CN108490981B - 一种云台伺服智能控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种云台伺服智能控制方法和系统。本发明的云台伺服智能控制方法包括：获取云台的位置信息以及机载设备的位置信息；根据机载设备的位置信息和云台的位置信息，获取机载设备相对云台的相对位置信息；根据相对位置信息进行云台的防绕线计算，获取云台的转动角度和转动方向，控制云台按转动角度和转动方向进行转动，以使云台上的定向天线实时对准机载设备。通过机载设备与云台之间的位置关系，先进行云台的防绕线计算，再执行云台的转动，可以使云台以最短的转动距离快速转动至目标位置，同时有效防止云台发生绕线，避免云台卡死或烧毁。

Description

一种云台伺服智能控制方法和系统

技术领域

本发明涉及指挥控制技术领域，尤其涉及一种云台伺服智能控制方法和系统。

背景技术

随着科学技术的不断进步发展和各种工程应用需求的扩展，使用机载设备进行通信侦察、通信干扰、地面监控等需求不断提出，机载设备与地面设备之间的通信日渐频繁，传统的通信方式已难以保证两者之间的远距离通信。通常情况下机载设备使用全向天线与地面设备进行通信，而地面上有使用定向天线和全向天线两种天线类型。地面上使用定向天线虽然可以与机载设备进行较远距离的通信，但是由于机载设备飞行速度快、活动范围大，难以保证机载设备在地面设备定向天线的通信波束范围内，从而导致双方无法进行有效通信；如果地面设备使用全向天线，由于全向天线传输的距离近，当机载设备距离地面设备较远时，又难以保证双方之间远距离的通信。

现有技术中采用在可转动的云台上，安装包含有定向天线的通信设备实时跟踪机载设备进行通讯，解决地面设备与机载设备不能远距离通信的问题。但是采用该方法存在一个问题，就是通过控制云台转动实时跟踪机载设备的方位，存在部分角度需要转动大，或者存在转动死角，导致云台无法及时转动到相应位置。采用不限制旋转角度的云台时，由于云台上安排的设备往往有射频电缆等，若是不限制旋转角度，在云台转动时会存在电缆与云台之间发生绕线的问题。云台发生绕线后，轻则导致云台无法转动，重则会导致云台电机烧毁。因此，如何解决机载设备和地面设备通信双方之间既能够保证及时有效对准，又不会导致云台上面安装设备的线缆缠绕到云台上导致云台损毁，成为急需解决的问题。

发明内容

为了解决上述背景技术中的由于云台不限制旋转角度导致云台与电缆之间发生绕线的问题，本发明提供了一种云台伺服智能控制方法和系统。

根据本发明的一个方面，提供一种云台伺服智能控制方法，云台伺服智能控制方法包括：

获取云台的位置信息以及机载设备的位置信息；

根据机载设备的位置信息和云台的位置信息，获取机载设备相对云台的相对位置信息；

根据相对位置信息进行云台的防绕线计算，获取云台的转动角度和转动方向，控制云台按转动角度和转动方向进行转动，以使云台上的定向天线实时对准机载设备。

根据本发明的另一方面，提供一种云台伺服智能控制系统，云台伺服智能控制系统包括：云台和控制中心，云台与控制中心通讯连接；

云台上设置有定向天线，定向天线用于与机载设备进行通讯；

控制中心，被配置为获取云台的位置信息以及机载设备的位置信息；根据机载设备的位置信息和云台的位置信息，获取机载设备相对云台的相对位置信息；根据相对位置信息进行云台的防绕线计算，获取云台的转动角度和转动方向，控制云台按转动角度和转动方向进行转动，以使云台上的定向天线实时对准机载设备。

根据本发明的技术方案，通过机载设备与云台之间的相对位置关系，进行云台的防绕线计算，获取云台的转动角度和转动方向，再控制云台按所述转动角度和转动方向执行转动，可以使云台以最短的转动距离快速转动至目标位置，同时有效防止云台发生绕线，避免云台卡死或烧毁。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种云台伺服智能控制方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的云台防绕线计算方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的具体的云台防绕线计算方法的流程图；

图4为本发明实施例提供的一种云台伺服智能控制系统的框图；

图5为本发明另一实施例提供的一种云台伺服智能控制系统的框图。

具体实施方式

为了解决背景技术中提出的由于云台不限制旋转角度导致云台与电缆之间发生绕线的问题，本申请的发明人想到根据机载设备与云台的相对位置关系对云台进行防绕线计算。

图1示出了本发明一个实施例提供的云台伺服智能控制方法，如图1所示，该云台伺服智能控制方法包括：

步骤S110：获取云台的位置信息以及机载设备的位置信息。

云台伺服智能控制方法由与云台连接的控制中心执行，控制中心通过云台上的定向天线，与机载设备实现通信。因此，控制中心需要实时获知云台的位置信息以及机载设备的位置信息，以保证机载设备的飞行不超出云台定向天线的通讯范围，使机载设备保持在定向天线的波束角度范围内。或是当机载设备的飞行超出定向天线的波束角度范围时，控制中心能够及时对云台进行伺服控制，以使云台实时跟踪上机载设备，保证通讯连接可靠。具体的，获取云台的位置信息主要包括获取云台的经度、纬度、高度等能够定位云台位置的信息。机载设备的位置信息除了包括经度、纬度、高度等定位机载设备位置的信息，还包括机载设备的艏向角、横滚角、飞行速度等飞行姿态信息。获知机载设备的飞行姿态可以对机载设备的飞行方向做出预判，提高云台伺服智能控制的精确性。

