CN115514896B - 面阵相机像移补偿方法、装置、系统与可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面阵相机像移补偿方法、装置、系统与可读存储介质，该方法包括：获取面阵相机的等效斜坡位置信息和所述面阵相机中的成像模块的当前位置信息；基于所述等效斜坡位置信息、所述当前位置信息和预先创建的分数阶跟踪微分器，确定所述面阵相机的目标速度信号；确定所述成像模块的当前速度信息，并基于所述目标速度信号和所述当前速度信息确定控制信号；基于所述控制信号控制所述成像模块进行像移补偿；本发明基于等效斜坡位置信息、当前位置信息和分数阶跟踪微分器更快且无超调地确定目标速度信号，进而基于目标速度信号和当前速度信息确定控制信号控制成像模块进行像移补偿，提高了面阵相机像移补偿的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及航天遥感技术领域，尤其涉及面阵相机像移补偿方法、装置、系统与可读存储介质。
背景技术
高分辨率成像系统在航天遥感领域发挥着重要作用，空间相机作为成像系统的核心部件，应用比较广泛的是面阵相机；面阵相机需要凝视成像，在卫星运动过程中进行成像时，由于成像目标与面阵相机的焦平面会发生相对运动，导致图像出现严重的拖尾现象，即像移现象；现有的像移补偿方法是利用速度环嵌套电流环的控制方式并结合跟踪微分器，最终实现对音圈电机的速度控制，但是现有的像移补偿方法中的跟踪微分器的拟合信号和噪声过滤的效果较差，导致存在超调现象，导致像移补偿的准确性不高。
因此，如何提高面阵相机像移补偿的准确性，是急需解决的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提出一种面阵相机像移补偿方法、装置、系统与可读存储介质，旨在解决如何提高面阵相机像移补偿的准确性的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种面阵相机像移补偿方法，所述面阵相机像移补偿方法包括如下步骤：
获取面阵相机的等效斜坡位置信息和所述面阵相机中的成像模块的当前位置信息；
基于所述等效斜坡位置信息、所述当前位置信息和预先创建的分数阶跟踪微分器，确定所述面阵相机的目标速度信号；
确定所述成像模块的当前速度信息，并基于所述目标速度信号和所述当前速度信息确定控制信号；
基于所述控制信号控制所述成像模块进行像移补偿。
可选地，基于所述等效斜坡位置信息、所述当前位置信息和预先创建的分数阶跟踪微分器，确定所述面阵相机的目标速度信号的步骤包括：
根据所述等效斜坡位置信息和所述当前位置信息确定位置误差；
将所述位置误差输入预先创建的位置环控制器中，通过所述位置环控制器对所述位置误差进行校正，得到参考速度信号；
将所述参考速度信号输入预先创建的分数阶跟踪微分器中，通过所述分数阶跟踪微分器对所述参考速度信号进行轨迹规划和滤波，得到所述面阵相机的目标速度信号。
可选地，确定所述成像模块的当前速度信息的步骤包括：
获取所述成像模块的当前位置信息，并对所述当前位置信息进行差分运算，确定所述成像模块的当前速度信息。
可选地，基于所述目标速度信号和所述当前速度信息确定控制信号的步骤包括：
根据所述目标速度信号和所述当前速度信息确定速度误差；
将所述速度误差输入预先创建的速度控制器中，通过所述速度控制器对所述速度误差进行校正，得到控制信号。
可选地，基于所述控制信号控制所述成像模块进行像移补偿的步骤包括：
将所述控制信号输入逆变器，通过所述逆变器基于所述控制信号生成驱动电压信号；
基于所述驱动电压信号以及与所述成像模块相连的音圈电机，控制所述成像模块进行像移补偿。
可选地，基于所述驱动电压信号以及与所述成像模块相连的音圈电机，控制所述成像模块进行像移补偿的步骤包括：
对所述驱动电压信号进行校正，得到目标驱动电压信号，并获取与所述成像模块相连的音圈电机对应的电感值和电阻值；
根据所述目标驱动电压信号、所述电感值和所述电阻值计算出驱动电流信号；
将所述驱动电流信号输入所述音圈电机中，通过所述音圈电机基于所述驱动电流信号驱动所述成像模块进行运动，以进行像移补偿。
可选地，对所述驱动电压信号进行校正，得到目标驱动电压信号的步骤包括：
