CN110954139B - 一种用于微小型光电吊舱的陀螺漂移自动补偿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于微小型光电吊舱的陀螺漂移自动补偿方法，包括失能吊舱方位、俯仰电机，使吊舱静止；采集N组方位陀螺角速度Y1、Y2……YN、俯仰陀螺角速度P1、P2……PN；输入到卡尔曼滤波器中得数据后平均；将均值负数值输入吊舱控制系统的速度控制器中，计算出方位、俯仰两个轴系的漂移补偿参数ω0和ω1；（5）、将方位、俯仰陀螺漂移补偿参数ω0和ω1输入到稳定控制系统，抵消温度带给陀螺的漂移，存储补偿参数，改变控制系统进动值，使吊舱进入正常工作状态。本发明解决了陀螺数据因温度变化产生的图像漂移，使吊舱光轴在惯性空间稳定；补偿精度高，小视场下图像稳定性好；实用性强，可靠性好。

Description

一种用于微小型光电吊舱的陀螺漂移自动补偿方法
技术领域
本发明涉及一种自动控制领域技术，特别是一种用于微小型光电吊舱的陀螺漂移自动补偿方法。
背景技术
当前微小型光电吊舱通常采用价格较低的芯片级陀螺作为惯性测量器件，成本低的陀螺温漂和零漂较大，当系统长时间工作温度升高时，陀螺角速度会随着温度变化出现较大偏差，引起吊舱方位俯仰轴系方向上的角运动，影响光电吊舱的观测和操作。目前常用的陀螺补偿方法有两种，具体如下：
1对陀螺仪进行温度试验，定时采集记录温度与陀螺数据，建立温度变化的陀螺数据曲线关系图。后期通过查表的方式来补偿陀螺数据的漂移，该方法简单容易实现，但是采集的数据不是建立在吊舱工作环境下的，因此精度较低。
2 手动补偿方法，在人机交互界面上设置漂移补偿按键，当吊舱有温度漂移时，通过按下相应的按键增减陀螺角速度偏移量来进行补偿，该方法适用于温度变化较小的环境中，当温度变化较快时，补偿频率增加，影响吊舱其他功能操作，用户体验不理想。
本发明提出的陀螺自动补偿方法，可用在吊舱正常工作的任意时段（必须保证补偿期间吊舱处于静止状态），操作简单、无需借助辅助单元、可靠性高，极大的提高了系统的智能化水平。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于微小型光电吊舱的陀螺漂移自动补偿方法，用于解决微小型光电吊舱陀螺数据漂移引起图像漂移，代替目前使用较多的手动陀螺补偿方法，实现一键自动高精度陀螺补偿，提高光电吊舱的智能化和实用性水平。
为了实现解决上述技术问题的目的，本发明采用了如下技术方案：
一种用于微小型光电吊舱的陀螺漂移自动补偿方法，包括使用卡尔曼滤波处理算法，微控制器采集光电吊舱多组方位、俯仰陀螺角速度数据，其特征是包括如下步骤：
（1）、通电自检：吊舱通电启动完成系统初始化及自检，失能吊舱方位、俯仰电机使得吊舱处于静止状态；
（2）、数据采集：确定吊舱处于静止状态后，微控制器连续采集N组方位陀螺角速度Y1、Y2… YN、俯仰陀螺角速度P1、P2… PN；
（3）、数据处理：分别将N组方位、俯仰的陀螺角速度输入到卡尔曼滤波器中得到滤波后的数据，再对该数据进行平均计算得到方位陀螺角速度平均值Y、俯仰陀螺角速度平均值P，其中Y= （Y1+Y2… YN）/N， P=（P1+P2… PN）/N；
（4）、计算补偿参数：将方位陀螺角速度平均值的负数值-Y、俯仰陀螺角速度平均值的负数值-P作为给定参数输入到吊舱控制系统的速度控制器中，此时设置速度控制器PWM输出占空比为50％，计算出方位、俯仰两个轴系的陀螺漂移补偿参数ω0和ω1；
（5）、使能电机：将方位、俯仰漂移补偿参数ω0和ω1输入到稳定控制系统，抵消温度带给陀螺的漂移，改变控制系统进动值，使能方位、俯仰电机，吊舱进入正常工作状态。
通过将方位陀螺角速度平均值的负数值-Y、俯仰陀螺角速度平均值的负数值-P输入吊舱控制系统的速度控制器中，得到控制系统的方位、俯仰两个轴系的漂移补偿参数ω0和ω1。
具体的，还需要将采集到的方位、俯仰陀螺角速度进行卡尔曼滤波处理，消除系统噪声对陀螺角速度的干扰，剔除离散值。
具体的，速度控制器为三阶控制器，输入为光轴对应轴系的角速度ωaxis ，输出为PWM占空比，其中ωaxis =ωset +ωpod +ωi ，ωset 为设置角速度，ωpod 为陀螺仪角速度，ωi 为陀螺仪漂移补偿参数。当吊舱进入补偿状态后，吊舱处于静止，此时ωpod 为零，ωaxis =-Y+ωi ，PWM输出占空比为50%，通过三阶控制器得出漂移补偿参数ωi。
具体的，将采集到的方位、俯仰陀螺角速度进行卡尔曼滤波处理，消除系统噪声对陀螺角速度的干扰，剔除离散值原理和方法在于：所述的卡尔曼滤波器为标准滤波器，剔除离散值具体是通过剔除一组数据的离散量，得到一组连续平滑的数据。
具体的，连续采集多组方位陀螺角速度Y1、Y2… YN、俯仰陀螺角速度P1、P2… PN，滤波后进行平均处理，得到方位陀螺角速度平均值Y=Y1+Y2… YN/N，俯仰陀螺角速度平均值P=P1+P2… PN/N。
所述的吊舱控制系统是由中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所制造和销售的，用于两轴两框光电吊舱伺服稳定的一种控制系统，由方位俯仰电机、码盘、陀螺仪、驱动器、微控制器组成，运行在微控制器上的速度控制器、位置控制器根据不同工作模式输出相应占空比的PWM控制吊舱运动，微控制器通过调整PWM占空比来达到速度环和角度环的伺服稳定。
通过采用上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：
本发明提出的一种用于微小型光电吊舱的陀螺漂移自动补偿方法，解决了陀螺数据因温度变化所产生的图像漂移，其特征是，在吊舱启动并完成自检后，失能方位、俯仰电机使得吊舱处于静止状态，微控制器连续采集Ｎ组方位、俯仰陀螺的角速度数据，使用卡尔曼滤波器对数据进行滤波处理，取滤波数据的平均值输入到吊舱控制系统的速度控制器当中，此时ＰＷＭ输出占空比为５０％，计算出方位、俯仰陀螺轴系的漂移补偿参数，再将补偿参数输入到稳定控制系统中，使能方位、俯仰电机，使吊舱光轴在惯性空间稳定。该方法较基于陀螺温度变化曲线的补偿方法，补偿精度高，小视场下图像稳定性好；较手动补偿方法，只需在陀螺漂移较大的情况下进行，一键即可完成补偿，不需要频繁操作，实用性强，自动化程度高、可靠性好，可广泛应用于微小型光电吊舱的陀螺温度漂移领域。
附图说明
图1是光电吊舱陀螺自动补偿流程图。
图2是光电吊舱稳定控制系统框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本专利进一步解释说明。但本专利的保护范围不限于具体的实施方式。
实施例1
用于微小型光电吊舱的陀螺漂移自动补偿方法，包括使用卡尔曼滤波处理算法，微控制器采集光电吊舱多组方位、俯仰陀螺角速度数据，步骤如下：
（1）、吊舱通电启动，完成系统初始化及自检后，失能吊舱方位、俯仰电机，使得电机输出为零，吊舱处于静止状态；
（2）、微控制器分别连续采集20组方位陀螺角速度Y1、Y2… Y20、俯仰陀螺角速度P1、P2… P20；
（3）、将20组方位、俯仰的陀螺角速度输入到卡尔曼滤波器中得到滤波后的数据，再对该数据进行平均计算，方位陀螺角速度平均值Y= (Y1+Y2… Y20 )/20，俯仰陀螺角速度平均值P=( P1+P2… P20 )/20；
（4）、将方位陀螺角速度平均值的负数值-Y、俯仰陀螺角速度平均值的负数值-P作为给定参数输入到吊舱控制系统的速度控制器中，此时ＰＷＭ输出占空比为５０％，计算出方位、俯仰陀螺漂移补偿参数ω0和ω1；
（5）、将漂移补偿参数ω0和ω1输入到稳定控制系统，抵消温度带给陀螺的漂移，改变控制系统进动值，存储漂移补偿参数，使能方位、俯仰电机，吊舱进入正常工作状态。