步骤S120：根据机载设备的位置信息和云台的位置信息，获取机载设备相对云台的相对位置信息。

控制中心在对云台进行伺服控制时，需要获知机载设备与云台的相对位置信息，从而才能进行智能控制，提高伺服控制的可靠性。机载设备与云台的相对位置信息包括云台与机载设备之间的距离、相对方位、俯仰角度等信息。例如，根据云台的经度、纬度和高度，以及机载设备之间的经度、纬度和高度，计算出机载设备与云台之间的距离为300米，机载设备在云台的东北方向，俯仰角度为60度。机载设备与云台之间的距离的计算，可以是将云台和机载设备看做两个质点，计算两个质点之间的直线距离得出；相对方位根据两者的经度和纬度来确定，俯仰角度根据两者的高度差和距离确定。

步骤S130：根据相对位置信息进行云台的防绕线计算，获取云台的转动角度和转动方向。

因为定向天线只能在一定的角度范围内实现通信，因此需要使机载设备保持在定向天线的波束角度范围内。在本步骤中，控制中心需要根据机载设备与云台之间的相对位置信息，计算获取云台的转动轨迹，即获取云台的转动角度和转动方向，以使云台能够实时跟踪机载设备，保证机载设备在云台的定向天线的波束角度范围内飞行。具体为，云台位置信息为初始位置，机载设备的位置信息为目标位置，云台伺服智能控制需要控制云台从初始位置转动至目标位置。根据云台与机载设备之间的相对位置信息，计算云台在合理转动范围内需要转动到目标位置的最短距离和最快速度，在保证云台不发生绕线的情况下，快速转动至目标位置。因此防绕线计算的目的是为了确保云台在合理转动范围内转动，防止云台发生绕线问题。

步骤S140：控制云台按转动角度和转动方向进行转动，以使云台上的定向天线实时对准机载设备。

在本步骤中，控制中心将通过防绕线计算获得的云台转动轨迹下发至云台，转动轨迹包括云台的转动角度和转动方向。云台在相应的转动方向上转动对应的角度。执行转动后，设置在云台上的定向天线对准机载设备，使机载设备实时保持在定向天线的波束角度范围内，保证机载设备与控制中心可以进行可靠通信。

通过本实施例，实时获取云台的位置信息以及机载设备的位置信息，从而获得云台和机载设备的相对位置信息，根据两者的相对位置信息进行防绕线计算后，对云台进行伺服智能控制，使机载设备持续在云台定向天线的波束角度范围内飞行，保证云台与机载设备的通信良好，进而辅助实现控制中心与机载设备之间的控制和信息交互。通过防绕线计算，可以在云台转动前获取云台的转动角度和转动方向，在确认云台不会发生绕线问题后再执行云台的转动，使云台能够以最短的转动距离快速转动到目标位置，保证云台的工作可靠性。

图2示出了步骤S130中根据相对位置信息进行云台的防绕线计算，获取云台的转动角度和转动方向的流程图，如图2所示，防绕线计算包括：

步骤S210：将云台上的定向天线的正面朝向确定为云台正面，并预先设定出基准方向以及云台正面的正向转动方向。

云台正面应为由于云台伺服智能控制的最终目的是，使设置在云台上的定向天线对准机载设备，保证机载设备处于定向天线的波束角度范围内。因此，将定向天线的正面朝向确定为云台正面，从而在云台转动过程中，能够清晰的把握定向天线通信的波束角度范围朝向，提高工作可靠性。当然，也可以根据云台线缆的连接方式确定云台正面，例如将在线缆初始状态下，云台的中间位置作为云台正面，以便从云台转动到的目标位置获知线缆的缠绕状态，及时调整云台位置，防止线缆发生绕线。线缆初始状态即为无论云台顺时针转动或是逆时针转动，线缆的扭转变化除了方向不同，其他变化一致的状态。或者，云台正面也可以是具有特定特征的某一点，以便后续确定云台的转动角度。

确定了云台正面，则云台的转动角度即为云台正面转过的角度。另外，还需要确定云台转动的基准方向和云台正面的正向转动方向。基准方向即为云台正面所处的基准位置，用以作为云台正面转动的起始位置以及云台转动过程的对照。设定云台正面的正向转动方向，可以对云台的转动方向进行区分，在可能发生绕线的情况下，区别云台进行正向转动还是反向转动，进一步降低发生云台绕线的可能性。

步骤S220：获取云台正面相对于基准方向的当前角度坐标A以及当前转动圈数H。

在进行防绕线计算时，为使云台正面所处的位置更清晰，建立相应的坐标系。例如，以云台的旋转中心为极点，从极点向基准方向延伸的射线为极轴，从而建立极坐标系。一般以云台正面正向转动方向为正，即极坐标系中的角度坐标沿正向转动方向增大。另外，云台正面的初始位置处于极轴上，此时线缆状态也为初始状态。当云台正面开始转动，线缆状态也发生相应的转动或缠绕变化。由于云台在水平面内的无限制转动才会引起云台发生绕线，因此，极坐标系为水平面内的极坐标系。云台在垂直面内，转动的最大角度为180°，不会引发云台绕线问题，因此不分析云台在垂直面内的转动，此处只分析云台在水平面内的转动。建立极坐标系后，可以明确云台正面所处的坐标信息，同时可以获知云台线缆的转动或缠绕状态，从而据此提高云台伺服智能控制的精准度。通过极坐标系，可以准确获得云台正面的当前角度坐标A，以及当前转动圈数H。