获取所述成像模块的当前速度信息和反电动势系数，并根据所述当前速度信息和反电动势系数确定反电动势电压信号；
基于所述反电动势电压信号对所述驱动电压信号进行校正，得到目标驱动电压信号。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种面阵相机像移补偿装置，所述面阵相机像移补偿装置包括：
获取模块，用于获取面阵相机的等效斜坡位置信息和所述面阵相机中的成像模块的当前位置信息；
第一确定模块，用于基于所述等效斜坡位置信息、所述当前位置信息和预先创建的分数阶跟踪微分器，确定所述面阵相机的目标速度信号；
第二确定模块，用于确定所述成像模块的当前速度信息，并基于所述目标速度信号和所述当前速度信息确定控制信号；
控制模块，用于基于所述控制信号控制所述成像模块进行像移补偿。
进一步地，所述第一确定模块还用于：
根据所述等效斜坡位置信息和所述当前位置信息确定位置误差；
将所述位置误差输入预先创建的位置环控制器中，通过所述位置环控制器对所述位置误差进行校正，得到参考速度信号；
将所述参考速度信号输入预先创建的分数阶跟踪微分器中，通过所述分数阶跟踪微分器对所述参考速度信号进行轨迹规划和滤波，得到所述面阵相机的目标速度信号。
进一步地，所述第二确定模块还用于：
获取所述成像模块的当前位置信息，并对所述当前位置信息进行差分运算，确定所述成像模块的当前速度信息。
进一步地，所述第二确定模块还用于：
根据所述目标速度信号和所述当前速度信息确定速度误差；
将所述速度误差输入预先创建的速度控制器中，通过所述速度控制器对所述速度误差进行校正，得到控制信号。
进一步地，所述控制模块还用于：
将所述控制信号输入逆变器，通过所述逆变器基于所述控制信号生成驱动电压信号；
基于所述驱动电压信号以及与所述成像模块相连的音圈电机，控制所述成像模块进行像移补偿。
进一步地，所述控制模块还用于：
对所述驱动电压信号进行校正，得到目标驱动电压信号，并获取与所述成像模块相连的音圈电机对应的电感值和电阻值；
根据所述目标驱动电压信号、所述电感值和所述电阻值计算出驱动电流信号；
将所述驱动电流信号输入所述音圈电机中，通过所述音圈电机基于所述驱动电流信号驱动所述成像模块进行运动，以进行像移补偿。
进一步地，所述控制模块还包括校正模块，所述校正模块用于：
获取所述成像模块的当前速度信息和反电动势系数，并根据所述当前速度信息和反电动势系数确定反电动势电压信号；
基于所述反电动势电压信号对所述驱动电压信号进行校正，得到目标驱动电压信号。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种面阵相机像移补偿系统，所述面阵相机像移补偿系统包括：存储器、处理器及储存在所述存储器上并可在所述处理器上运行的面阵相机像移补偿程序，所述面阵相机像移补偿程序被所述处理器执行时实现如上所述的面阵相机像移补偿方法的步骤。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质上储存有面阵相机像移补偿程序，所述面阵相机像移补偿程序被处理器执行时实现如上所述的面阵相机像移补偿方法的步骤。
本发明提出的面阵相机像移补偿方法，获取面阵相机的等效斜坡位置信息和所述面阵相机中的成像模块的当前位置信息；基于所述等效斜坡位置信息、所述当前位置信息和预先创建的分数阶跟踪微分器，确定所述面阵相机的目标速度信号；确定所述成像模块的当前速度信息，并基于所述目标速度信号和所述当前速度信息确定控制信号；基于所述控制信号控制所述成像模块进行像移补偿；本发明基于等效斜坡位置信息、当前位置信息和分数阶跟踪微分器更快且无超调地确定目标速度信号，进而基于目标速度信号和当前速度信息确定控制信号控制成像模块进行像移补偿，提高了面阵相机像移补偿的准确性。
附图说明
图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的设备结构示意图；
图2为本发明面阵相机像移补偿方法第一实施例的流程示意图；
图3为本发明面阵相机像移补偿方法第二实施例的流程示意图；
图4为本发明面阵相机像移补偿机构的控制系统示意图；
图5为本发明面阵相机像移补偿机构的结构示意图。
附图标号说明：
| 标号 | 名称 | 标号 | 名称 |
