CN219914417U - 一种陀螺惯导双控制探头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种陀螺惯导双控制探头，包括通过横滚轴承套设在底座上的横滚轴，所述横滚轴与飞行载体的横滚轴相平行，横滚轴顶端设有横滚框；陀螺直接敏感拍摄单元的瞄准线，拍摄单元的瞄准线透过飞行载体上设置的窗口玻璃下视；陀螺、伺服驱动电机和控制板电机构成闭环反馈对拍摄单元的瞄准线进行控制；控制板接收陀螺的数据、位置编码器的数据和惯导信息，产生控制信号发送给驱动电机进行驱动。在陀螺反馈的基础上，通过惯导数据指令可以实现瞄准线的姿态控制，两者结合可隔离飞行扰动，并实现系统的反扫控制；这样控制板输出控制指令给横滚电机或俯仰电机，带动俯仰轴/横滚轴反向转动消除飞行扰动，保证拍摄质量。
Description
技术领域
本实用新型属于飞行器探测技术领域，涉及一种陀螺惯导双控制探头。
背景技术
近些年来，随着包括无人机在内的飞行技术的蓬勃发展，无论在国民经济领域还是在国防军事上其重要性日益突出；其中飞行拍摄或者航拍是其中重要的应用之一。
在飞行连续拍摄时，随飞行抖动翻滚可能形成S型排布的图片，因此需要拍摄视轴的稳定。用三维框架稳定是很多产品所采取的方案，三维稳定非常复杂，适用于大型高价值设备，如平台式惯导系统等，通常的摄像或拍照稳定系统难以承受，可通过反向驱动摄像头来进行改进，而限于飞行器有限的搭载环境，惯导尚不能准确控制。
实用新型内容
本实用新型解决的技术问题在于提供一种陀螺惯导双控制探头，可带动俯仰轴/横滚轴反向转动消除飞行扰动，保证拍摄质量。
本实用新型是通过以下技术方案来实现：
一种陀螺惯导双控制探头，包括通过横滚轴承套设在底座上的横滚轴，所述横滚轴与飞行载体的横滚轴相平行，横滚轴顶端设有横滚框；
横滚电机通过横滚电机轴与横滚轴相连接，横滚编码器通过横滚编码器定子座与底座底部相连接，横滚编码器转子座与横滚轴相贴合；
横滚框上设有与飞行载体的俯仰轴相平行的俯仰轴，俯仰轴上设有拍摄单元；横滚框的两侧分别安装俯仰电机和位置编码器；
底座底部还设有可旋转的走线支架，横滚电机、俯仰电机、拍摄单元的电源线和传输线均定向缠绕在走线支架上，并通过开设在底座上的线孔分别与加载惯导系统的控制板和接口组件相连接；
所述拍摄结构体包括拍摄单元和陀螺；拍摄单元是将红外拍摄相机、可见光拍摄相机及激光测距单元一体化设置，通过镜头互相错位排布、光轴一致性调校来实现可见光和红外相机对着同一个目标拍摄；
陀螺直接敏感拍摄单元的瞄准线，拍摄单元的瞄准线透过飞行载体上设置的窗口玻璃下视；
陀螺、伺服驱动电机和控制板电机构成闭环反馈对拍摄单元的瞄准线进行控制；控制板接收陀螺的数据、位置编码器的数据和惯导信息，产生控制信号发送给驱动电机进行驱动。
横滚框上设有俯仰限位块，其一端与横滚框固定连接，另一端为自由端并伸出至红外拍摄相机旁侧；
底座外周上设有横滚限位块，横滚框底部设有与之相匹配的横滚限位槽。
所述陀螺敏感瞄准线在惯性空间的运动，经控制板输出控制指令给伺服驱动器，伺服驱动器反向驱动带动驱动框架消除飞行扰动对瞄准线的影响，并可接收控制指令按照一定速度运动。
所述的控制板还通过伺服驱动器给驱动框架施加大小相等方向相反的角运动来抵消飞行平动引起的图像运动，使曝光时刻内，景物相对图像传感器没有发生相对运动，以进行反扫。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