云台正面的当前角度坐标A为云台正面当前在极坐标系中的坐标位置，例如当前云台正面位于极坐标系中的30°位置，则当前角度坐标A为30°。当前转动圈数H可以反映云台转动过的圈数，从而可以通过H判断云台是否超过了允许的转动圈数，以及为下一次转动的转动方向提供参考。当前转动圈数H的记录方法具体可以为，首先默认云台正面的转动方向为正向转动，当云台正面从初始坐标开始转动时，即云台正面从极轴开始转动，若执行正向转动，则记录当前转动圈数H为0；若执行反向转动，则记录当前转动圈数H为负1圈。云台正面每次正向转动绕过极轴，即云台正面正向转动超过360°，则当前转动圈数H累计加1；云台正面每次反向转动绕过极轴，则当前转动圈数H累计减1。例如，云台正面从初始坐标开始正向转动，当前转动圈数H为第0圈。第一次绕过极轴时，H加1，云台正面进入第1圈内转动。再次正向转动绕过极轴时，H再加1，云台正面进入第2圈内转动。若此时云台正面执行反向转动，当绕过极轴时，H减1，云台正面回到第1圈内转动。云台正面继续执行反向转动，再次绕过极轴时，H继续减1，云台正面回到初始的第0圈转动。

步骤S230：根据相对位置信息获取云台正面相对于基准方向需要转动到的新角度坐标B。

根据相对位置信息可以获得云台正面需要转动到的目标位置，例如机载设备位于云台的正南方向，该正南方向在极坐标系中存在对应的极坐标为270°，获取该极坐标即为云台需要转动到的新角度坐标B，即新角度坐标B为270°。

步骤S240：计算新角度坐标B与当前角度坐标A的角度差值的绝对值C，C＝|B-A|；

根据新角度坐标B和当前角度坐标A，可以计算出两者之间的角度差值。因为新角度坐标B有可能小于当前角度坐标A，若直接计算角度差值C＝B-A，则C为负数，不利于后续的判断以及伺服控制。另外，极坐标系中，两个坐标位置之间存在两个夹角，云台执行正转和反转时，转动角度会因此不同。例如，当A和B的两个夹角分别为150°和210°时，若执行正转时的转动角度为150°，则执行反转时的转动角度为210°。因此，在计算A和B的角度差值时，取两者的角度差值的绝对值，方便后续云台的伺服控制判断和其他计算。

需要说明的是，在极坐标系下，C为坐标较小的位置沿正向转动至坐标较大的位置所转过的角度，例如A为200°，B为60°时，通过计算得出的C为140°，即从B坐标开始，正向转动140°至A坐标；A为150°，B为340°时，通过计算得出的C为190°，即从A坐标开始，正向转动190°至B坐标。

步骤S250：根据角度差值的绝对值C与180度的大小关系、当前角度坐标A与新角度坐标B的大小关系以及当前转动圈数H与正向转动允许数的大小关系，确定云台的转动角度和转动方向。

在该步骤中，需要确定云台从当前角度坐标转动至目标角度坐标的转动轨迹，包括转动方向和转动角度。在确定转动方向时，可以根据云台正面的当前转动圈数H确定。例如，若当前转动圈数H超过了云台正面的正向转动允许数，则转动方向应确定为反向转动，以防止继续正向转动发生线缆绕线，导致烧毁云台的问题；若当前转动圈数H小于正向转动允许数，说明线缆的状态还在可控制范围内，云台可以继续执行正向转动。具体地，云台正面的正向转动允许数为1，则云台正面可以在第0圈内自由转动。若云台正面正向转动越过极轴，当前转动圈数H增加了1，云台正面进入第1圈。此时当前转动圈数H超过了正向转动允许数，此时确定云台为反向转动，转动角度根据A、B之间的夹角确定。另外，在云台正面处于第0圈时，若A和B之间存在锐角夹角或是角度差值的绝对值C小于180度时，则确定该锐角夹角或C为转动角度，根据A与B的大小关系确定转动方向，如在B大于A时正向转动，在A大于B时反向转动。

更具体地，如图3所示，根据角度差值的绝对值C与180度的大小关系、当前角度坐标A与新角度坐标B的大小关系以及当前转动圈数H与正向转动允许数的大小关系，确定云台的转动角度和转动方向，包括：

步骤S310：判断C的大小。

在极坐标系中，角度差值的绝对值C存在等于0，大于0小于或等于180，以及大于180等三种情况，根据C的大小不同，云台正面执行不同的转动操作。

步骤S322：C等于0度。

C等于0，说明B与A相等，即目标位置与当前位置相同，云台正面不需要进行转动，维持现状即可。采用该判断步骤，可以简化云台正面的转动流程，避免不必要的转动误差，精确定位云台正面位置。因此，在确定C等于0度后，执行步骤S332，确定云台不转动。