| 1 | 音圈电机的定子 | 2 | 音圈电机的动子 |
| 3 | 直线光栅尺 | 4 | 读数头 |
| 5 | 成像模块安装框架 | 6 | 成像模块 |
| 7 | 机构固定框架 | 8 | 直线导轨 |
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的设备结构示意图。
本发明实施例设备可以是PC机或服务器设备。
如图1所示，该设备可以包括：处理器1001，例如CPU，网络接口1004，用户接口1003，存储器1005，通信总线1002。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏（Display）、输入单元比如键盘（Keyboard），可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口（如WI-FI接口）。存储器1005可以是高速RAM存储器，也可以是稳定的存储器（non-volatile memory），例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的储存装置。
本领域技术人员可以理解，图1中示出的设备结构并不构成对设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
如图1所示，作为一种计算机储存介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及面阵相机像移补偿程序。
其中，操作系统是管理和控制便携储存设备与软件资源的程序，支持网络通信模块、用户接口模块、面阵相机像移补偿程序以及其他程序或软件的运行；网络通信模块用于管理和控制网络接口1004；用户接口模块用于管理和控制用户接口1003。
在图1所示的储存设备中，所述储存设备通过处理器1001调用存储器1005中储存的面阵相机像移补偿程序，并执行下述面阵相机像移补偿方法各个实施例中的操作。
基于上述硬件结构，提出本发明面阵相机像移补偿方法实施例。
参照图2，图2为本发明面阵相机像移补偿方法第一实施例的流程示意图，所述方法包括：
步骤S10，获取面阵相机的等效斜坡位置信息和所述面阵相机中的成像模块的当前位置信息；
步骤S20，基于所述等效斜坡位置信息、所述当前位置信息和预先创建的分数阶跟踪微分器，确定所述面阵相机的目标速度信号；
步骤S30，确定所述成像模块的当前速度信息，并基于所述目标速度信号和所述当前速度信息确定控制信号；
步骤S40，基于所述控制信号控制所述成像模块进行像移补偿。
本实施例面阵相机像移补偿方法运用于航天遥感卫星中的面阵相机像移补偿机构中，面阵相机像移补偿机构可控制面阵相机的成像模块进行运动，进而实现像移补偿。为描述方便，将面阵相机像移补偿机构简称为像移补偿机构，以像移补偿机构为例进行描述；像移补偿机构在检测到面阵相机进行拍摄时，获取面阵相机的等效斜坡位置信息和面阵相机中的成像模块的当前位置信息；像移补偿机构根据等效斜坡位置信息和当前位置信息确定位置误差，将位置误差输入预先创建的位置环控制器中，通过位置环控制器对位置误差进行校正，得到参考速度信号；像移补偿机构将参考速度信号输入预先创建的分数阶跟踪微分器中，通过分数阶跟踪微分器对参考速度信号进行轨迹规划和滤波，得到面阵相机的目标速度信号；像移补偿机构确定成像模块的当前速度信息，并根据目标速度信号和当前速度信息确定速度误差，将速度误差输入预先创建的速度控制器中，通过速度控制器对速度误差进行校正，得到控制信号；像移补偿机构将控制信号输入逆变器，通过逆变器基于控制信号生成驱动电压信号，基于驱动电压信号以及与成像模块相连的音圈电机，控制成像模块进行像移补偿。
本实施例的面阵相机像移补偿方法，获取面阵相机的等效斜坡位置信息和面阵相机中的成像模块的当前位置信息；基于等效斜坡位置信息、当前位置信息和预先创建的分数阶跟踪微分器，确定面阵相机的目标速度信号；确定成像模块的当前速度信息，并基于目标速度信号和当前速度信息确定控制信号；基于控制信号控制成像模块进行像移补偿；本发明基于等效斜坡位置信息、当前位置信息和分数阶跟踪微分器更快且无超调地确定目标速度信号，进而基于目标速度信号和当前速度信息确定控制信号控制成像模块进行像移补偿，提高了面阵相机像移补偿的准确性。
