋转相机的当前角度；
所述φ12为第一平衡头中第二平衡块相对于所述星载旋转相机的当前角度；
所述φ21为第二平衡头中第一平衡块相对于所述星载旋转相机的当前角度；
所述φ22为第二平衡头中第二平衡块相对于所述星载旋转相机的当前角度。
当然，在另一些实施例中，所述计算单元120，还具体用于利用如下公式计算所述角度调整参数Δ11、Δ12、Δ21及Δ22；
其中，Z1及Z2为正切值；t1及t2为所述固定量；γ为所述第一角度；
所述和为所述第一振动量；
所述Δ11为第一平衡头中第一平衡块相对于所述星载旋转相机的角度调整量；
所述Δ12为第一平衡头中第二平衡块相对于所述星载旋转相机的角度调整量；
所述Δ21为第二平衡头中第一平衡块相对于所述星载旋转相机的角度调整量；
所述Δ22为第二平衡头中第二平衡块相对于所述星载旋转相机的角度调整量。
本发明实施例还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机程序；所述计算机程序被处理器执行后能够实现前述任意一个所述星载旋转相机在线动平衡控制方法提供的技术方案，具体可用于执行如图1和/或图2所示的方法。
所述计算机存储介质可为随机存储介质、只读存储介质、闪存或移动硬盘、光盘或磁带等各种存储介质，可选为非瞬间存储介质。
以下结合上述任意一个实施例提供几个具体的示例：
示例一：
本示例提供一种星载旋转相机在线动平衡控制方法，它基于安装在相机转子左右端面上两个按极坐标方式运动的平衡头，通过驱动两平衡头上共四个平衡块的周向转动达到控制的目的，可按照以下步骤实现：
步骤一：每个平衡头上的平衡块均不动，由传感器测量所在测点的振动信息，计算初始时刻的第一振动量它们的计算方法为
式中，X为各个测点处振动传感器提取的振动幅值构成的向量，A为校正平面的不平衡量对测试点的影响系数矩阵，m为平衡块质量，r为平衡块相对转轴的距离。
步骤二：平衡头上的两平衡块同向转动角度γ，测量新的振动量X，按步骤一的公式计算出第二振动量
步骤三：计算出固定量t1,t2的值，他们的计算方法为
步骤四：两个平衡块分别转动-γ和-γ+π，测量新的振动量X，按步骤一的公式计算第三振动量
步骤五：对于平衡头上的两个平衡块的当前角度位置φ11，φ12和φ21，φ22计算它们的计算方法为：
步骤六：计算每个平衡头上两个平衡块转动的调整角度Δ11，Δ12和Δ21，Δ22，转动平衡块，它们的计算方法为：
步骤七：判断结果是否满足平衡要求，若是，则结束平衡过程，若否则继续判断是否已经达到最高平衡精度，若是，则结束，若否，则计算新一轮的迭代变量Z1，Z2，返回步骤五，进行迭代。变量Z1，Z2的迭代公式为：
这里等式左边的Z1‘及Z2’为重新计算得到的正切量；而等式右边的Z1，Z2则是重新计算之前的正切量。
本示例提供的星载旋转相机自动平衡控制方法，通过平衡头上平衡块的一次同向转动和一次反向转动的办法，在初始位置未知的情况下，准确获得平衡头上平衡块的初始角度信息，然后求解代数方程组，计算每个平衡头上平衡块相对初始位置转动的角度，快速确定最优的转动角度，实现初步的平衡；进一步通过递推算法，在前一次平衡结果已知的条件下，根据前一次平衡所剩余的振动幅值信息，直接进行解算所需的迭代变量，控制平衡块转动的角度，实现精确平衡。本发明所述方法可以快速、有效地抑制振动噪声、测量误差、控制误差等对平衡精度的影响，简单易行，计算方便。
示例二：
如图4所示，首先，说明本示例前一个示例提供的技术方案上的改进，基于安装在相机转子左右端面上两个按极坐标方式运动的平衡头，通过驱动两平衡头上共四个平衡块的周向转动达到控制的目的，图4中z轴为转子转轴的轴向，相机转子的不平衡质量为P，两个平衡头分别设置在相机转子左右两个端面上(如图4所示，平衡端面1及平衡端面2)，每个平衡头包含两个平衡块，平衡块按极坐标方式运动。平衡块可以在距离转轴半径为r的面上周向转动，四个平衡块的角度位置分别为φ11，φ12和φ21，φ22，对系统进行平衡时，平衡块可以各自按照所给定的控制指令绕转轴旋转给定的角度。通过改变两个平衡块的角度平均值α1,α2可以控制平衡块产生总不平衡量的方向，另一方面，改变两个平衡块的角度差值β1,β2可以控制平衡块产生总不平衡量的大小。
示例三：
如图5所示，本示例提供一种星载旋转相机在线动平衡控制方法，包括：