步骤S321：C大于0度且小于或等于180度。

在该情况下，说明从坐标较小的位置沿正向转动至坐标较大的位置所转过的角度较小，即C在180°之内，A与B的角度距离较近。为了使云台正面快速转动到目标坐标位置，因此执行步骤S331，确定云台的转动角度为C，即云台正面的转动角度较小，在恒定的转动速度下，可以快速转动至目标坐标位置。

当然，在确定转动角度后，需要判断云台正面是正向转动还是反向转动。执行步骤S341，判断新角度坐标B是否大于当前角度坐标A。

若是，说明新角度坐标B在当前角度坐标A后面，云台正面执行正向转动即可从A转动至B。因此在B>A时，执行步骤S352，云台正面正向转动至B。

若否，说明新角度坐标B在当前角度坐标A前面，云台正面执行反向转动即可从A转动至B。因此在B<A时，执行步骤S351，云台正面反向转动至B。

步骤S323：C大于180度。

在该情况下，说明从坐标较小的位置沿正向转动至坐标较大的位置所转过的角度较大，即C超过180°，A与B的角度距离较远。为了使云台正面快速转动到目标坐标位置且不造成云台绕线，因此需要进一步比较B与A的大小，以及判断当前转动圈数H是否大于或等于正向转动允许数N。这里采用大于或等于的判断，是由于当前转动圈数H采用从第0圈开始计算，因此当前转动圈数H等于正向转动允许数N时，云台正面的转动已经超出了安全转动的范围。若当前转动圈数采用第1圈开始计算，则判断条件为当前转动圈数是否大于正向转动允许数N。

具体的，首先判断A与B的大小关系，执行步骤S333，判断B是否大于A。

在B大于A(B>A)时，说明新角度坐标B在当前角度坐标A后面，进一步判断当前转动圈数H与正向转动允许数N的大小关系。

执行步骤S342，判断当前转动圈数H是否大于或等于正向转动允许数N。

若否，说明当前转动圈数H小于正向转动允许数N，执行步骤S353。当前转动圈数H小于正向转动允许数N(H<N)，说明云台正面的当前转动圈数H还在安全范围内，可以继续执行正向转动。由于角度差值的绝对值C为从坐标较小的位置沿正向转动至坐标较大的位置所转过的角度，符合从A正向转动至B所转过的角度，因此确定云台的转动角度为C，转动方向为正向。

若是，说明当前转动圈数H大于或等于正向转动允许数N，执行步骤S354。当前转动圈数H大于或等于正向转动允许数N(H≥N)，说明云台正面的当前转动圈数H超过了安全范围，此时云台正面不能继续执行正转。由于B在A后面，且云台正面无法执行正转，因此确定转动方向为反向。由于角度差值的绝对值C为从坐标较小的位置沿正向转动至坐标较大的位置所转过的角度，不符合反向转动所转过的角度，因此转动角度为360度减去C。在该情况下，云台正面执行反向转动会绕过极轴，因此累计当前转动圈数H减1。

在B小于A(B<A)时，说明新角度坐标B在当前角度坐标A前面，进一步判断当前转动圈数H与正向转动允许数N的大小关系。

执行步骤S343，判断当前转动圈数H是否大于或等于正向转动允许数N。

若否，说明当前转动圈数H小于正向转动允许数N，执行步骤S356。当前转动圈数H小于正向转动允许数N(H<N)，说明云台正面的当前转动圈数H还在安全范围内，可以继续执行正向转动。由于角度差值的绝对值C为从坐标较小的位置沿正向转动至坐标较大的位置所转过的角度，在此处为从B正向转动至A所转过的角度，不适用于从A正向转动至B，因此确定云台的转动角度为360度减去C，转动方向为正向。由于B坐标在A坐标前面，云台正面执行正向转动从A转动至B时，会绕过极轴，因此累计当前转动圈数H加1。

若是，当说明前转动圈数H大于或等于正向转动允许数N，执行步骤S355。当前转动圈数H大于或等于正向转动允许数N(H≥N)，说明云台正面的当前转动圈数H超过了安全范围，此时云台正面不能继续执行正转，因此云台正面需要通过反转至B。由于角度差值的绝对值C为从坐标较小的位置沿正向转动至坐标较大的位置所转过的角度，在此处为从B正向转动至A所转过的角度，即为从A反向转动至B所转过的角度，因此确定确定云台的转动角度为C，转动方向为反向。

通过上述实施例，对云台正面的转动进行精确控制，包括在云台正面的转动超过安全范围后，使云台正面执行反向转动。或者在安全的转动范围内，正向转动的转动角度过大时，执行反向转动，以使云台正面可以快速转动至目标位置。通过本实施例，限制云台的转动，提高云台的转动效率，同时避免线缆发生绕线毁坏云台。

在本发明的一个实施例中，控制云台按转动角度和转动方向进行转动包括：在转动角度大于或等于180度时，控制云台按转动方向进行两次转动，每次转动的角度大小为转动角度的一半。