以下将对各个步骤进行详细说明：
步骤S10，获取面阵相机的等效斜坡位置信息和所述面阵相机中的成像模块的当前位置信息；
在本实施例中，像移补偿机构获取面阵相机所在的卫星对应的轨道高度或者卫星上注通信，基于轨道高度或者卫星上注通信确定对应的像移补偿速度，再基于像移补偿速度确定面阵相机的等效斜坡位置信息；像移补偿机构基于其中的直线光栅尺编码器确定面阵相机中的成像模块的当前位置信息；可以理解的是，像移补偿速度是计算得到的面阵相机对应的运动速度，在此像移补偿速度下才能保证在面阵相机在拍照曝光时，拍摄目标始终静止在面阵相机的焦平面内，实现像移补偿，进而避免发生像移现象。
步骤S20，基于所述等效斜坡位置信息、所述当前位置信息和预先创建的分数阶跟踪微分器，确定所述面阵相机的目标速度信号；
在本实施例中，像移补偿机构在确定面阵相机的等效斜坡位置信息和面阵相机中的成像模块的当前位置信息后，基于等效斜坡位置信息、当前位置信息和预先创建的分数阶跟踪微分器，确定面阵相机的目标速度信号；其中，传统的跟踪微分器有：韩京清提出的非线性微分跟踪器、Levant微分器、线性跟踪微分器。在工程应用较为广泛的是线性跟踪微分器，线性跟踪微分器的传递函数为：
其中，T为时间常数，s为拉普拉斯算子。
而本发明的分数阶跟踪微分器具体内容如下：
根据分数阶理论，将分数阶微分算子sμ，引入到线性跟踪微分器中，使得原本为整数阶的微分算子，构造为分数阶微分算子，得到分数阶跟踪微分器，分数阶跟踪微分器的传递函数为：
其中，μ为分数阶微分算子，T为时间常数，s为拉普拉斯算子，分数阶微分算子的引入为分数阶跟踪微分器提供了额外的可调自由度。
线性跟踪微分器的时间常数T与分数阶跟踪微分器的时间常数T均取0.05，分数阶微分算子μ取1.05，在相同的参数下进行试验，试验证明，本专利设计的分数阶跟踪微分器对于阶跃信号的过渡过程有更优的轨迹，非线性微分器拟合原信号的效果较差，一阶线性跟踪微分器滤波跟踪后的曲线具有明显的滞后，分数阶跟踪微分器与Levant微分器滤波效果最好，且能够较好的拟合无噪声正弦信号。因此，分数阶跟踪微分器具有更优的阶跃路径规划效果，同时对于噪声的过滤效果明显，使得像移补偿机构更快且无超调的到达指定的像移补偿速度，提高像移补偿的准确性和效率。
具体地，步骤S20包括：
步骤S201，根据所述等效斜坡位置信息和所述当前位置信息确定位置误差；
在该步骤中，像移补偿机构计算出等效斜坡位置信息和当前位置信息之间的位置误差，具体计算位置误差的公式为：
其中，xref(i)为等效斜坡位置信息，xm(i)为当前位置信息，ex(i)为位置误差。
步骤S202，将所述位置误差输入预先创建的位置环控制器中，通过所述位置环控制器对所述位置误差进行校正，得到参考速度信号；
在该步骤中，像移补偿机构在得到位置误差后，将位置误差信息输入预先创建的位置环控制器中，通过位置环控制器对位置误差进行校正，得到参考速度信号；
步骤S203，将所述参考速度信号输入预先创建的分数阶跟踪微分器中，通过所述分数阶跟踪微分器对所述参考速度信号进行轨迹规划和滤波，得到所述面阵相机的目标速度信号。
在该步骤中，像移补偿机构在确定参考速度信号后，由于参考速度信号对应的是速度阶跃信号，因此为避免出现超调碰撞，将参考速度信号输入预先创建的分数阶跟踪微分器中，通过分数阶跟踪微分器对参考速度信号进行轨迹规划和滤波，得到面阵相机的目标速度信号；其中，对参考速度信号进行轨迹规划和滤波的公式如下：
其中，μ为分数阶微分算子，T为时间常数，s为拉普拉斯算子，v* ref(s)为目标速度信号，Vref(s)为参考速度信号。
步骤S30，确定所述成像模块的当前速度信息，并基于所述目标速度信号和所述当前速度信息确定控制信号；
在本实施例中，像移补偿机构基于成像模块的当前位置信息，确定成像模块的当前速度信息，并基于目标速度信号和当前速度信息确定控制信号。
具体地，确定所述成像模块的当前速度信息的步骤包括：
步骤S301，获取所述成像模块的当前位置信息，并对所述当前位置信息进行差分运算，确定所述成像模块的当前速度信息。
在该步骤中，像移补偿机构获取成像模块的当前位置信息，并对当前位置信息进行差分运算，确定成像模块的当前速度信息；具体进行差分运算的公式如下：
