CN115562378A - 一种光电稳定平台、角速度补偿方法、存储介质 - Google Patents

一种光电稳定平台、角速度补偿方法、存储介质 Download PDF

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CN115562378A CN202211545321.0A CN202211545321A CN115562378A CN 115562378 A CN115562378 A CN 115562378A CN 202211545321 A CN202211545321 A CN 202211545321A CN 115562378 A CN115562378 A CN 115562378A
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Abstract

本发明提供了一种光电稳定平台、角速度补偿方法和存储介质，所述方法包括以下步骤：首先通过惯性导航系统采集载体的姿态信息，光电编码器采集载体的位置信息，陀螺仪组采集平台的角速度信号；而后前馈量解算模块接收姿态信息和位置信息，并采用前馈补偿算法解算出前馈补偿角速度；而后加法结接收速度控制指令、前馈补偿角速度以及角速度信号生成速度误差信号；而后速度环控制器接收速度误差信号，并根据速度误差信号生成驱动指令；而后驱动单元接收驱动指令，并根据驱动指令控制平台运动。本发明具有实时性好、补偿精度高、易于工程实现等优点。

Description

一种光电稳定平台、角速度补偿方法、存储介质
技术领域
本申请涉及惯性稳定平台测量控制领域，具体涉及一种光电稳定平台、角速度补偿方法和存储介质。
背景技术
动基座光电稳定平台是一种集光、机、电为一体，可搭载不同载荷实现特定功能的综合光电系统，广泛应用在民用的各个领域。光电稳定平台会受到运动载体姿态变化、风阻力矩干扰、发动机振动、轴系摩擦、质量不平衡、内部运动机构（如调焦、摆镜机构）等扰动因素的影响，容易导致光电载荷探测质量的下降。因此，需要采取合适的结构及控制系统设计来补偿这些因素对光电稳定平台视轴指向的干扰。
视轴稳定技术是研制动基座光电稳定平台的一个关键技术。目前国内外普遍采用数字自稳定方法来实现动基座光电稳定平台的视轴自稳定功能。数字自稳定方法主要有以下两种：基于惯导数据地理信息的视轴稳定方法和基于速率陀螺惯性信息的视轴稳定方法。对于采用速率陀螺反馈的方式实现惯性空间中的稳定指向（只考虑载体角运动）面临着由地球自转引起的瞄准线（LOS）漂移问题。比如在机载激光雷达系统中，激光雷达作为吊舱球的载荷，当激光雷达对大地上某一区域进行扫描成像时，需要将吊舱球视轴引导定位至该区域，然后利用速率陀螺做稳像控制，但由地球自转引起的瞄准线漂移使得激光雷达成像质量变差。
针对上述需求，现有技术提供了以下解决方案：
传统的瞄准线漂移补偿是采用人工操作，通过人眼观察瞄准线的漂移方向和速度，操作人员操作外设补偿按键向光电稳定平台系统发送反向速度补偿命令，但由于人眼分辨力的限制，该方法补偿精度不高，效率低下。
北京理工大学申请的中国专利201110008567的专利公开了一种消除瞄准线基线漂移的方法，基于车载光电稳定系统，其原理为首先将光电稳定系统瞄准一静目标，然后开启车载CCD摄像机，令其对准瞄准系统的监视器。在瞄准线缓慢漂移的过程中，CCD采集监视器的每一帧图像，针对每帧图像提取特征点，并计算各个特征点的坐标值，利用曲线拟合方法提取常值漂移量，并在控制系统中减去该漂移分量，即可消除瞄准线漂移。相对手动补偿漂移而言，该方法采用图像处理的方法提取漂移更为先进，但该发明需要额外配备CCD设备，增加了系统的复杂性，不适用于其他载体的光电稳定系统，并且受监视器的帧频、CCD相对监视器的位置等诸多因素影响，补偿精度低。
中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所申请的公开号为CN106441366A的专利公开了一种两轴四框光电吊舱自动陀螺漂移补偿的实现方法。该方法在吊舱静止后保持外框和内框的角度，通过微分计算其相应角速度。根据框架角速度解算出光轴移动角速度，通过根据光轴移动角速度，计算漂移补偿参数并进行补偿，当光轴静态稳定性小于阈值时储存漂移补偿参数，并自动退出自动漂移补偿状态。相对手动补偿漂移而言，该方法根据框架角速度提取光轴移动的角速度更为先进，但该发明通过角度微分获取角速度，会引入计算误差，影响补偿精度，而且该方法需要按键完成，需要人机交互。