上述实施例中，确定云台正面的转动角度后，存在转动角度过大的情况，例如大于或等180度的情况。云台正面执行转动时，由于转动角度超过180度，如果仅下发1次转动控制指令会导致云台不按设想的方向转动，导致绕线的发生。因此在该种情况下，将云台正面的转动分两次执行，按照确定的转动方向进行，每次转动的角度大小为确定的转动角度的一半。例如，确定云台正面正向转动，转动角度为200度。在执行时，首先控制云台正面正向转动100度至中间位置，再继续正向转动100度至目标位置。采用该方式，可以确保云台正面按照设想的方向转动，还可以有效避免绕线的发生。同时使云台正面在小角度内进行转动，减小云台转动过程中的转动误差，使云台可以精确的转动到目标位置，提高控制精度。

在本发明的一个实施例中，获取云台的位置信息以及机载设备的位置信息包括：通过人工手动输入云台的位置信息，或通过云台的GPS自动获取云台的位置信息。云台通过无线通信方式连接机载设备，实时获取机载设备的位置信息。

在本实施例中，可以通过人工手动输入或是自动获取的方式获取云台的位置信息。云台可以根据需要固定在地面上某一具体位置，或者装设在通讯车辆上，实时对机载设备进行跟踪。若是固定在地面上的云台，位置没有发生变化，则手动输入位置信息可以简化工作流程，提高工作精度。若是装设在通讯车辆上的云台，采用自动获取的方式更能够精确定位云台的位置。具体地，可以在云台内设置GPS，利用GPS定位自动获取云台的位置信息，提高定位精度。当然，无论云台固定在地面还是装设在通讯车辆上，均可以采用人工手动输入或自动获取的方式获取云台的位置信息，只要能够精确的定位云台的位置即可。

在获取机载设备的位置信息时，一般机载设备能够记录自身的航迹信息，只需要获取该航迹信息即可获取机载设备的位置信息。机载设备的位置信息包括机载设备的当前经度、纬度、高度、艏向角、横滚角、飞行速度等。具体地，通过无线连接机载设备上的显控台控制软件，接收机载设备显控台控制软件下传的机载设备的航迹信息，其中包括有机载设备的位置信息，从中截取即可。采用该方式，可以精确定位机载设备的位置，同时还可以获取机载设备的飞行信息，如飞行速度等。

在本发明的一个实施例中，云台伺服智能控制方法还包括：实时显示云台的转动角度和转动方向、云台上的定向天线的方向图和波束角度范围信息，以及机载设备的位置信息、飞行速度和飞行角度。

控制中心设置有显示模块，连接显示屏，用于实时显示云台信息和机载设备的信息。云台信息包括云台的位置信息、云台正面转动角度和当前所处的方向，以使用户能够实时掌握云台的转动情况，在云台转动角度过大时及时进行调整，进一步防止发生绕线。当然，还可以显示设置在云台上的定向天线的方向图和波束角度范围信息，以使用户可以直观地观察出定向天线的通信范围。另外，机载设备的信息包括机载设备的位置信息，飞行速度和飞行角度等。云台的作用主要为跟踪机载设备，利用定向天线实现与机载设备的通信，因此将机载设备的位置信息与定向天线的方向图和波束角度范围结合，可以确定机载设备是否在定向天线的通信范围内，在机载设备偏离定向天线的通信范围后可以及时进行调整，确保控制中心通过云台可以与机载设备正常通信，进而可以实现控制中心对机载设备进行远程控制，实现机载设备的侦察、测向定位，以及实施通信干扰等目的。显示模块可以实现显示机载设备的飞行速度、飞行方向和飞行角度等，例如机载设备的艏向角、横滚角，可以便于用户掌握机载设备的飞行状况，以对机载设备进行必要的指令控制，例如下达改变飞行方向的指令或是降低飞行速度的指令等。

在本发明的一个实施例中，云台伺服智能控制方法还包括：根据预先存储的机载设备的水平角度阈值和俯仰角度阈值，当云台监测到机载设备的水平角度偏离水平角度阈值和/或机载设备的俯仰角度偏离俯仰角度阈值时，进行告警。

控制中心除了通过云台的定向天线实现与机载设备的通信，还需要对机载设备进行必要的操作控制，以确保机载设备完成预定的飞行任务。具体的，在控制中心中设置云台与机载设备之间的水平角度阈值或俯仰角度阈值，并进行存储。水平角度阈值和俯仰角度阈值主要根据安装在云台上的定向天线的性能确定。由于机载设备会通过云台将自身的飞行状态，包括飞行速度和飞行角度等，下发至控制中心，控制中心实时进行分析处理。当机载设备在飞行过程中的水平角度偏离水平角度阈值或机载设备的俯仰角度偏离俯仰角度阈值时，会导致机载设备偏离或超出定向天线的波束角度范围，从而造成控制中心与机载设备失去联系，此时控制中心需要进行告警提示。设置告警可以及时提醒操作员进行人工有效控制云台的转动，以确保机载设备与控制中心能够实时保持通信连接。当然，也可以设置云台自动跟踪控制模式，此时能够智能判断机载设备是否存在越界情况，并实现云台自动对机载设备进行跟踪控制。

图4示出了本发明实施例提供的一种云台伺服智能控制系统400，云台伺服智能控制系统400包括：云台420和控制中心410，云台420与控制中心410通讯连接。云台420上设置有定向天线，定向天线用于与机载设备进行通讯，控制中心410通过获取云台420接收的机载设备的信息，实现与机载设备的通信。