本实用新型通过陀螺反馈可以实现瞄准线的高带宽控制，对于衰减高频扰动具有重要作用；在陀螺反馈的基础上，通过惯导数据指令可以实现瞄准线的姿态控制，两者结合可隔离飞行扰动，并实现系统的反扫控制；这样控制板输出控制指令给横滚电机或俯仰电机，带动俯仰轴/横滚轴反向转动消除飞行扰动，保证拍摄质量。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的拍摄单元结构示意图；
图3为本实用新型的双控制示意图；
图4为本实用新型的底座结构示意图；
图5为图4的A-A向剖视图；
图6为图4的B-B向剖视图；
其中，101为底座，102为横滚框，103为图像处理板；104为接口组件，105为陀螺，106为红外拍摄相机，107为可见光拍摄相机，108为控制板，109为固定孔；110为俯仰限位块；111为配重块；
1为横滚轴承，2为横滚轴，3为横滚电机轴，4为横滚编码器转子座，5为横滚限位块，6为底座架，7为底部走线支架，8为横滚编码器定子座，9为第一固定螺钉，10为第二固定螺钉，11为第三固定螺钉，12为第四固定螺钉，13为第五固定螺钉，14为角接触轴承，15为横滚电机，16为横滚编码器。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述，所述是对本实用新型的解释而不是限定。
参见图1-图6，一种陀螺惯导双控制探头，包括通过横滚轴承套设在底座上的横滚轴，所述横滚轴与飞行载体的横滚轴相平行，横滚轴顶端设有横滚框；
横滚电机通过横滚电机轴与横滚轴相连接，横滚编码器通过横滚编码器定子座与底座底部相连接，横滚编码器转子座与横滚轴相贴合；
横滚框上设有与飞行载体的俯仰轴相平行的俯仰轴，俯仰轴上设有拍摄单元；横滚框的两侧分别安装俯仰电机和位置编码器；
底座底部还设有可旋转的走线支架，横滚电机、俯仰电机、拍摄单元的电源线和传输线均定向缠绕在走线支架上，并通过开设在底座上的线孔分别与加载惯导系统的控制板和接口组件相连接；
所述拍摄结构体包括拍摄单元和陀螺；拍摄单元是将红外拍摄相机、可见光拍摄相机及激光测距单元一体化设置，通过镜头互相错位排布、光轴一致性调校来实现可见光和红外相机对着同一个目标拍摄；
陀螺直接敏感拍摄单元的瞄准线，拍摄单元的瞄准线透过飞行载体上设置的窗口玻璃下视；
陀螺、伺服驱动电机和控制板电机构成闭环反馈对拍摄单元的瞄准线进行控制；控制板接收陀螺的数据、位置编码器的数据和惯导信息，产生控制信号发送给驱动电机进行驱动。
横滚框上设有俯仰限位块，其一端与横滚框固定连接，另一端为自由端并伸出至红外拍摄相机旁侧；
底座外周上设有横滚限位块，横滚框底部设有与之相匹配的横滚限位槽。
所述陀螺敏感瞄准线在惯性空间的运动，经控制板输出控制指令给伺服驱动器，伺服驱动器反向驱动带动驱动框架消除飞行扰动对瞄准线的影响，并可接收控制指令按照一定速度运动。
所述的控制板还通过伺服驱动器给驱动框架施加大小相等方向相反的角运动来抵消飞行平动引起的图像运动，使曝光时刻内，景物相对图像传感器没有发生相对运动，以进行反扫。
下面给出陀螺惯导双控制的说明：
1)瞄准线稳定，为隔离载机振动和姿态变化引起的瞄准线运动，需要对瞄准线进行惯性稳定，通过陀螺与电机构成的闭环反馈系统实现图像的稳定。
2)反扫，用于消除载机平动引起的像移，并实现以一定的频率下视拍照的功能。
要控制消除飞行载体飞行的姿态运动和平动引起的图像模糊，采用两轴两框架结构，通过陀螺反馈控制实现瞄准线的惯性稳定，从而降低姿态运动引起的图像模糊，而通过控制两轴框架反扫运动来消除飞机平动引起的图像模糊。
驱动框架稳定控制如下所述：