其中，xm为成像模块的当前位置信息，t为当前时间，vm(i)为成像模块的当前速度信息。
具体地，基于所述目标速度信号和所述当前速度信息确定控制信号的步骤包括：
步骤S302，根据所述目标速度信号和所述当前速度信息确定速度误差；
在该步骤中，像移补偿机构在确定成像模块的当前速度信息后，计算目标速度信号和当前速度信息之间的速度误差；具体计算公式如下：
其中，v* ref(i)为目标速度信号，vm(i)为当前速度信息，ev(i)为速度误差。
步骤S303，将所述速度误差输入预先创建的速度控制器中，通过所述速度控制器对所述速度误差进行校正，得到控制信号。
在该步骤中，像移补偿机构在确定速度误差后，将速度误差输入预先创建的速度控制器中，通过速度控制器对速度误差进行校正，得到控制信号；具体校正的公式如下：
其中，U(s)为控制信号，kp为速度控制器中的比例放大系数、ki为速度控制器中的积分系数，s为拉普拉斯算子，ev(s)为速度误差。
步骤S40，基于所述控制信号控制所述成像模块进行像移补偿。
具体地，步骤S40包括：
步骤S401，将所述控制信号输入逆变器，通过所述逆变器基于所述控制信号生成驱动电压信号；
步骤S402，基于所述驱动电压信号以及与所述成像模块相连的音圈电机，控制所述成像模块进行像移补偿。
在本实施例中，像移补偿机构在得到控制信号后，将控制信号输入逆变器，通过逆变器基于控制信号生成驱动电压信号，并基于驱动电压信号以及与成像模块相连的音圈电机，控制成像模块进行像移补偿；需要说明的是，驱动电压信号为PWM波，踪仪中的电机像移补偿机构中包括成像模块和音圈电机，音圈电机与成像模块连接，音圈电机基于PWM波运行，控制成像模块在固定的轨道上运动，实现像移补偿；逆变器的传递函数为：
其中，Tv为放大器的时间常数、kv为逆变器的放大系数，s为拉普拉斯算子。
本实施例的像移补偿机构在检测到面阵相机进行拍摄时，获取面阵相机的等效斜坡位置信息和面阵相机中的成像模块的当前位置信息；像移补偿机构根据等效斜坡位置信息和当前位置信息确定位置误差，将位置误差输入预先创建的位置环控制器中，通过位置环控制器对位置误差进行校正，得到参考速度信号；像移补偿机构将参考速度信号输入预先创建的分数阶跟踪微分器中，通过分数阶跟踪微分器对参考速度信号进行轨迹规划和滤波，得到面阵相机的目标速度信号；像移补偿机构确定成像模块的当前速度信息，并根据目标速度信号和当前速度信息确定速度误差，将速度误差输入预先创建的速度控制器中，通过速度控制器对速度误差进行校正，得到控制信号；像移补偿机构将控制信号输入逆变器，通过逆变器基于控制信号生成驱动电压信号，基于驱动电压信号以及与成像模块相连的音圈电机，控制成像模块进行像移补偿。本发明基于等效斜坡位置信息、当前位置信息和分数阶跟踪微分器更快且无超调地确定目标速度信号，进而基于目标速度信号和当前速度信息确定控制信号控制成像模块进行像移补偿，提高了面阵相机像移补偿的准确性，有助于提高面阵相机的成像质量。
进一步地，基于本发明面阵相机像移补偿方法第一实施例，提出本发明面阵相机像移补偿方法第二实施例。
面阵相机像移补偿方法的第二实施例与面阵相机像移补偿方法的第一实施例的区别在于，基于所述驱动电压信号以及与所述成像模块相连的音圈电机，控制所述成像模块进行像移补偿的步骤包括：
步骤S4021，对所述驱动电压信号进行校正，得到目标驱动电压信号，并获取与所述成像模块相连的音圈电机对应的电感值和电阻值；
步骤S4022，根据所述目标驱动电压信号、所述电感值和所述电阻值计算出驱动电流信号；
步骤S4023，将所述驱动电流信号输入所述音圈电机中，通过所述音圈电机基于所述驱动电流信号驱动所述成像模块进行运动，以进行像移补偿。
本实施例中的像移补偿机构在将驱动电压信号输入音圈电机前，对驱动电压信号进行校正，得到目标驱动电压信号；可选地，像移补偿机构在得到目标驱动电压信号后，获取与成像模块相连的音圈电机对应的电感值和电阻值，并根据目标驱动电压信号、电感值和电阻值计算出驱动电流信号，再将驱动电流信号输入音圈电机中，通过音圈电机基于驱动电流信号驱动成像模块进行运动，以进行像移补偿；可选地，像移补偿机构将目标驱动电压信号输入音圈电机中，通过音圈电机根据目标驱动电压信号、音圈电机的电感值和音圈电机的电阻值计算出驱动电流信号，通过音圈电机基于驱动电流信号驱动成像模块进行运动，以进行像移补偿。