具体地，控制中心410可以是电脑等可操作设备，可对云台420的伺服控制进行手动设置。在电脑中安装云台420伺服智能控制软件形成控制中心410，同时通过RS232转RS485单元或网络转RS485单元连接云台420，实现与云台420之间的通讯，从而对云台420进行伺服控制。利用RS232转RS485单元，可以通过电脑本身的RS232接口控制云台420；而利用网络转RS485单元连接云台420，可以实现通过网络控制云台420。在设置控制中心410与云台420的连接时，用户可以设置两种连接方式。在工作中，用户可以根据需求以及控制中心410的工作环境选择云台420的控制模式，例如选择网络控制或RS232控制模式等，增强用户体验。

控制中心410，用于对云台420进行伺服智能控制，从而使云台420上的定向天线实时跟踪机载设备，保证通信可靠性。控制中心410对云台420的伺服智能控制包括：获取云台420的位置信息以及机载设备的位置信息；根据机载设备的位置信息和云台420的位置信息，计算获取机载设备相对云台420的相对位置信息；根据相对位置信息进行云台420的防绕线计算，获取云台420的转动角度和转动方向，控制云台420按转动角度和转动方向进行转动，以使云台420上的定向天线实时对准机载设备。控制中心410的具体操作在上述云台420伺服智能控制方法中已经具体论述，控制中心410对云台420的伺服控制手段与方法实施例中相同，此处不再赘述。

需要说明的是，在控制中心410开始对云台420进行伺服智能控制前，首先需要对云台420的控制参数进行初始化设置。主要包括控制接口类型、串口设置、告警设置、速度控制等参数的设置。控制接口类型分为网络接口和RS232接口；RS232串口设置，具体包括波待率的选择，即利用RS232串口进行通信时的通讯速率选择，可选择的参数包括300/600/1200/2400/4800/9600/19200bps，用户可以根据通信速率需求进行选择。另外，用户还需要对串口进行选择，以使串口设置与云台420和控制中心410连接的串口一致，例如云台420与控制中心410连接的串口为COM1时，串口即选择COM1。数据传输设置，具体包括数据位选择，停止位选择，校验位选择等，例如数据位可以是7或8位，停止位可以是1或2位，校验位可以选择无校验、奇校验或偶校验位。初始化设置完成后，云台420与控制中心410即可按照相应地设置进行通讯。例如，控制中心410通过RS232接口向云台420发送转动指令，包括云台420的转动方向和转动角度，以控制云台420转动至相应的目标位置。还有云台420通过RS232接口向控制中心410发送机载设备的信息，包括飞行速度和飞行方向等。

控制中心410还可以进行防绕线计算，以使云台420能够快速、准确地转动至目标位置，同时避免云台420发生绕线故障，确保云台420能够正常工作。控制中心410的防绕线计算具体如图2所示，此处不再赘述。

需要说明的是，云台420可以固定设置在地面或某一具体地点，也可以设置在可移动的车载设备上，例如通讯车辆上。同理，控制中心410也可以固定设置在地面或某一具体地点，或者可移动的车载设备上。当机载设备的飞行范围较小时，云台420和控制中心410可以固定在机载设备的飞行范围中心。采用固定设置的方法，云台420的位置信息不变，在进行防绕线计算时，确定云台420位置后，即可持续使用，而不需要再次更新云台420的位置信息，简化防绕线计算的流程，提高云台420伺服控制的效率，使云台420可以对机载设备进行快速响应，确保通信可靠。当机载设备的飞行范围较宽时，将云台420和控制中心410均设置在可移动的通讯车辆上，利用通讯车辆的移动缩小云台420与机载设备之间的直线距离，从而保证机载设备的飞行距离不会超出定向天线的无线连接范围。在通讯车辆移动的过程中，云台420的位置在不断变化。此时可以在云台420内或控制中心410上设置GPS定位模块，用于自动获取云台420的位置信息。在进行防绕线计算时，通过GPS定位自动获取云台420的位置，可以省略用户手工输入位置信息的操作，提高获取位置信息的准确度，保证防绕线计算的正确性。当然，即使采用GPS定位自动获取云台420的位置信息，用户也可以手动对该位置信息进行修改或重新手动输入云台420的位置信息，以防止GPS定位不准确的问题。

图5示出了本发明实施例提供的另一种云台420伺服智能控制系统，如图5所示，控制中心410还包括显示模块411。显示模块411，被配置为实时显示云台420的转动角度和转动方向、云台420上的定向天线的方向图和波束角度范围信息，以及机载设备的位置信息、飞行速度和飞行角度。

