CN114020004A - 飞行器双轴跟踪云台解耦控制方法、系统、存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开飞行器双轴跟踪云台解耦控制方法、系统、存储介质,包括以下步骤:获取云台的数据组;基于所述数据组,对云台相机轴与云台电机轴间的角速度解耦;根据解耦后的角速度,调整云台以实现云台稳像。本发明的控制方法,通过获取云台的数据组进行解耦,再调整云台实现云台稳像。相比现有的两轴云台拍摄跟踪,本申请控制方法可以实现云台在俯仰角度大于30°时,明显改善云台稳像;可以实现方位轴晃动明显减小,跟踪效果相比传统方法具有显著提升。本发明大幅优化了传统解耦方法在俯仰角度大于30°时方位轴晃动加上横滚轴转动抖动导致图像无法辨认,克服在跟踪过程中导致跟踪目标丢失,跟踪目标无法良好锁定,跟踪效果差等问题。
Description
技术领域
本发明涉及飞行器控制技术领域,尤其涉及飞行器双轴跟踪云台解耦控制方法、系统、存储介质。
背景技术
目前常用多旋翼飞行器搭载云台进行拍摄跟踪任务。而多旋翼搭载的云台有多种形式,常使用的云台按其稳定轴可分为单轴云台、两轴云台、三轴云台。由于跟踪仅对目标XY方向进行跟踪,具有俯仰轴与方位轴的两轴云台在特殊行业中应用广泛。
传统两轴云台仅在俯仰轴水平时跟踪效果较好。当其俯仰角度大于30°时,由于横滚方向无电机轴去隔离扰动,飞行器机体上横滚方向的扰动会传递至云台横滚方向,当云台角度向下时,机体方向由于与图像横滚不处于正交状态,横滚扰动因缺轴问题导致方位方向的方位轴出现晃动,方位轴晃动加上横滚轴转动抖动导致图像无法辨认,在跟踪过程中导致跟踪目标丢失,跟踪目标无法良好锁定,跟踪效果差等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种飞行器双轴跟踪云台解耦控制方法、系统、存储介质,以克服两轴云台在跟踪过程中,无法锁定目标的问题。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的:
一种飞行器双轴跟踪云台解耦控制方法,包括以下步骤:
获取云台的数据组;
基于所述数据组,对云台相机轴与云台电机轴间的角速度解耦;
根据解耦后的角速度,调整云台以实现云台稳像。
本发明的控制方法,通过获取云台的数据组进行解耦,再调整云台实现云台稳像。相比现有的两轴云台拍摄跟踪,本申请控制方法可以实现云台在俯仰角度大于30°时,明显改善云台稳像;因方位轴晃动明显减小,跟踪效果相比传统方法具有显著提升。实现大幅优化了传统解耦方法在俯仰角度大于30°时方位轴晃动加上横滚轴转动抖动导致图像无法辨认,在跟踪过程中导致跟踪目标丢失,跟踪目标无法良好锁定,跟踪效果差等问题。
优选的,所述云数据组包括: 云台相机俯仰方向角速度GyroX,云台相机方位方向角速度GyroZ;
云台俯仰角度α;
云台俯仰电机轴角速度GyroMotorX,云台方位电机轴角速度GyroMotorZ。
优选的,对所述云台相机轴与所述云台电机轴间的角速度解耦包括:
根据所述云台俯仰角度α的大小,对所述云台相机俯仰方向角速度GyroX、所述云台俯仰电机轴角速度GyroMotorX、所述云台相机横滚方向角速度GyroY、所述云台横滚电机轴角速度GyroMotorY计算得到解耦后的角速度。
优选的,所述解耦的计算过程包括:
当所述云台俯仰角度α大于第一阈值ω时,采用公式(1)获取解耦后的角速度;
当所述云台俯仰角度α小于所述第一阈值ω时,采用公式(2)获取解耦后的角速度;
优选的,所述第一阈值ω为解耦切换角度。
优选的,所述第一阈值ω取值为30°-85°。
优选的,所述云台相机俯仰方向角速度GyroX、所述云台相机方位方向角速度GyroZ通过云台相机端传感器获取;
所述云台俯仰电机轴角速度GyroMotorX、所述云台方位电机轴角速度GyroMotorZ通过云台端俯仰角度传感器获取。
本申请还提供了一种飞行器双轴跟踪云台解耦控制系统,包括:
获取模块,用于获取云台的数据组;
解耦模块,用于基于所述数据组,对云台相机轴与云台电机轴间的角速度解耦;
补偿模块,用于根据解耦后的角速度,调整云台以实现云台稳像。
优选的,所述云台数据组包括:
云台相机俯仰方向角速度GyroX,云台相机方位方向角速度GyroZ;
云台俯仰角度α;
云台俯仰电机轴角速度GyroMotorX,云台方位电机轴角速度GyroMotor。