因此，提供一种工程上易于实现、补偿精度高的动基座光电稳定平台视轴瞄准线漂移补偿方法是非常必要的。
发明内容
鉴于上述问题，本申请提供了一种通过结合运动载体上惯导系统输出载体的姿态信息，实时解算前馈量以补偿由地球自转引起的瞄准线漂移的方法，具有实时性好、补偿精度高、易于工程实现等优点。
为实现上述目的，在第一方面，本发明提供了一种光电稳定平台，包括前馈量解算模块、加法结、速度环控制器、驱动单元、陀螺仪组、光电编码器及惯性导航系统；所述光电编码器及惯性导航系统设置于平台的载体上；
所述惯性导航系统用于采集载体的姿态信息；
所述光电编码器用于采集载体的位置信息；
所述陀螺仪组用于采集平台的角速度信号；
所述前馈量解算模块用于接收所述姿态信息和所述位置信息，并采用前馈补偿算法解算出前馈补偿角速度；
所述加法结用于接收速度控制指令、所述前馈补偿角速度以及所述角速度信号生成速度误差信号；
所述速度环控制器用于接收所述速度误差信号，并根据所述速度误差信号生成驱动指令；
所述驱动单元用于接收所述驱动指令，并根据所述驱动指令控制所述平台运动。
在一些实施例中，采用前馈补偿算法解算出前馈补偿角速度包括：
S21:将地球自转角速度从大地坐标系变换到地理坐标系中；
S22:将地理坐标系变换为载体坐标系；
S23:将载体坐标系变换为方位框架坐标系；
S34：将方位框架坐标系变换为俯仰框架坐标系，得到速度前馈量，将所述速度前馈量作为所述前馈补偿角速度。
在一些实施例中，步骤S21包括：
设参考于惯性坐标系的地球自转角速度为Wn，所述载体在纬度为L的位置，则Wn在地理坐标系下坐标轴 OD_YD、 OD_ZD及OD_XD上的分量分别为：Wncos(L)，Wnsin(L)，0。
在一些实施例中，步骤S22包括：
所述姿态信息包括载体姿态角度，设载体姿态角度分别为航向角φ、俯仰角θ、横滚角γ，地理坐标系到载体坐标系的坐标变换矩阵
Figure 76962DEST_PATH_IMAGE001
按先航向、后俯仰、再横滚转动的优先级顺序计算得到，计算公式如下：
Figure 302406DEST_PATH_IMAGE002
；
参考于惯性坐标系的地球自转角速度在载体坐标系上投影为：
Figure 219547DEST_PATH_IMAGE003
。
在一些实施例中，步骤S23包括：
载体坐标系到方位框架坐标系的坐标变换矩阵
Figure 999284DEST_PATH_IMAGE004
为：
Figure 660073DEST_PATH_IMAGE005
参考于惯性坐标系的地球自转角速度在方位框架坐标系上的投影为：
Figure 740024DEST_PATH_IMAGE006
。
在一些实施例中，步骤S24包括：
以光学设备中心为原点
Figure 828066DEST_PATH_IMAGE007
,
Figure 95099DEST_PATH_IMAGE008
轴指向光电设备的视轴，视轴朝前为正；
Figure 825158DEST_PATH_IMAGE009
轴与俯仰轴重合，设备右侧方向为正；
Figure 759616DEST_PATH_IMAGE010
轴与
Figure 752979DEST_PATH_IMAGE011
轴及
Figure 772888DEST_PATH_IMAGE009
成右手系；
Figure 41058DEST_PATH_IMAGE012
在同一个平面，其中，
Figure 830023DEST_PATH_IMAGE013
为方位轴，
Figure 994288DEST_PATH_IMAGE008
为视轴；
首先根据以下公式将
Figure 501493DEST_PATH_IMAGE014
投影到
Figure 307775DEST_PATH_IMAGE008
轴及
Figure 951245DEST_PATH_IMAGE010
轴上：
Figure 817570DEST_PATH_IMAGE015
；
而后将
Figure 280913DEST_PATH_IMAGE016
部分分解，设其分量
Figure 890886DEST_PATH_IMAGE017
满足
Figure 388863DEST_PATH_IMAGE018
，则有