需要说明的是，根据目标驱动电压信号、电感值和电阻值计算出驱动电流信号的传递函数为：
其中，Ls为电感值，Rs为电阻值，s为拉普拉斯算子；音圈电机基于目标驱动电压信号和上述传递函数，计算出驱动电流信号，再结合驱动电流信号和音圈电机的推力系数，确定音圈电机的推力，音圈电机基于该推力推动成像模块进行运动，进行像移补偿。
进一步地，步骤S4021中，对所述驱动电压信号进行校正，得到目标驱动电压信号的步骤包括：
步骤S40211，获取所述成像模块的当前速度信息和反电动势系数，并根据所述当前速度信息和反电动势系数确定反电动势电压信号；
步骤S40212，基于所述反电动势电压信号对所述驱动电压信号进行校正，得到目标驱动电压信号。
在该步骤中，由于成像模块在运动的过程中，会切割磁场，导致产生反电动势电压信号，因此，在将驱动电压信号输入音圈电机前，对驱动电压信号进行校正；像移补偿机构获取成像模块的当前速度信息和反电动势系数，并根据当前速度信息和反电动势系数计算出成像模块在运动时产生的反电动势电压信号，将驱动电压信号与反电动势电压信号进行相减，得到目标驱动电压信号，以提高输入音圈电机的驱动电压信号的准确性。
本实施例中的像移补偿机构对驱动电压信号进行校正，得到目标驱动电压信号，并获取与成像模块相连的音圈电机对应的电感值和电阻值；根据目标驱动电压信号、电感值和电阻值计算出驱动电流信号；将驱动电流信号输入音圈电机中，通过音圈电机基于驱动电流信号驱动成像模块进行运动，以进行像移补偿。通过成像模块在运动时产生的反电动势电压信号对驱动电压信号进行校正，提高了输入音圈电机的驱动电压信号的准确性，进而提高了面阵相机像移补偿的准确性和效率，有助于提高面阵相机的成像质量。
在具体实施时，如图4所示，图4为面阵相机像移补偿机构的控制系统示意图。
图中，Fc为成像模块在像移补偿机构中的直线导轨上运动时收到的摩擦力，Fe为音圈电机的推力，ke为反电动势系数，kt为音圈电机的推力系数，Ls和Rs分别表示音圈电机的电感值和电阻值，m为像移补偿机构中的运动机构的总质量（运动机构包括：音圈电机的动子、读数头、成像模块安装框架和成像模块），xref为像移补偿速度的等效斜坡位置信息，此像移补偿速度可由轨道高度计算或者通过卫星上注通信获得。成像模块在直线导轨上的当前位置信息xm由像移补偿机构中的直线光栅尺编码器获得，vm为成像模块的当前速度信息，Speed Loop代表速度数据的通路，Position Loop代表位置数据的通路。
像移补偿机构获取成像模块当前正受到的推力和摩擦力，结合公式1/ms，计算出成像模块当前运动时的速度，再结合速度和公式1/s，计算出成像模块的当前位置信息xm；
像移补偿机构基于轨道高度计算或者通过卫星上注通信确定像移补偿速度，并确定像移补偿速度的等效斜坡位置信息xref和成像模块在直线导轨上的当前位置信息xm；像移补偿机构计算等效斜坡位置信息xref和成像模块在直线导轨上的当前位置信息xm的位置误差，将位置误差输入位置环控制器（Gp(s)），通过位置环控制器输出参考速度信息vref，将参考速度信息输入分数阶跟踪微分器，通过分数阶跟踪微分器对参考速度信号进行轨迹规划和滤波，得到面阵相机的目标速度信号v* ref；像移补偿机构计算成像模块在直线导轨上的当前速度信息vm，计算面阵相机的目标速度信号v* ref和成像模块在直线导轨上的当前速度信息vm之间的速度误差，将速度误差输入速度控制器（Gv(s)），通过速度控制器对速度误差进行校正，得到控制信号；像移补偿机构将控制信号输入逆变器（Gpwm(s)），通过逆变器生成驱动电压信号（pwm波）；像移补偿机构获取成像模块当前正受到的推力和摩擦力，结合公式1/ms，计算出成像模块当前运动时的速度，再结合速度和为反电动势系数ke计算出反电动势电压，基于反电动势电压对驱动电压信号进行校正，得到目标驱动电压信号，将目标驱动电压信号输入音圈电机，通过音圈电机基于目标驱动电压信号、自身的电感值Ls和电阻值Rs，计算出驱动电流信号，再通过音圈电机基于音圈电机基于和音圈电机的推力系数kt计算出推力Fe，基于推力推动成像模块在直线导轨上进行运动，进而使得面阵相机在拍照曝光时间内，拍摄目标始终静止在焦平面内，从而达到像移补偿，提高成像质量。