S1：通过测量及计算获得振动量初值(对应于前述第一振动量)；
S2：第一次转动平衡块，测量并计算获得振动量(对应于前述第二振动量)；
S3：计算固定量的值；
S4：第二次转动平衡块，测量并计算获得振动量(对应于前述第三振动量)；
S5：计算平衡块的当前角度；
S6：计算平衡块所需转动的角度；
S7：判断是否满足平衡要求条件，若是调整结束，若否进入S8：
S8：判断是否达到最高精度，若是结束，若否返回步骤S5。
通过平衡块的一次同向转动和一次反向转动的办法，在初始位置未知的情况下，准确获得每个平衡头上两平衡块的初始位置信息；然后求解代数方程组，计算每个平衡头上平衡块相对初始位置转动的角度，快速确定最优的转动角度，实现第一次的平衡；进一步通过递推算法，在前一次平衡结果已知的条件下，根据前一次平衡所剩余的振动幅值信息，直接进行解算所需的迭代变量，控制平衡块转动的角度，实现精确平衡。
示例四：
本示例所述一种在线动平衡控制方法的具体步骤可为：
步骤一：每个平衡头的平衡块均不动，由传感器测量两测点的振动，计算初始时刻的振动量组合
步骤二：两平衡块同向转动γ，测量新的振动量，计算出此刻的振动量组合
步骤三：计算出固定量t1,t2的值。
步骤四：在步骤二的基础上，两个平衡块分别转动-γ和-γ+π，测量新的振动量，计算此刻的振动量组合
步骤五：对于平衡头上的两个平衡块的角度位置φ11，φ12和φ21，φ22，分别计算
步骤六：计算每个平衡头上两个平衡块相对初始位置转动的角度Δ11，Δ12和Δ21，Δ22。转动平衡块。
步骤七：判断结果是否满足平衡要求，若是，则结束平衡过程，若否则继续判断是否已经达到最高平衡精度，若是，则结束，若否，则返回步骤五，进行下一轮迭代。
本示例与前述一个示例不同的是，在前一个示例中中各个步骤的具体计算方法为，设从传感器提取的振动幅值向量为X，校正平面的不平衡量对测试点的影响系数矩阵为A，平衡块质量为m，平衡块相对转轴的距离为r，则步骤一中初始时刻的振动量按找下式定义
给定初始时刻的振动量，对于平衡头上每个平衡块同向转动任意角度γ后，可以再次通过传感器提取此刻的振动幅值向量X，更新X的值带入，就可以得到对应步骤二中两个平衡头的振动组合量
进一步，对应于步骤三中的固定量分别为：
当两个平衡块分别转动-γ和-γ+π后，测量该时刻新的振动量后代入到(公式1)中，便可得到对应于步骤四中的振动组合量
设两个平衡头上的各个平衡块的角度位置分别为φ11，φ12和φ21，φ22，则此时根据前述结果可以计算对应于步骤五的如下式所述。
最后综合计算得到的中间变量，两个平衡头上的各平衡块所需要转动的角度可以，由下式计算，求解方程，可以得到步骤六中所需转动的角度参数Δ11，Δ12和Δ21，Δ22
步骤七中，根据第一次平衡结束后的结果，如果需要返回到步骤五，则此时新一轮的迭代正切量的迭代可采用公式(5)进行：
这里等式左边的Z1‘及Z2’为重新计算得到的正切量；而等式右边的Z1，Z2则是重新计算之前的正切量。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。
上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理模块中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种星载旋转相机在线动平衡控制方法，其特征在于，包括：
保持平衡头相对于星载旋转相机的当前位置，测量星载旋转相机在线运动的运动状态，以获得第一振动信息；
基于所述第一振动信息，计算第一振动量；
以第一角度，调整所述平衡头中每一个平衡块相对于所述星载旋转相机的相对角度，
在调整后重新测量所述星载旋转相机在线运动的运动状态，测量第二振动信息；
基于所述第二振动信息，计算第二振动量；
基于所述第一振动量、所述第二振动量及所述第一角度，计算固定量；
以第二角度调整所述平衡头中一个所述平衡块相对于所述星载旋转相机的相对角度，并以第三角度调整所述平衡头中另一个所述平衡块相对于所述星载旋转相机的相对角度；其中，所述第一角度和第二角度互为相反数，所述第三角度和所述第一角度之和为180度；
调整后重新测量所述星载旋转相机在线运动的运动状态，测量第三振动信息；
基于所述第三振动信息，计算第三振动量；