Figure 426089DEST_PATH_IMAGE019
，得到
Figure 642307DEST_PATH_IMAGE017
在
Figure 524812DEST_PATH_IMAGE008
轴上的分量为
Figure 142875DEST_PATH_IMAGE020
，则视轴上总投影速度为：
Figure 351003DEST_PATH_IMAGE021
；
在方位轴
Figure 54517DEST_PATH_IMAGE013
上的投影速度为：
Figure 740713DEST_PATH_IMAGE022
；
而后综合计算出前馈补偿角速度，所述前馈补偿角速度包括前馈方位a和前馈俯仰速度f，计算公式如下：
Figure 213283DEST_PATH_IMAGE023
；
在一些实施例中，所述陀螺仪组包括第一陀螺仪和第二陀螺仪，所述第一陀螺仪和第二陀螺仪分别用于测量所述平台在两个不同自由度方向上的角速度信号。
在一些实施例中，还包括存储器，所述存储器用于存储所述前馈补偿算法，所述前馈补偿算法被处理器以预设周期轮询调用，以对平台运动过程中的角速度误差进行实时校正。
在第二方面，本发明提供了一种基于光电稳定平台的角速度补偿方法，适用于如本发明第一方面所述的光电稳定平台，所述方法包括以下步骤：
惯性导航系统采集载体的姿态信息，光电编码器采集载体的位置信息，陀螺仪组采集平台的角速度信号；
前馈量解算模块接收所述姿态信息和所述位置信息，并采用前馈补偿算法解算出前馈补偿角速度；
加法结接收速度控制指令、所述前馈补偿角速度以及所述角速度信号生成速度误差信号；
速度环控制器接收所述速度误差信号，并根据所述速度误差信号生成驱动指令；
驱动单元接收所述驱动指令，并根据所述驱动指令控制所述平台运动。
在第三方面，本发明还提供了一种可读计算机存储介质，其上存储计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器执行时实现如本发明第二方面所述的方法。
区别于现有技术，本发明提供了一种光电稳定平台、角速度补偿方法和存储介质，所述方法包括以下步骤：首先通过惯性导航系统采集载体的姿态信息，光电编码器采集载体的位置信息，陀螺仪组采集平台的角速度信号；而后前馈量解算模块接收姿态信息和位置信息，并采用前馈补偿算法解算出前馈补偿角速度；而后加法结接收速度控制指令、前馈补偿角速度以及角速度信号生成速度误差信号；而后速度环控制器接收速度误差信号，并根据速度误差信号生成驱动指令；而后驱动单元接收驱动指令，并根据驱动指令控制平台运动。本发明具有实时性好、补偿精度高、易于工程实现等优点。
上述发明内容相关记载仅是本申请技术方案的概述，为了让本领域普通技术人员能够更清楚地了解本申请的技术方案，进而可以依据说明书的文字及附图记载的内容予以实施，并且为了让本申请的上述目的及其它目的、特征和优点能够更易于理解，以下结合本申请的具体实施方式及附图进行说明。
附图说明
附图仅用于示出本发明具体实施方式以及其他相关内容的原理、实现方式、应用、特点以及效果等，并不能认为是对本申请的限制。
在说明书附图中：
图1为本发明一具体实施方式所述的光电稳定平台的模块示意图；
图2为本发明另一具体实施方式所述的光电稳定平台的模块示意图；
图3为本发明一具体实施方式所述的惯性坐标系、大地坐标系、地理坐标系的定义示意图；
图4为本发明一具体实施方式所述的大地坐标系与地理坐标系的关系示意图；
图5为本发明一具体实施方式所述的载体坐标系的示意图；
图6为本发明一具体实施方式所述的方位框架坐标系和俯仰框架坐标系的示意图；
图7为本发明一具体实施方式所述的俯仰框架坐标系的侧面示意图；
图8为本发明一具体实施方式所述的基于光电稳定平台的角速度补偿方法的流程图；
图9为本发明另一具体实施方式所述的基于光电稳定平台的角速度补偿方法的流程图；
图10为本发明一具体实施方式所述的采用前馈补偿算法解算出前馈补偿角速度的流程图。
其中的附图标记包括：
1、光电稳定平台；
10、前馈量解算模块；
20、加法结；
30、速度环控制器；
40、驱动单元；
50、陀螺仪组；501、第一陀螺仪；502、第二陀螺仪；
60、光电编码器；
70、惯性导航系统
80、存储器。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