如图5所示，图5为面阵相机像移补偿机构的结构示意图，图中，1为音圈电机的定子；2为音圈电机的动子；3为直线光栅尺；4为读数头；5为成像模块安装框架；6为成像模块，内部集成面阵相机；7为机构固定框架；8为直线导轨。音圈电机动子2带动已经安装成像模块5的成像安装框架6进行往复直线运动。通过直线导轨的安装，保证单个音圈电机推动成像模块始终在焦平面内前后移动，从而实现对像移速度的补偿。此机构仅用一个音圈电机就能实现空间相机的像移补偿。
本发明还提供一种面阵相机像移补偿装置。本发明面阵相机像移补偿装置包括：
获取模块，用于获取面阵相机的等效斜坡位置信息和所述面阵相机中的成像模块的当前位置信息；
第一确定模块，用于基于所述等效斜坡位置信息、所述当前位置信息和预先创建的分数阶跟踪微分器，确定所述面阵相机的目标速度信号；
第二确定模块，用于确定所述成像模块的当前速度信息，并基于所述目标速度信号和所述当前速度信息确定控制信号；
控制模块，用于基于所述控制信号控制所述成像模块进行像移补偿。
进一步地，所述第一确定模块还用于：
根据所述等效斜坡位置信息和所述当前位置信息确定位置误差；
将所述位置误差输入预先创建的位置环控制器中，通过所述位置环控制器对所述位置误差进行校正，得到参考速度信号；
将所述参考速度信号输入预先创建的分数阶跟踪微分器中，通过所述分数阶跟踪微分器对所述参考速度信号进行轨迹规划和滤波，得到所述面阵相机的目标速度信号。
进一步地，所述第二确定模块还用于：
获取所述成像模块的当前位置信息，并对所述当前位置信息进行差分运算，确定所述成像模块的当前速度信息。
进一步地，所述第二确定模块还用于：
根据所述目标速度信号和所述当前速度信息确定速度误差；
将所述速度误差输入预先创建的速度控制器中，通过所述速度控制器对所述速度误差进行校正，得到控制信号。
进一步地，所述控制模块还用于：
将所述控制信号输入逆变器，通过所述逆变器基于所述控制信号生成驱动电压信号；
基于所述驱动电压信号以及与所述成像模块相连的音圈电机，控制所述成像模块进行像移补偿。
进一步地，所述控制模块还用于：
对所述驱动电压信号进行校正，得到目标驱动电压信号，并获取与所述成像模块相连的音圈电机对应的电感值和电阻值；
根据所述目标驱动电压信号、所述电感值和所述电阻值计算出驱动电流信号；
将所述驱动电流信号输入所述音圈电机中，通过所述音圈电机基于所述驱动电流信号驱动所述成像模块进行运动，以进行像移补偿。
进一步地，所述控制模块还包括校正模块，所述校正模块用于：
获取所述成像模块的当前速度信息和反电动势系数，并根据所述当前速度信息和反电动势系数确定反电动势电压信号；
基于所述反电动势电压信号对所述驱动电压信号进行校正，得到目标驱动电压信号。
本发明还提供一种面阵相机像移补偿系统。
面阵相机像移补偿系统包括：存储器、处理器及储存在所述存储器上并可在所述处理器上运行的面阵相机像移补偿程序，所述面阵相机像移补偿程序被所述处理器执行时实现如上所述的面阵相机像移补偿方法的步骤。
其中，在所述处理器上运行的面阵相机像移补偿程序被执行时所实现的方法可参照本发明面阵相机像移补偿方法各个实施例，此处不再赘述。
本发明还提供一种可读存储介质。
所述可读存储介质上储存有面阵相机像移补偿程序，所述面阵相机像移补偿程序被处理器执行时实现如上所述的面阵相机像移补偿方法的步骤。
其中，在所述处理器上运行的面阵相机像移补偿程序被执行时所实现的方法可参照本发明面阵相机像移补偿方法各个实施例，此处不再赘述。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品储存在如上所述的一个储存介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书与附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种面阵相机像移补偿方法，其特征在于，所述面阵相机像移补偿方法包括如下步骤：
获取面阵相机的等效斜坡位置信息和所述面阵相机中的成像模块的当前位置信息，其中，获取所述面阵相机所在的卫星对应的轨道高度或者卫星上注通信，基于所述轨道高度或者所述卫星上注通信确定对应的像移补偿速度，再基于所述像移补偿速度确定所述面阵相机的所述等效斜坡位置信息，所述像移补偿速度为所述面阵相机对应的运动速度；