本发明还提供一种可读存储介质,其上存储有计算机指令,该计算机指令被处理器执行时实现任一项所述的一种飞行器双轴跟踪云台解耦控制方法。
本发明的优点在于:本发明的控制方法,通过获取云台的数据组进行解耦,再调整云台实现云台稳像。相比现有的两轴云台拍摄跟踪,本发明控制方法可以实现云台在俯仰角度大于30°时,明显改善云台稳像;因方位轴晃动明显减小,跟踪效果相比传统方法具有显著提升。实现大幅优化了传统解耦方法在俯仰角度大于30°时方位轴晃动加上横滚轴转动抖动导致图像无法辨认,克服在跟踪过程中导致跟踪目标丢失,跟踪目标无法良好锁定,跟踪效果差等问题。
附图说明
图1为本申请实施例提供的飞行器双轴跟踪云台解耦控制方法的流程图。
图2为本申请实施例提供的飞行器双轴跟踪云台解耦控制装置的装置图。
图3为本申请实施例提供的飞行器双轴跟踪云台解耦控制方法中云台X轴旋转后的角度示意图。
图4为本申请实施例提供的飞行器双轴跟踪云台解耦控制方法的示例流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例一
本申请人发现,当使用飞行器执行拍摄跟踪时,飞行器上安装的双轴云台由于横滚扰动因缺轴问题导致方位方向出现晃动,方位轴晃动加上横滚轴转动抖动导致图像无法辨认,跟踪目标的效果很差,影响执行跟踪任务。
为此,本申请实施例提供一种飞行器双轴跟踪云台解耦控制方法,参阅图1,应用于服务器端,包括以下步骤:
步骤S1、通过云台上安装的传感器获取云台的数据组;
需要强调的是,本申请实施例中的云台,为具有方位、俯仰两轴稳像轴的云台。
而通常,数据组主要包括:
云台相机俯仰方向角速度GyroX,云台相机横滚方向角速度GyroY,云台相机方位方向角速度GyroZ;
云台俯仰角度α,云台横滚角度β,多旋翼飞行器飞行姿态横滚角度γ;
云台俯仰电机轴角速度GyroMotorX,云台横滚电机轴角速度GyroMotorY,云台方位电机轴角速度GyroMotor。
而为了方便获取数据组,本申请实施例中,云台相机俯仰方向角速度GyroX,云台相机方位方向角速度GyroZ通过云台相机端传感器获取;
所述云台俯仰电机轴角速度GyroMotorX,云台方位电机轴角速度GyroMotorZ通过云台端俯仰角度传感器获取。
可以理解的是,云台主要包括仰轴电机组件、方位轴电机组件、俯仰结构支架、方位结构支架、相机组件、陀螺传感器、角度传感器等。云台为现有设备,此处不再对云台的具体结构进行描述。
步骤S2、基于所述数据组,对云台相机轴与云台电机轴间的角速度解耦;
该步骤中,角速度解耦具体包括:
首先判断云台俯仰角度α与预设的第一阈值的大小;
当云台俯仰角度α大于第一阈值ω时,采用公式(1)获取解耦后的角速度;
当所述云台俯仰角度α小于所述第一阈值ω时,采用公式(2)获取解耦后的角速度;
此外,第一阈值ω为解耦切换角度,通常取值为30°-85°,具体取值可以根据实际情况进行设置。
步骤S3、根据解耦后的角速度,控制云台,实现云台稳像。
通过解耦后的角速度数据控制云台,调整云台的相关角度参数,实现对云台稳像俯仰角度的补偿,有效改善稳像效果。
为方便理解本申请实施例中解耦控制方法的好处,下面与现有的一些传统方法进行比较说明:
由于传统三轴云台具有横滚稳像轴且横滚稳像轴保持为0°,因此传统云台解耦计算公式如下:
对于本申请实施例适用具有方位、俯仰两轴稳像轴的云台而言,云台横滚角度β=0°,
sinβ=0,cosβ=1,传统的云台解耦计算方法简化如下:
由上公式可看出当两轴的云台俯仰角度α具有一定角度时,传统的解耦方法在方位会由于存在一定的横滚耦合量,α越大其横滚耦合量也越大。当无人机具有横滚扰动时,GyroMotorZ将会受到GyroY影响而运动,导致图像中出现左右晃动。
相比第一种方法,本申请实施例的云台解耦计控制方法,因避免了横滚扰动,不会发生图像晃动的问题。
同时考虑云台在跟踪过程中必须确保图像竖直、水平轴不能受到影响,需要保证静止状态,由于相机端陀螺信号为GyroX,GyroY,GyroZ。在跟踪过程中应确保相机端图像竖直、水平轴跟踪速度,即保证相机端陀螺信号 ,其中A为跟踪目标竖直运动速度,B为跟踪目标水平运动速度。
最终得到忽略横滚轴的两轴云台跟踪解耦计算公式:
由公式(6)可知,云台俯仰电机控制角速度GyroMotorX仅与云台相机端俯仰方向角速度GyroX相关,云台方位电机控制角速度GyroMotorZ仅与云台相机端方位方向角速度GyroZ和俯仰角度α相关,其解耦过程完全避开了横滚轴。
但是当 ,其中当 时, 。因此当俯仰角度α过大时,会使得GyroMotoZ值无合适的解,同时获取GyroZ数值的传感器噪声也会因而被放大 倍,系统会因此处于不稳定状态,因此在角度过大时解耦需采用传统解耦策略防止系统不稳定。
相比上述两种方法,本申请实施例的控制方法,相比传统俯仰轴和方位轴的两轴云台在俯仰角度大于30°时云台稳像以及云台跟踪上有明显改善,方位轴晃动明显减小,跟踪效果相比传统方法具有显著提升。大幅优化了传统解耦方法在俯仰角度大于30°时方位轴晃动加上横滚轴转动抖动导致图像无法辨认,克服在跟踪过程中导致跟踪目标丢失,跟踪目标无法良好锁定,跟踪效果差等问题。
而为了方便理解本申请实施例中,本申请以第一阈值ω为75度进行说明,参阅图4,具体如下:
1)操作者事先设定第一阈值ω为75°;
2)安装有云台相机的飞行器执行飞行拍摄任务,内置在无人机中的控制芯片或者外部的服务器可以通过安装在飞行器的传感器获取云台相机俯仰方向角速度GyroX,云台相机方位方向角速度GyroZ、云台俯仰角度α、云台俯仰电机轴角速度GyroMotorX,云台方位电机轴角速度GyroMotorZ等数据;
3)控制芯片或者服务器判断云台俯仰角度α与75°的大小;当所述云台俯仰角度α>75°时,采用公式(1)获取解耦后的角速度;
当所述云台俯仰角度α≤75°时,采用公式(2)获取解耦后的角速度;
4)控制芯片或者服务器得到解耦后的角速度,并控制云台,以调整云台相机的角度。
本申请实施例的云台主要包括了俯仰轴、方位轴,通过本申请的控制方法,可以使方位轴晃动明显减小,从而大幅提高了目标跟踪识别率及目标跟踪稳定性。
工作原理:
本申请实施例的控制方法,通过获取云台的数据组进行解耦,再调整云台实现云台稳像。相比现有的两轴云台拍摄跟踪,本申请控制方法可以实现云台在俯仰角度大于30°时,明显改善云台稳像;因方位轴晃动明显减小,跟踪效果相比传统方法具有显著提升。实现大幅优化了传统解耦方法在俯仰角度大于30°时方位轴晃动加上横滚轴转动抖动导致图像无法辨认,克服在跟踪过程中导致跟踪目标丢失,跟踪目标无法良好锁定,跟踪效果差等问题。
实施例二
本申请实施例提供一种飞行器双轴跟踪云台解耦控制装置,参阅图2,该装置包括:
获取模块301,用于获取云台的数据组;还用于;
其中,云台的数据组包括:
云台相机俯仰方向角速度GyroX,云台相机方位方向角速度GyroZ;
云台俯仰角度α;
云台俯仰电机轴角速度GyroMotorX,云台方位电机轴角速度GyroMotorZ。
解耦模块302,用于基于所述数据组,对云台相机轴与云台电机轴间的角速度解耦;还用于:
所述角速度解耦包括以下步骤:
根据所述云台俯仰角度α的大小,对所述云台相机俯仰方向角速度GyroX、所述云台俯仰电机轴角速度GyroMotorX、所述云台相机横滚方向角速度GyroY、所述云台横滚电机轴角速度GyroMotorY计算得到解耦后的角速度。
所述解耦包括:
当所述云台俯仰角度α大于第一阈值ω时,采用公式(1)获取解耦后的角速度;
当所述云台俯仰角度α小于所述第一阈值ω时,采用公式(2)获取解耦后的角速度;
所述第一阈值ω为解耦切换角度。取值为30-85°。
所述云台相机俯仰方向角速度GyroX、所述云台相机方位方向角速度GyroZ通过云台相机端传感器获取;
所述云台俯仰电机轴角速度GyroMotorX、所述云台方位电机轴角速度GyroMotorZ通过云台端俯仰角度传感器获取。
补偿模块303,用于根据解耦后的角速度,调整云台以实现云台稳像。
实施例三
本申请实施例三还提供一种存储介质,其上存储有计算机指令,该计算机指令被处理器执行时实现如下步骤:
步骤S31、通过云台上安装的传感器获取云台的数据组;
需要强调的是,本申请实施例中的云台,为具有方位、俯仰两轴稳像轴的云台。
而通常,数据组主要包括:
云台相机俯仰方向角速度GyroX,云台相机横滚方向角速度GyroY,云台相机方位方向角速度GyroZ;
云台俯仰角度α,云台横滚角度β,多旋翼飞行器飞行姿态横滚角度γ;
云台俯仰电机轴角速度GyroMotorX,云台横滚电机轴角速度GyroMotorY,云台方位电机轴角速度GyroMotor。
而为了方便获取数据组,本申请实施例中,云台相机俯仰方向角速度GyroX,云台相机方位方向角速度GyroZ通过云台相机端传感器获取;