如图1所示，本发明提供了一种光电稳定平台1，包括前馈量解算模块10、加法结20、速度环控制器30、驱动单元40、陀螺仪组50、光电编码器60及惯性导航系统70；所述光电编码器60及惯性导航系统70设置于平台的载体上；
所述惯性导航系统70用于采集载体的姿态信息；
所述光电编码器60用于采集载体的位置信息；
所述陀螺仪组50用于采集平台的角速度信号；
所述前馈量解算模块10用于接收所述姿态信息和所述位置信息，并采用前馈补偿算法解算出前馈补偿角速度；
所述加法结20用于接收速度控制指令、所述前馈补偿角速度以及所述角速度信号生成速度误差信号；
所述速度环控制器30用于接收所述速度误差信号，并根据所述速度误差信号生成驱动指令；
所述驱动单元40用于接收所述驱动指令，并根据所述驱动指令控制所述平台运动。
在本实施方式中，加法节表示一种累加器，是一种累加求和的方法，在控制系统中，用于计算误差信号。对于一般的控制系统而言，加法节的输出为给定输入量与反馈量的负值的累加和。在本申请的控制系统中，加法结的输出为给定输入量、反馈量的负值与前馈量的累加和。
在本实施方式中，速度控制指令为给定输入量，速度误差信号为加法节计算后的结果，具体计算公式如下：速度误差信号=速度控制指令（给定输入量）-角速度信号（反馈量）+前馈补偿角速度（前馈量）。
在本实施方式中，速度误差信号作为速度控制器的输入，用于计算电流内环的给定输入（即速度控制器的输出）。电流内环的给定输入经电流闭环后得到电机控制电压信号，此电压信号通过控制器转换为一定占空比的PWM控制信号，电压信号的高低与PWM信号的占空比大小为线性关系）。PWM控制信号即驱动指令，用以控制电机驱动芯片，进而驱动电机。
在某些实施例中，所述陀螺仪组50包括第一陀螺仪501和第二陀螺仪502，所述第一陀螺仪501和第二陀螺仪502分别用于测量所述平台在两个不同自由度方向上的角速度信号。通过第一陀螺仪501和第二陀螺仪502来分别测量所述平台在两个不同自由度方向上的角速度信号，速度环控制器30基于速度误差信号分别对这两个自由度方向上的角速度信号进行调整，能够有效提升光电稳定平台的补偿精度。
如图2所示，本发明优选实施例是两轴两框架光电稳定平台系统，该系统包括可见及红外跟踪器，所述可见及红外跟踪器安装于万向架上共同构成了光电稳定平台，该平台受伺服控制单元驱动。本发明的瞄准线漂移补偿算法补偿于陀螺稳定回路，参见附图2。陀螺稳定回路包括前馈量解算模块、加法结、速度环控制器、被控对象（驱动电机及轴系机构）、安装于光电平台上的两自由度速率陀螺和光电编码器及惯性导航系统。前馈量解算模块接收载体上安装的惯性导航系统输出载体姿态信息及光电编码器位置信息，通过前馈补偿算法解算出前馈补偿角速度。加法结接收速度控制指令、陀螺敏感的光电平台的角速度信号以及前馈量解算模块输出的前馈角速度，生成速度误差信号送入速度环控制器模块，速度环控制器模块采用伺服控制算法由速度误差信号生成电机驱动指令，驱动指令驱动电机驱动器，控制平台运动，具体是通过调整运动平台在惯性空间的运动角速度。
上述方案通过结合运动载体的惯性导航系统输出载体的姿态信息，实时解算前馈量以补偿由地球自转引起的瞄准线漂移。本发明具有实时性好、补偿精度高、易于工程实现等优点，可以用于解决工程实际问题并为视轴稳定技术提供了新视角。
如图10所示，在某些实施例中，采用前馈补偿算法解算出前馈补偿角速度包括：
S21:将地球自转角速度从大地坐标系变换到地理坐标系中；
S22:将地理坐标系变换为载体坐标系；
S23:将载体坐标系变换为方位框架坐标系；
S34：将方位框架坐标系变换为俯仰框架坐标系，得到速度前馈量，将所述速度前馈量作为所述前馈补偿角速度。
如图3所示，为本发明一具体实施方式所述的惯性坐标系、大地坐标系、地理坐标系的定义示意图。
惯性坐标系O g_ XgYgZg又称惯性空间，速率陀螺仪敏感轴所敏感的角速度参考于此坐标系。该坐标系以地心为原点O g ，坐标轴O g_ Zg与地球自转轴相重合，指向北极为其正向，平面系O g_ XgYg与赤道平面相重合；坐标轴系O g_ Xg与系O g_ Yg正向分别指向两恒星。
大地坐标系
Figure 592311DEST_PATH_IMAGE024
以地心为原点
Figure 783121DEST_PATH_IMAGE025
，坐标轴
Figure 273008DEST_PATH_IMAGE026
与地球自转轴重合，指向北极为正，平面
Figure 600084DEST_PATH_IMAGE027