基于所述等效斜坡位置信息、所述当前位置信息和预先创建的分数阶跟踪微分器，确定所述面阵相机的目标速度信号；
确定所述成像模块的当前速度信息，并基于所述目标速度信号和所述当前速度信息确定控制信号；
基于所述控制信号控制所述成像模块进行像移补偿。
2.如权利要求1所述的面阵相机像移补偿方法，其特征在于，所述基于所述等效斜坡位置信息、所述当前位置信息和预先创建的分数阶跟踪微分器，确定所述面阵相机的目标速度信号的步骤包括：
根据所述等效斜坡位置信息和所述当前位置信息确定位置误差；
将所述位置误差输入预先创建的位置环控制器中，通过所述位置环控制器对所述位置误差进行校正，得到参考速度信号；
将所述参考速度信号输入预先创建的分数阶跟踪微分器中，通过所述分数阶跟踪微分器对所述参考速度信号进行轨迹规划和滤波，得到所述面阵相机的目标速度信号。
3.如权利要求1所述的面阵相机像移补偿方法，其特征在于，所述确定所述成像模块的当前速度信息的步骤包括：
获取所述成像模块的当前位置信息，并对所述当前位置信息进行差分运算，确定所述成像模块的当前速度信息。
4.如权利要求1中所述的面阵相机像移补偿方法，其特征在于，所述基于所述目标速度信号和所述当前速度信息确定控制信号的步骤包括：
根据所述目标速度信号和所述当前速度信息确定速度误差；
将所述速度误差输入预先创建的速度控制器中，通过所述速度控制器对所述速度误差进行校正，得到控制信号。
5.如权利要求1所述的面阵相机像移补偿方法，其特征在于，所述基于所述控制信号控制所述成像模块进行像移补偿的步骤包括：
将所述控制信号输入逆变器，通过所述逆变器基于所述控制信号生成驱动电压信号；
基于所述驱动电压信号以及与所述成像模块相连的音圈电机，控制所述成像模块进行像移补偿。
6.如权利要求5所述的面阵相机像移补偿方法，其特征在于，所述基于所述驱动电压信号以及与所述成像模块相连的音圈电机，控制所述成像模块进行像移补偿的步骤包括：
对所述驱动电压信号进行校正，得到目标驱动电压信号，并获取与所述成像模块相连的音圈电机对应的电感值和电阻值；
根据所述目标驱动电压信号、所述电感值和所述电阻值计算出驱动电流信号；
将所述驱动电流信号输入所述音圈电机中，通过所述音圈电机基于所述驱动电流信号驱动所述成像模块进行运动，以进行像移补偿。
7.如权利要求6所述的面阵相机像移补偿方法，其特征在于，所述对所述驱动电压信号进行校正，得到目标驱动电压信号的步骤包括：
获取所述成像模块的当前速度信息和反电动势系数，并根据所述当前速度信息和反电动势系数确定反电动势电压信号；
基于所述反电动势电压信号对所述驱动电压信号进行校正，得到目标驱动电压信号。
8.一种面阵相机像移补偿装置，其特征在于，所述面阵相机像移补偿装置包括：
获取模块，用于获取面阵相机的等效斜坡位置信息和所述面阵相机中的成像模块的当前位置信息，其中，获取所述面阵相机所在的卫星对应的轨道高度或者卫星上注通信，基于所述轨道高度或者所述卫星上注通信确定对应的像移补偿速度，再基于所述像移补偿速度确定所述面阵相机的所述等效斜坡位置信息，所述像移补偿速度为所述面阵相机对应的运动速度；
第一确定模块，用于基于所述等效斜坡位置信息、所述当前位置信息和预先创建的分数阶跟踪微分器，确定所述面阵相机的目标速度信号；
第二确定模块，用于确定所述成像模块的当前速度信息，并基于所述目标速度信号和所述当前速度信息确定控制信号；
控制模块，用于基于所述控制信号控制所述成像模块进行像移补偿。
9.一种面阵相机像移补偿系统，其特征在于，所述面阵相机像移补偿系统包括：存储器、处理器及储存在所述存储器上并可在所述处理器上运行的面阵相机像移补偿程序，所述面阵相机像移补偿程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的面阵相机像移补偿方法的步骤。
10.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上储存有面阵相机像移补偿程序，所述面阵相机像移补偿程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的面阵相机像移补偿方法的步骤。
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