基于所述第二振动量、所述第三振动量及所述固定量，计算所述平衡头两个所述平衡块之间夹角对应的正切值；
基于所述第一角度及所述第一振动量及所述正切值，计算出所述平衡头相对于所述星载旋转相机的角度调整参数；
其中，所述基于所述第一振动量、所述第二振动量及所述第一角度，计算固定量，包括：
利用如下公式计算所述固定量t1及t2
其中，f1 0和f2 0为所述第一振动量；f1 1和为所述第二振动量；γ为所述第一角度；
其中，所述基于所述第二振动量、所述第三振动量及所述固定量，计算所述平衡头两个所述平衡块之间夹角对应的正切值，包括：
利用如下公式计算所述正切值Z1及Z2；
其中，所述f1 0和为所述第一振动量；所述f1 2和为所述第三振动量；
所述φ11为第一平衡头中第一平衡块相对于所述星载旋转相机的当前角度；
所述φ12为第一平衡头中第二平衡块相对于所述星载旋转相机的当前角度；
所述φ21为第二平衡头中第一平衡块相对于所述星载旋转相机的当前角度；
所述φ22为第二平衡头中第二平衡块相对于所述星载旋转相机的当前角度；
其中，所述基于所述第一角度及所述第一振动量及所述正切值，计算出所述平衡头相对于所述星载旋转相机的角度调整参数，包括：
利用如下公式计算所述角度调整参数Δ11、Δ12、Δ21及Δ22；
其中，Z1及Z2为正切值；t1及t2为所述固定量；γ为所述第一角度；
所述f1 0和为所述第一振动量；
所述Δ11为第一平衡头中第一平衡块相对于所述星载旋转相机的角度调整量；
所述Δ12为第一平衡头中第二平衡块相对于所述星载旋转相机的角度调整量；
所述Δ21为第二平衡头中第一平衡块相对于所述星载旋转相机的角度调整量；
所述Δ22为第二平衡头中第二平衡块相对于所述星载旋转相机的角度调整量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述方法还包括：
基于所述角度调整参数，调整所述平衡块相对于所述星载旋转相机的相对角度；
判断调整后所述星载旋转相机的运动状态是否满足平衡要求条件；
当调整后的所述星载旋转相机的运动状态不满足所述平衡要求条件时，测量所述测量星载旋转相机在线运动的运动状态，重新获取第一振动信息，并基于重新获取的第一振动信息，重新计算第一振动量；
重新计算所述平衡头两个所述平衡块之间夹角对应的正切值；
基于所述第一角度及重新计算的第一振动量及重新计算的所述正切值，重新计算出所述平衡头相对于所述星载旋转相机的角度调整参数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述方法还包括：
当调整后的所述星载旋转相机的运动状态满足所述平衡要求条件时，判断所述星载旋转相机的运动平衡是否达到预定平衡精度；
当所述星载旋转相机的运动平衡未达到预定平衡精度时，测量所述测量星载旋转相机在线运动的运动状态，重新获取第一振动信息，并基于重新获取的第一振动信息，重新计算第一振动量；
重新计算所述平衡头两个所述平衡块之间夹角对应的正切值；
基于所述第一角度及重新计算的第一振动量及重新计算的所述正切值，重新计算出所述平衡头相对于所述星载旋转相机的角度调整参数。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，
利用如下公式计算所述第一振动量、第二振动量或第三振动量；
其中，Xs为第s振动信息提供的振动幅值构成的幅值向量；所述A为平衡校正平面对测试获得振动信息的影响系数矩阵；所述m为所述平衡块的质量；所述f1 s为第s振动参量中的一个；所述为所述第s振动参量的另一个；其中，所述s的取值为0，1或2，当所述s的取值为0时，f1 s和为所述第一振动量；当所述s的取值为1时，f1 s和为所述第二振动量；当所述s的取值为2时，f1 s和为所述第三振动量。
5.一种星载旋转相机在线动平衡控制系统，其特征在于，包括测量单元、计算单元及调整单元；
所述测量单元，用于保持平衡头相对于星载旋转相机的当前位置，测量星载旋转相机在线运动的运动状态，以获得第一振动信息；
所述计算单元，用于基于所述第一振动信息，计算第一振动量；
所述调整单元，用于以第一角度，调整所述平衡头中每一个平衡块相对于所述星载旋转相机的相对角度，
所述测量单元，还用于在调整后重新测量所述星载旋转相机在线运动的运动状态，测量第二振动信息；