与赤道平面重合；坐标轴
Figure 887365DEST_PATH_IMAGE028
穿过本初子午线，
Figure 565471DEST_PATH_IMAGE029
穿过东经90°子午线，该坐标系绕地轴以地球自转角速度相对于惯性坐标系转动。
地理坐标系
Figure 859049DEST_PATH_IMAGE030
：以惯导中心为原点
Figure 306211DEST_PATH_IMAGE031
,
Figure 27042DEST_PATH_IMAGE032
轴指向正北，
Figure 661286DEST_PATH_IMAGE033
轴指向正东，
Figure 492976DEST_PATH_IMAGE034
轴指向天顶。
如图5所示，为本发明一具体实施方式所述的载体坐标系的示意图。以舰船为例，载体坐标系
Figure 60223DEST_PATH_IMAGE035
：以惯导中心为原点
Figure 951956DEST_PATH_IMAGE036
,
Figure 73496DEST_PATH_IMAGE037
轴指向艏艉线，船头为正；
Figure 708876DEST_PATH_IMAGE038
轴垂直甲板平面，向上为正；
Figure 130630DEST_PATH_IMAGE039
轴与
Figure 927685DEST_PATH_IMAGE038
轴及
Figure 802100DEST_PATH_IMAGE037
轴成右手系。
如图6和图7所示，方位框架坐标系
Figure 975593DEST_PATH_IMAGE040
以光学设备中心为原点
Figure 251853DEST_PATH_IMAGE041
,
Figure 219809DEST_PATH_IMAGE042
轴与
Figure 581520DEST_PATH_IMAGE038
轴平行，垂直于飞机平面向上为正；
Figure 558704DEST_PATH_IMAGE043
轴与设备俯仰轴平行，设备右侧方向为正；
Figure 689471DEST_PATH_IMAGE044
轴与
Figure 828328DEST_PATH_IMAGE042
轴及
Figure 677335DEST_PATH_IMAGE043
成右手系。俯仰框架坐标系
Figure 458210DEST_PATH_IMAGE045
以光学设备中心为原点
Figure 177904DEST_PATH_IMAGE007
,
Figure 753242DEST_PATH_IMAGE011
轴指向光电设备的视轴，视轴朝前为正；
Figure 89545DEST_PATH_IMAGE046
轴与俯仰轴重合，设备右侧方向为正；
Figure 408531DEST_PATH_IMAGE047
轴与
Figure 248311DEST_PATH_IMAGE011
轴及
Figure 994550DEST_PATH_IMAGE046
成右手系。
在某些实施例中，所述光电稳定平台1还包括存储器80，所述存储器80用于存储所述前馈补偿算法，所述前馈补偿算法被处理器以预设周期轮询调用，以对平台运动过程中的角速度误差进行实时校正。预设周期优选为1ms。所述存储器80包括但不限于：RAM、ROM、磁碟、磁带、光盘、闪存、U 盘、移动硬盘、存储卡、记忆棒、网络服务器存储、网络云存储等。
假设光电稳定平台方位及俯仰回路进行陀螺反馈零速速度闭环，视轴便惯性稳定，初始时刻指向某一目标。由于地球自转角速度在方位轴及俯仰轴上存在分量，导致视轴逐渐飘离目标。瞄准线漂移现象的实质是，光电稳定平台的视轴稳定在惯性坐标系下，大地坐标系绕地轴以15°/h相对于惯性坐标系转动，视轴便随地球自转在大地坐标系中发生移动。为消除瞄准线漂移，可以将这种影响看作是由目标的运动引起的，即把地球自转速度附加给视轴的速度当作是目标的运动速度，把目标的运动速度在光电稳定平台系统方位及俯仰轴的分量前馈至伺服系统的速度回路，就能补偿地球自转的影响，使视轴稳定指向地上目标（只考虑载体角运动）。
在步骤S21中，设参考于惯性坐标系的地球自转角速度为Wn，所述载体在纬度为L的位置，大地坐标系与地理坐标系的关系如图4所示。坐标轴On_Zn与平面OD_YD ZD 重合，OD_m与轴On_Zn平行。则Wn在地理坐标系下坐标轴OD_YD、OD_ZD及OD_XD上的分量分别为：Wncos(L)，Wnsin(L)，0。