Claims (3)

1.一种用于微小型光电吊舱的陀螺漂移自动补偿方法，包括使用卡尔曼滤波处理算法，微控制器采集光电吊舱多组方位、俯仰陀螺角速度数据，其特征是步骤如下：
（1）、通电自检：吊舱通电启动完成系统初始化及自检，失能吊舱方位、俯仰电机，使得吊舱处于静止状态；
（2）、数据采集：确定吊舱处于静止状态后，微控制器连续采集N组方位陀螺角速度Y1、Y2… YN、俯仰陀螺角速度P1、P2… PN；
（3）、数据处理：分别将N组方位、俯仰的陀螺角速度输入到卡尔曼滤波器中得到滤波后的数据，再对该数据进行平均计算得到方位陀螺角速度平均值Y、俯仰陀螺角速度平均值P,其中Y= （Y1+Y2… YN）/N， P=（P1+P2… PN）/N；
（4）、计算补偿参数：将方位陀螺角速度平均值的负数值-Y、俯仰陀螺角速度平均值的负数值-P输入到吊舱控制系统的速度控制器中，此时控制PWM输出占空比为50％，计算出方位、俯仰两个轴系的漂移补偿参数ω0和ω1；
（5）、使能电机：将方位、俯仰陀螺漂移补偿参数ω0和ω1输入到稳定控制系统，抵消温度带给陀螺的漂移，存储补偿参数，改变控制系统进动值，使能方位、俯仰电机，吊舱进入正常工作状态；
所述的速度控制器为三阶控制器，输入为光轴对应轴系的角速度ωaxis ，输出为PWM占空比，其中ωaxis =ωset +ωpod +ωi ，ωset 为设置角速度，ωpod 为陀螺仪角速度，ωi 为陀螺仪漂移补偿参数；当吊舱进入补偿状态后，吊舱处于静止，此时ωpod 为零，ωaxis =-Y+ωi ，PWM输出占空比为50%，通过三阶控制器得出漂移补偿参数ωi。
2.根据权利要求1所述用于微小型光电吊舱的陀螺漂移自动补偿方法，其特征是：还需要将采集到的方位、俯仰陀螺角速度进行卡尔曼滤波处理，消除系统噪声对陀螺角速度的干扰，剔除离散值。
3.根据权利要求2所述用于微小型光电吊舱的陀螺漂移自动补偿方法，其特征是：将采集到的方位、俯仰陀螺角速度进行卡尔曼滤波处理，消除系统噪声对陀螺角速度的干扰，剔除离散值的方法是：卡尔曼滤波器为标准滤波器，通过剔除一组数据的离散量，得到一组连续平滑的数据。
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