将光学系统直接安装到驱动框架上，陀螺安装在俯仰轴上，直接敏感瞄准线运动。陀螺敏感瞄准线在惯性空间的运动，经控制板输出控制指令给驱动电机的驱动器，驱动电机带动驱动框架反转消除外界扰动对瞄准线的影响，并可接收指令按照一定速度运动。瞄准线稳定控制采用自抗扰控制，提高对瞄准线扰动的抑制能力，从而提高系统的稳定精度。
如图3所示，为消除陀螺漂移，使瞄准线在惯性空间在某一固定位置保持不变，引入惯导系统输出的姿态对瞄准线进行惯性位置控制。
瞄准线稳定是通过陀螺直接稳定和惯导系统间接稳定两者结合来实现的，陀螺直接稳定控制带宽高，可有效消除较高频率的扰动，特别是系统振动引起的图像模糊，惯导系统提供的姿态信息可提供瞄准线的绝对位置信息，引入惯导数据可消除陀螺稳定的漂移并对瞄准线在惯性空间的位置姿态进行控制。
反扫控制如下所述：
为消除载机平动引起的像移造成的图像模糊，给两轴惯性稳定平台施加大小相等方向相反的角运动来抵消平动引起的图像运动，使曝光时刻内，景物相对图像传感器没有发生相对运动，从而获得清晰的图像。实现这一过程需要引入惯导数据和测距信息来实现。
工作时，首先控制瞄准线垂直于地面工作，然后根据速高比控制图像以此速度反扫，反扫过程中接收脉冲信号曝光图像，曝光完成后回到初始位置，重新反扫。
以上给出的实施例是实现本实用新型较优的例子，本实用新型不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本实用新型技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本实用新型的保护范围。
Claims (4)
1.一种陀螺惯导双控制探头，其特征在于，包括通过横滚轴承套设在底座上的横滚轴，所述横滚轴与飞行载体的横滚轴相平行，横滚轴顶端设有横滚框；
横滚电机通过横滚电机轴与横滚轴相连接，横滚编码器通过横滚编码器定子座与底座底部相连接，横滚编码器转子座与横滚轴相贴合；
横滚框上设有与飞行载体的俯仰轴相平行的俯仰轴，俯仰轴上设有拍摄单元；横滚框的两侧分别安装俯仰电机和位置编码器；
底座底部还设有可旋转的走线支架，横滚电机、俯仰电机、拍摄单元的电源线和传输线均定向缠绕在走线支架上，并通过开设在底座上的线孔分别与加载惯导系统的控制板和接口组件相连接；
拍摄结构体包括拍摄单元和陀螺；拍摄单元是将红外拍摄相机、可见光拍摄相机及激光测距单元一体化设置，通过镜头互相错位排布、光轴一致性调校来实现可见光和红外相机对着同一个目标拍摄；
陀螺直接敏感拍摄单元的瞄准线，拍摄单元的瞄准线透过飞行载体上设置的窗口玻璃下视；
陀螺、伺服驱动电机和控制板电机构成闭环反馈对拍摄单元的瞄准线进行控制；控制板接收陀螺的数据、位置编码器的数据和惯导信息，产生控制信号发送给驱动电机进行驱动。
2.如权利要求1所述的陀螺惯导双控制探头，其特征在于，横滚框上设有俯仰限位块，其一端与横滚框固定连接，另一端为自由端并伸出至红外拍摄相机旁侧；
底座外周上设有横滚限位块，横滚框底部设有与之相匹配的横滚限位槽。
3.如权利要求1所述的陀螺惯导双控制探头，其特征在于，所述陀螺敏感瞄准线在惯性空间的运动，经控制板输出控制指令给伺服驱动器，伺服驱动器反向驱动带动驱动框架消除飞行扰动对瞄准线的影响，并可接收控制指令按照一定速度运动。
4.如权利要求1所述的陀螺惯导双控制探头，其特征在于，所述的控制板还通过伺服驱动器给驱动框架施加大小相等方向相反的角运动来抵消飞行平动引起的图像运动，使曝光时刻内，景物相对图像传感器没有发生相对运动，以进行反扫。
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