在步骤S22中， 所述姿态信息包括载体姿态角度，设载体姿态角度分别为航向角φ、俯仰角θ、横滚角γ，地理坐标系到载体坐标系的坐标变换矩阵
Figure 818150DEST_PATH_IMAGE001
按先航向、后俯仰、再横滚转动（假设均按正方向进行转动）的优先级顺序计算得到，计算公式如下：
Figure 675247DEST_PATH_IMAGE002
；
参考于惯性坐标系的地球自转角速度在载体坐标系上投影为：
Figure 369534DEST_PATH_IMAGE003
。
在步骤S23中，载体坐标系到方位框架坐标系的坐标变换矩阵
Figure 552253DEST_PATH_IMAGE004
为：
Figure 597570DEST_PATH_IMAGE005
参考于惯性坐标系的地球自转角速度在方位框架坐标系上的投影为：
Figure 992779DEST_PATH_IMAGE006
。
假定地球自转角速度在光电稳定平台的俯仰轴上的投影为
Figure 72730DEST_PATH_IMAGE048
,下面求方位轴上的投影分量。如图6所示，以光学设备中心为原点
Figure 160772DEST_PATH_IMAGE007
,
Figure 693385DEST_PATH_IMAGE008
轴指向光电设备的视轴，视轴朝前为正；
Figure 157864DEST_PATH_IMAGE009
轴与俯仰轴重合，设备右侧方向为正；
Figure 826743DEST_PATH_IMAGE010
轴与
Figure 85686DEST_PATH_IMAGE011
轴及
Figure 105594DEST_PATH_IMAGE009
成右手系；
Figure 111115DEST_PATH_IMAGE012
在同一个平面，其中，
Figure 900080DEST_PATH_IMAGE013
为方位轴，
Figure 595503DEST_PATH_IMAGE008
为视轴。如图7所示，
Figure 837129DEST_PATH_IMAGE012
在同一个平面，将
Figure 377831DEST_PATH_IMAGE013
与
Figure 286882DEST_PATH_IMAGE049
上的
Figure 887627DEST_PATH_IMAGE016
与
Figure 882128DEST_PATH_IMAGE014
投影到
Figure 960943DEST_PATH_IMAGE013
（方位轴）及
Figure 724499DEST_PATH_IMAGE009
（视轴）上。
首先根据以下公式将
Figure 761725DEST_PATH_IMAGE014
投影到
Figure 977943DEST_PATH_IMAGE008
轴及
Figure 860448DEST_PATH_IMAGE010
轴上：
Figure 478512DEST_PATH_IMAGE015
；
为消除在
Figure 686639DEST_PATH_IMAGE010
轴上的分量，而后将
Figure 390153DEST_PATH_IMAGE016
部分分解，设其分量
Figure 810770DEST_PATH_IMAGE017
满足
Figure 548919DEST_PATH_IMAGE018
，则有
Figure 927947DEST_PATH_IMAGE019
，得到
Figure 118757DEST_PATH_IMAGE017
在
Figure 343065DEST_PATH_IMAGE008
轴上的分量为
Figure 670141DEST_PATH_IMAGE020
，则视轴上总投影速度为：
Figure 220071DEST_PATH_IMAGE021
；
在视轴上的投影速度只能引起视轴的旋转，并不影响其指向。在方位轴
Figure 898177DEST_PATH_IMAGE013
上的投影速度为：
Figure 926176DEST_PATH_IMAGE022
；
而后综合计算出前馈补偿角速度，所述前馈补偿角速度包括前馈方位a和前馈俯仰速度f，计算公式如下：
Figure 373338DEST_PATH_IMAGE023
；
而后可以将计算得到的前馈方位a和前馈俯仰速度f前馈到加法结中进行计算。