所述云台俯仰电机轴角速度GyroMotorX,云台方位电机轴角速度GyroMotorZ通过云台端俯仰角度传感器获取。
可以理解的是,云台主要包括仰轴电机组件、方位轴电机组件、俯仰结构支架、方位结构支架、相机组件、陀螺传感器、角度传感器等。云台为现有设备,此处不再对云台的具体结构进行描述。
步骤S32、基于所述数据组,对云台相机轴与云台电机轴间的角速度解耦;
该步骤中,角速度解耦具体包括:
首先判断云台俯仰角度α与预设的第一阈值的大小;
当云台俯仰角度α大于第一阈值ω时,采用公式(1)获取解耦后的角速度;
当所述云台俯仰角度α小于所述第一阈值ω时,采用公式(2)获取解耦后的角速度;
此外,第一阈值ω为解耦切换角度,通常取值为30°-85°,具体取值可以根据实际情况进行设置。
步骤S33、根据解耦后的角速度,控制云台,实现云台稳像。
需要说明的是,本申请实施例中存储介质为计算机可读存储介质,其可以是上述实施例所包含的计算机可读存储介质;也可以是单独存在,未装配入设备中的计算机可读存储介质。计算机可读存储介质存储有一个或者一个以上程序,程序被一个或者一个以上的处理器用来执行描述于本发明实施例一的方法。
根据本申请的实施例,可读存储介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件,或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于:具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种飞行器双轴跟踪云台解耦控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
获取云台的数据组;
基于所述数据组,对所述云台相机轴与所述云台电机轴间的角速度解耦;
根据解耦后的角速度,调整所述云台以实现所述云台稳像。
2.根据权利要求1所述的一种飞行器双轴跟踪云台解耦控制方法,其特征在于,所述据组包括:
云台相机俯仰方向角速度GyroX,云台相机方位方向角速度GyroZ;
云台俯仰角度α;
云台俯仰电机轴角速度GyroMotorX,云台方位电机轴角速度GyroMotorZ。
3.根据权利要求2所述的一种飞行器双轴跟踪云台解耦控制方法,其特征在于,对所述云台相机轴与所述云台电机轴间的角速度解耦包括:
根据所述云台俯仰角度α的大小,对所述云台相机俯仰方向角速度GyroX、所述云台俯仰电机轴角速度GyroMotorX、所述云台相机横滚方向角速度GyroY、所述云台横滚电机轴角速度GyroMotorY计算得到解耦后的角速度。
5.根据权利要求4所述的一种飞行器双轴跟踪云台解耦控制方法,其特征在于,所述云台相机俯仰方向角速度GyroX、所述云台相机方位方向角速度GyroZ通过云台相机端传感器获取;
所述云台俯仰电机轴角速度GyroMotorX、所述云台方位电机轴角速度GyroMotorZ通过云台端俯仰角度传感器获取。
6.根据权利要求4所述的一种飞行器双轴跟踪云台解耦控制方法,其特征在于,所述第一阈值ω为解耦切换角度。
7.根据权利要求4所述的一种飞行器双轴跟踪云台解耦控制方法,其特征在于,所述第一阈值ω取值为30°-85°。
8.一种飞行器双轴跟踪云台解耦控制系统,其特征在于,包括:
获取模块,用于获取云台的数据组;
解耦模块,用于基于所述数据组,对云台相机轴与云台电机轴间的角速度解耦;
补偿模块,用于根据解耦后的角速度,调整云台以实现云台稳像。
9.根据权利要求8所述的一种飞行器双轴跟踪云台解耦控制系统,其特征在于,所述云台数据组包括:
云台相机俯仰方向角速度GyroX,云台相机方位方向角速度GyroZ;
云台俯仰角度α;
云台俯仰电机轴角速度GyroMotorX,云台方位电机轴角速度GyroMotor。
10.一种可读存储介质,其特征在于,其上存储有计算机指令,该计算机指令被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的一种飞行器双轴跟踪云台解耦控制方法。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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