控制中心410设置有显示模块411，连接显示屏，用于实时显示云台420信息和机载设备的信息。云台420信息包括云台420的位置信息、云台420正面转动角度和当前所处的方向，以使用户能够实时掌握云台420的转动情况，在云台420转动角度过大时及时进行调整，进一步防止发生绕线。当然，还可以显示设置在云台420上的定向天线的方向图和波束角度范围信息，以使用户可以直观地观察出定向天线的通信范围。另外，机载设备的信息包括机载设备的位置信息，飞行速度和飞行角度等。云台420的作用主要为跟踪机载设备，利用定向天线实现与机载设备的通信，因此将机载设备的位置信息与定向天线的方向图和波束角度范围结合，可以确定机载设备是否在定向天线的通信范围内，在机载设备偏离定向天线的通信范围后可以及时进行调整，确保控制中心410通过云台420可以与机载设备正常通信。显示机载设备的飞行速度、飞行方向和飞行角度等，例如机载设备的艏向角、横滚角，可以便于用户掌握机载设备的飞行状况，以对机载设备进行必要的指令控制，例如下达改变飞行方向的指令或是降低飞行速度的指令、下达通信侦察、测向定位、通信干扰指令等。

如图5所示，控制中心410还包括告警模块412。告警模块412，被配置为根据预先存储的机载设备的水平角度阈值和俯仰角度阈值，当云台420监测到机载设备的水平角度偏离水平角度阈值和/或机载设备的俯仰角度偏离俯仰角度阈值时，进行告警。

控制中心410除了通过云台420的定向天线实现与机载设备的通信，还需要对机载设备进行必要的操作控制，以确保机载设备完成预定的飞行任务。具体的，在对云台420的控制参数进行初始化设置时，同时进行告警设置。告警设置包括是否告警、是否发音，以及设置进行告警的水平角度阈值和俯仰角度阈值并存储。水平角度阈值和俯仰角度阈值取值可根据安装在云台420上的天线方向图和波束角度范围进行选取，保证其取值不能够超过天线波束的范围。当然，水平角度阈值和俯仰角度阈值也可以根据机载设备的硬件条件和飞行条件确定，或者由用户根据需求自行确定，以满足机载设备的飞行要求。由于机载设备会通过云台420将自身的飞行状态，包括飞行速度和飞行角度等，下发至控制中心410，因此当控制中心410通过云台420监测到机载设备在飞行过程中的水平角度偏离预设水平角度阈值或机载设备的俯仰角度偏离预设俯仰角度阈值时，控制中心410根据告警设置进行相应操作，例如对机载设备进行告警，发出警示音等。若告警设置禁止告警，则当机载设备的水平角度或俯仰角度超过水平角度阈值或俯仰角度阈值时，控制中心410也不会对机载设备进行告警。由于飞机飞行方向的变化会引起云台与机载设备之间水平角度和俯仰角度的改变，导致机载设备偏离或超出定向天线的波束角度范围，从而造成控制中心410与机载设备失去联系。因此，设置告警可以及时提醒操作员调整云台上面定向天线的对准方向，以确保控制中心与机载设备之间通信顺畅。

另外，告警设置还可以包括机载设备的速度控制告警。例如设置机载设备飞行的预设水平角度速度值或垂直角度速度值，当机载设备飞行过程中出现水平角度速度或垂直角度速度超过预设水平角度速度值或垂直角度速度值时，进行告警。

综上所述，根据本发明提供的云台伺服智能控制方法和云台伺服智能控制系统，获取云台的位置信息以及机载设备的位置信息；根据机载设备的位置信息和云台的位置信息，计算获取机载设备相对云台的相对位置信息；根据相对位置信息进行云台的防绕线计算，获取云台的转动角度和转动方向，控制云台按转动角度和转动方向进行转动，以使云台上的定向天线实时对准机载设备。通过机载设备与云台之间的位置关系，先进行云台的防绕线计算，再执行云台的转动，可以使云台以最短的转动距离快速转动至目标位置，同时有效防止云台发生绕线，避免云台卡死或烧毁。

另外，在进行防绕线计算时，设置云台的正向转动允许数，当云台的当前转动圈数超过正向转动允许数时，禁止云台正向转动，从而控制云台的无限制角度转动，有效防止发生云台绕线。另外，在获取云台的位置信息时，采用手动输入位置信息的方式可以简化防绕线计算的流程，提高防绕线计算效率，从而使云台可以对机载设备进行快速响应；采用GPS定位方式自动获取云台的位置信息，可以提高云台的定位精度，保证防绕线计算的精确性。

在控制中心设置显示模块和告警模块，实时显示云台的当前状态，如定向天线的方向图和波束角度范围，以及机载设备的位置信息和飞行速度、飞行角度等，使用户可以直观的观察到云台与机载设备的情况，以对云台或机载设备进行必要的指令控制，例如对云台进行伺服控制，或者下达改变机载设备飞行方向的指令或是降低飞行速度的指令、下达通信侦察、测向定位、通信干扰指令等。告警模块可以在机载设备发生异常情况时及时进行告警，以确保机载设备与控制中心能够实时保持通信连接。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种云台伺服智能控制方法，其特征在于，所述云台伺服智能控制方法包括：

获取云台的位置信息以及机载设备的位置信息；

根据所述机载设备的位置信息和所述云台的位置信息，获取所述机载设备相对所述云台的相对位置信息；

根据所述相对位置信息进行所述云台的防绕线计算，获取所述云台的转动角度和转动方向，控制所述云台按所述转动角度和转动方向进行转动，以使所述云台上的定向天线实时对准所述机载设备；