如图8所示，在第二方面，本发明还提供了一种基于光电稳定平台的角速度补偿方法，适用于如本发明第一方面所述的光电稳定平台，所述方法包括以下步骤：
首先进入步骤S801惯性导航系统采集载体的姿态信息，光电编码器采集载体的位置信息，陀螺仪组采集平台的角速度信号；
而后进入步骤S802前馈量解算模块接收所述姿态信息和所述位置信息，并采用前馈补偿算法解算出前馈补偿角速度；
而后进入步骤S803加法结接收速度控制指令、所述前馈补偿角速度以及所述角速度信号生成速度误差信号；
而后进入步骤S804速度环控制器接收所述速度误差信号，并根据所述速度误差信号生成驱动指令；
而后进入步骤S805驱动单元接收所述驱动指令，并根据所述驱动指令控制所述平台运动。
如图9所示，为本发明另一具体实施方式所述的基于光电稳定平台的角速度补偿方法的流程图。所述方法包括：
首先进入步骤定时器中断；
而后进入步骤读取EQEP（光电编码器）的寄存器数值计算机械角度；
而后进入步骤读取惯导系统姿态及纬度信息；
而后进入步骤将地球自转角速度从大地坐标系变换到地理坐标系；
而后进入步骤将地球自转角速度从地理坐标系变换到载体坐标系；
而后进入步骤将地球自转角速度从载体坐标系变换到方位框架坐标系；
而后进入步骤将地球自转角速度从方位框架坐标系变换到俯仰框架坐标系；
而后进入步骤将得到速度前馈量前馈到速度环中。
本发明中瞄准线漂移前馈补偿算法不仅可以应用到机载光电稳定平台中，还可以应用到不同载体上的光电稳定平台中，如舰载、车载、星载及弹载等载体。本发明的光电稳定平台具有以下优点：
（1）数据更新频率高，可以达到1Khz，提高了瞄准线漂移补偿精度；
（2）实时性好，根据惯导输出信息及编码器信息实时计算前馈补偿量；
（3）无需人工干预，可实现自主补偿，劲儿提高补偿效率。
在第三方面，本发明还提供了一种可读计算机存储介质，其上存储计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器执行时实现如本发明第二方面所述的方法。
所述存储介质包括但不限于：RAM、ROM、磁碟、磁带、光盘、闪存、U 盘、移动硬盘、存储卡、记忆棒、网络服务器存储、网络云存储等。
尽管在本申请的说明书文字及附图中已经对上述各实施例进行了描述，但并不能因此限制本申请的专利保护范围。凡是基于本申请的实质理念，利用本申请说明书文字及附图记载的内容所作的等效结构或等效流程替换或修改产生的技术方案，以及直接或间接地将以上实施例的技术方案实施于其他相关的技术领域等，均包括在本申请的专利保护范围之内。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种光电稳定平台，其特征在于，包括前馈量解算模块、加法结、速度环控制器、驱动单元、陀螺仪组、光电编码器及惯性导航系统；所述光电编码器及惯性导航系统设置于平台的载体上；
所述惯性导航系统用于采集载体的姿态信息；
所述光电编码器用于采集载体的位置信息；
所述陀螺仪组用于采集平台的角速度信号；
所述前馈量解算模块用于接收所述姿态信息和所述位置信息，并采用前馈补偿算法解算出前馈补偿角速度；
所述加法结用于接收速度控制指令、所述前馈补偿角速度以及所述角速度信号生成速度误差信号；
所述速度环控制器用于接收所述速度误差信号，并根据所述速度误差信号生成驱动指令；
所述驱动单元用于接收所述驱动指令，并根据所述驱动指令控制所述平台运动。
2.如权利要求1所述的光电稳定平台，其特征在于，采用前馈补偿算法解算出前馈补偿角速度包括：
S21:将地球自转角速度从大地坐标系变换到地理坐标系中；
S22:将地理坐标系变换为载体坐标系；
S23:将载体坐标系变换为方位框架坐标系；
S34：将方位框架坐标系变换为俯仰框架坐标系，得到速度前馈量，将所述速度前馈量作为所述前馈补偿角速度。
3.如权利要求2所述的光电稳定平台，其特征在于，步骤S21包括：
设参考于惯性坐标系的地球自转角速度为Wn，所述载体在纬度为L的位置，则Wn在地理坐标系下坐标轴OD_YD、 OD_ZD及OD_XD上的分量分别为：Wncos(L)，Wnsin(L)，0。
4.如权利要求3所述的光电稳定平台，其特征在于，步骤S22包括：
所述姿态信息包括载体姿态角度，设载体姿态角度分别为航向角φ、俯仰角θ、横滚角γ，地理坐标系到载体坐标系的坐标变换矩阵
Figure 199953DEST_PATH_IMAGE001
按先航向、后俯仰、再横滚转动的优先级顺序计算得到，计算公式如下：