所述计算单元，还用于基于所述第二振动信息，计算第二振动量；基于所述第一振动量、所述第二振动量及所述第一角度，计算固定量；
所述调整单元，还用于以第二角度调整所述平衡头中一个所述平衡块相对于所述星载旋转相机的相对角度，并以第三角度调整所述平衡头中另一个所述平衡块相对于所述星载旋转相机的相对角度；其中，所述第一角度和第二角度互为相反数，所述第三角度和所述第一角度之和为180度；
所述测量单元，还用于调整后重新测量所述星载旋转相机在线运动的运动状态，测量第三振动信息；
所述计算单元，还用于基于所述第三振动信息，计算第三振动量；及基于所述第二振动量、所述第三振动量及所述固定量，计算所述平衡头两个所述平衡块之间夹角对应的正切值；基于所述第一角度及所述第一振动量及所述正切值，计算出所述平衡头相对于所述星载旋转相机的角度调整参数；
所述计算单元，具体用于利用如下公式计算所述固定量t1及t2
其中，f1 0和为所述第一振动量；f1 1和为所述第二振动量；γ为所述第一角度；
所述计算单元，具体用于利用如下公式计算所述正切值Z1及Z2；
其中，所述f1 0和为所述第一振动量；所述f1 2和f1 2为所述第三振动量；
所述φ11为第一平衡头中第一平衡块相对于所述星载旋转相机的当前角度；
所述φ12为第一平衡头中第二平衡块相对于所述星载旋转相机的当前角度；
所述φ21为第二平衡头中第一平衡块相对于所述星载旋转相机的当前角度；
所述φ22为第二平衡头中第二平衡块相对于所述星载旋转相机的当前角度；
所述计算单元，还具体用于利用如下公式计算所述角度调整参数Δ11、Δ12、Δ21及Δ22；
其中，Z1及Z2为正切值；t1及t2为所述固定量；γ为所述第一角度；
所述f1 0和为所述第一振动量；
所述Δ11为第一平衡头中第一平衡块相对于所述星载旋转相机的角度调整量；
所述Δ12为第一平衡头中第二平衡块相对于所述星载旋转相机的角度调整量；
所述Δ21为第二平衡头中第一平衡块相对于所述星载旋转相机的角度调整量；
所述Δ22为第二平衡头中第二平衡块相对于所述星载旋转相机的角度调整量。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，
所述调整单元，还用于基于所述角度调整参数，调整所述平衡块相对于所述星载旋转相机的相对角度；
所述系统还包括：
判断单元，用于判断调整后所述星载旋转相机的运动状态是否满足平衡要求条件；
所述计算单元，还用于当调整后的所述星载旋转相机的运动状态不满足所述平衡要求条件时，测量所述测量星载旋转相机在线运动的运动状态，重新获取第一振动信息，并基于重新获取的第一振动信息，重新计算第一振动量；重新计算所述平衡头两个所述平衡块之间夹角对应的正切值；基于所述第一角度及重新计算的第一振动量及重新计算的所述正切值，重新计算出所述平衡头相对于所述星载旋转相机的角度调整参数。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，
所述判断单元，还用于当调整后的所述星载旋转相机的运动状态满足所述平衡要求条件时，判断所述星载旋转相机的运动平衡是否达到预定平衡精度；
所述计算单元，还用于当所述星载旋转相机的运动平衡未达到预定平衡精度时，测量所述测量星载旋转相机在线运动的运动状态，重新获取第一振动信息，并基于重新获取的第一振动信息，重新计算第一振动量；重新计算所述平衡头两个所述平衡块之间夹角对应的正切值；基于所述第一角度及重新计算的第一振动量及重新计算的所述正切值，重新计算出所述平衡头相对于所述星载旋转相机的角度调整参数。
8.根据权利要求5、6或7所述的系统，其特征在于，
所述计算单元，具体用于利用如下公式计算所述第一振动量、第二振动量或第三振动量；
其中，Xs为第s振动信息提供的振动幅值构成的幅值向量；所述A为平衡校正平面对测试获得振动信息的影响系数矩阵；所述m为所述平衡块的质量；所述f1 s为第s振动参量中的一个；所述为所述第s振动参量的另一个；其中，所述s的取值为0，1或2，当所述s的取值为0时，f1 s和为所述第一振动量；当所述s的取值为1时，f1 s和为所述第二振动量；当所述s的取值为2时，f1 s和为所述第三振动量。
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