其中，所述根据所述相对位置信息进行所述云台的防绕线计算，获取所述云台的转动角度和转动方向包括：

将所述云台上的定向天线的正面朝向确定为所述云台正面，并预先设定出基准方向以及所述云台正面的正向转动方向；

获取所述云台正面相对于所述基准方向的当前角度坐标A以及当前转动圈数H；

根据所述相对位置信息获取所述云台正面相对于所述基准方向需要转动到的新角度坐标B；

计算所述新角度坐标B与所述当前角度坐标A的角度差值的绝对值C，C＝|A-B|；

根据所述角度差值的绝对值C与180度的大小关系、所述当前角度坐标A与所述新角度坐标B的大小关系以及当前转动圈数H与正向转动允许数的大小关系，确定所述云台的转动角度和转动方向。

2.根据权利要求1所述的云台伺服智能控制方法，其特征在于，

所述根据所述角度差值的绝对值C与180度的大小关系、所述当前角度坐标A与所述新角度坐标B的大小关系以及当前转动圈数H与正向转动允许数的大小关系，确定所述云台的转动角度和转动方向包括：

若所述C等于0度，则确定所述云台不转动；

若所述C大于0度但小于等于180度，则确定所述云台的转动角度为所述C，且在所述B小于所述A时进行反向转动，所述B大于所述A时进行正向转动；

若所述C大于180度，则进一步比较所述B与所述A的大小以及判断所述当前转动圈数H是否大于正向转动允许数，

在所述B小于所述A时，若所述当前转动圈数H小于正向转动允许数，则确定所述云台的转动角度为360度减去所述C，转动方向为正向，并累计所述当前转动圈数H加1；若所述当前转动圈数H大于或等于正向转动允许数，则确定所述云台的转动角度为所述C，转动方向为反向；

在所述B大于所述A时，若所述当前转动圈数H小于正向转动允许数，则确定所述云台的转动角度为所述C，转动方向为正向；若所述当前转动圈数H大于或等于正向转动允许数，则确定所述云台的转动角度为360度减去所述C，转动方向为反向，并累计所述当前转动圈数H减1。

3.根据权利要求2所述的云台伺服智能控制方法，其特征在于，所述控制所述云台按所述转动角度和转动方向进行转动包括：

在所述转动角度大于或等于180度时，控制所述云台按所述转动方向进行两次转动，每次转动角度为所述转动角度的一半。

4.根据权利要求1所述的云台伺服智能控制方法，其特征在于，所述获取云台的位置信息以及机载设备的位置信息包括：

通过人工手动输入所述云台的位置信息，或通过所述云台的GPS自动获取所述云台的位置信息；

所述云台通过无线通信方式连接所述机载设备，实时获取所述机载设备的位置信息。

5.根据权利要求1所述的云台伺服智能控制方法，其特征在于，所述云台伺服智能控制方法还包括：

实时显示所述云台的转动角度和转动方向、所述云台上的定向天线的方向图和波束角度范围信息，以及所述机载设备的位置信息、飞行速度和飞行角度。

6.根据权利要求1所述的云台伺服智能控制方法，其特征在于，所述云台伺服智能控制方法还包括：

根据预先存储的所述机载设备的水平角度阈值和俯仰角度阈值，当所述云台监测到所述机载设备的水平角度偏离所述水平角度阈值和/或所述机载设备的俯仰角度偏离所述俯仰角度阈值时，进行告警。

7.一种云台伺服智能控制系统，其特征在于，所述云台伺服智能控制系统包括：云台和控制中心，所述云台与所述控制中心通讯连接；

所述云台上设置有定向天线，所述定向天线用于与机载设备进行通讯；

所述控制中心，被配置为获取所述云台的位置信息以及所述机载设备的位置信息；根据所述机载设备的位置信息和所述云台的位置信息，获取所述机载设备相对所述云台的相对位置信息；根据所述相对位置信息进行所述云台的防绕线计算，获取所述云台的转动角度和转动方向，控制所述云台按所述转动角度和转动方向进行转动，以使所述云台上的定向天线实时对准所述机载设备；

所述控制中心，还用于具体执行：

将所述云台上的定向天线的正面朝向确定为所述云台正面，并预先设定出基准方向以及所述云台正面的正向转动方向；

获取所述云台正面相对于所述基准方向的当前角度坐标A以及当前转动圈数H；

根据所述相对位置信息获取所述云台正面相对于所述基准方向需要转动到的新角度坐标B；

计算所述新角度坐标B与所述当前角度坐标A的角度差值的绝对值C，C＝|A-B|；

根据所述角度差值的绝对值C与180度的大小关系、所述当前角度坐标A与所述新角度坐标B的大小关系以及当前转动圈数H与正向转动允许数的大小关系，确定所述云台的转动角度和转动方向。

8.根据权利要求7所述的云台伺服智能控制系统，其特征在于，所述控制中心还包括显示模块；

所述显示模块，被配置为实时显示所述云台的转动角度和转动方向、所述云台上的定向天线的方向图和波束角度范围信息，以及所述机载设备的位置信息、飞行速度和飞行角度。

9.根据权利要求7所述的云台伺服智能控制系统，其特征在于，所述控制中心还包括告警模块；

所述告警模块，被配置为根据预先存储的所述机载设备的水平角度阈值和俯仰角度阈值，当所述云台监测到所述机载设备的水平角度偏离所述水平角度阈值和/或所述机载设备的俯仰角度偏离所述俯仰角度阈值时，进行告警。

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