Figure 612480DEST_PATH_IMAGE002
；
参考于惯性坐标系的地球自转角速度在载体坐标系上投影为：
Figure 906058DEST_PATH_IMAGE003
。
5.如权利要求4所述的光电稳定平台，其特征在于，步骤S23包括：
载体坐标系到方位框架坐标系的坐标变换矩阵
Figure 87640DEST_PATH_IMAGE004
为：
Figure 74051DEST_PATH_IMAGE005
参考于惯性坐标系的地球自转角速度在方位框架坐标系上的投影为：
Figure 973874DEST_PATH_IMAGE006
。
6.如权利要求5所述的光电稳定平台，其特征在于，步骤S24包括：
以光学设备中心为原点
Figure 805563DEST_PATH_IMAGE007
,
Figure 107232DEST_PATH_IMAGE008
轴指向光电设备的视轴，视轴朝前为正；
Figure 733385DEST_PATH_IMAGE009
轴与俯仰轴重合，设备右侧方向为正；
Figure 120504DEST_PATH_IMAGE010
轴与
Figure 755885DEST_PATH_IMAGE011
轴及
Figure 177639DEST_PATH_IMAGE009
成右手系；
Figure 974694DEST_PATH_IMAGE012
在同一个平面，其中，
Figure 849109DEST_PATH_IMAGE013
为方位轴，
Figure 22601DEST_PATH_IMAGE008
为视轴；
首先根据以下公式将
Figure 33282DEST_PATH_IMAGE014
投影到
Figure 266818DEST_PATH_IMAGE008
轴及
Figure 628529DEST_PATH_IMAGE010
轴上：
Figure 605712DEST_PATH_IMAGE015
；
而后将
Figure 2058DEST_PATH_IMAGE016
部分分解，设其分量
Figure 406495DEST_PATH_IMAGE017
满足
Figure 724344DEST_PATH_IMAGE018
，则有
Figure 505218DEST_PATH_IMAGE019
，得到
Figure 756071DEST_PATH_IMAGE020
在
Figure 331409DEST_PATH_IMAGE008
轴上的分量为
Figure 136554DEST_PATH_IMAGE021
，则视轴上总投影速度为：
Figure 455539DEST_PATH_IMAGE022
；
在方位轴
Figure 560899DEST_PATH_IMAGE013
上的投影速度为：
Figure 307138DEST_PATH_IMAGE023
；
而后综合计算出前馈补偿角速度，所述前馈补偿角速度包括前馈方位a和前馈俯仰速度f，计算公式如下：
Figure 865158DEST_PATH_IMAGE024
。
7.如权利要求1所述的光电稳定平台，其特征在于，所述陀螺仪组包括第一陀螺仪和第二陀螺仪，所述第一陀螺仪和第二陀螺仪分别用于测量所述平台在两个不同自由度方向上的角速度信号。
8.如权利要求1所述的光电稳定平台，其特征在于，还包括存储器，所述存储器用于存储所述前馈补偿算法，所述前馈补偿算法被处理器以预设周期轮询调用，以对平台运动过程中的角速度误差进行实时校正。
9.一种基于光电稳定平台的角速度补偿方法，其特征在于，适用于如权利要求1至8任一项所述的光电稳定平台，所述方法包括以下步骤：
惯性导航系统采集载体的姿态信息，光电编码器采集载体的位置信息，陀螺仪组采集平台的角速度信号；
前馈量解算模块接收所述姿态信息和所述位置信息，并采用前馈补偿算法解算出前馈补偿角速度；
加法结接收速度控制指令、所述前馈补偿角速度以及所述角速度信号生成速度误差信号；
速度环控制器接收所述速度误差信号，并根据所述速度误差信号生成驱动指令；
驱动单元接收所述驱动指令，并根据所述驱动指令控制所述平台运动。
10.一种可读计算机存储介质，其上存储计算机程序指令，其特征在于，所述计算机程序指令在被处理器执行时实现如权利要求9所述的方法。
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