復(fù)合穩(wěn)定平臺功能的寬視場成像結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種復(fù)合穩(wěn)定平臺功能的寬視場成像結(jié)構(gòu)，寬視場成像結(jié)構(gòu)包括基座；橫滾環(huán)架；俯仰環(huán)架；橫滾軸電機；俯仰軸電機；45°補償鏡；成像儀器。本實用新型將穩(wěn)定平臺復(fù)合在寬視場成像結(jié)構(gòu)上，采用控制領(lǐng)域經(jīng)典的PID三環(huán)控制算法，既實現(xiàn)翼展方向的寬視場擺掃成像和飛行方向的前向像移補償，又為成像儀器配置穩(wěn)定平臺，有效解決了使用通用穩(wěn)定平臺帶來的諸如儀器重量以及設(shè)計尺寸方面的限制問題。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本專利涉及一種寬視場成像結(jié)構(gòu)，具體涉及一種復(fù)合穩(wěn)定平臺功能、能夠?qū)崿F(xiàn)翼 展方向?qū)捯晥鰯[掃成像和飛行方向前向像移補償?shù)膶捯晥龀上窠Y(jié)構(gòu)。 復(fù)合穩(wěn)定平臺功能的寬視場成像結(jié)構(gòu)

【背景技術(shù)】
[0002] 在有像質(zhì)要求的前提下，很難依靠單鏡頭非掃描成像實現(xiàn)寬視場(超過30° )成 像。在過去面陣探測器技術(shù)尚不成熟的年代，寬視場圖像的獲取是采用單元或者線列探測 器，利用光學(xué)系統(tǒng)前的旋轉(zhuǎn)掃描鏡在翼展方向逐行掃描實現(xiàn)的。隨著面陣探測器技術(shù)的發(fā) 展，寬視場成像的方式隨之發(fā)生改變。在面陣探測器技術(shù)日益成熟的今天，采用面陣探測 器在翼展方向整機擺掃是實現(xiàn)寬視場成像的必由之路，也是未來很長一段時間內(nèi)的發(fā)展趨 勢。在此，整機包括成像儀器以及置于光學(xué)系統(tǒng)前的折轉(zhuǎn)鏡。
[0003] 面陣探測器件可以增加像元駐留時間，有效提升信噪比，但與此同時，由于運動載 體的高速運動，造成飛行方向的像點移動，帶來前向像移問題。像移是影響成像質(zhì)量的關(guān)鍵 因素，雖然不可避免，但實踐證明通過一定的措施來補償各種原因所產(chǎn)生的像移是可行且 有效的，能大幅度提1?成像質(zhì)量。
[0004] 運動載體的姿態(tài)變化也會影響儀器的成像質(zhì)量，若成像儀器不穩(wěn)定，即使進行像 移補償，成像效果也會很差，所以首先要保證成像儀器的穩(wěn)定，而穩(wěn)定平臺正好滿足了這種 需求。
[0005] -般將成像儀器安裝在通用穩(wěn)定平臺上來隔離運動載體的姿態(tài)變化對成像造成 的影響，成像儀器與穩(wěn)定平臺分離。然而通用穩(wěn)定平臺對成像儀器的重量、設(shè)計尺寸都有限 制，例如瑞士 Leica公司生產(chǎn)的通用穩(wěn)定平臺PAV30,有效載荷限制為100Kg±3Kg，安裝尺 寸為436_，不能滿足不同重量以及外形尺寸的成像儀器的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 綜上所述，如何克服通用穩(wěn)定平臺對成像儀器的重量及設(shè)計尺寸的限制乃是本專 利所要解決的技術(shù)問題。因此，本專利技術(shù)解決思路如下：
[0007] 寬視場成像結(jié)構(gòu)用來實現(xiàn)翼展方向的寬視場擺掃成像和飛行方向的前向像移補 償，在此基礎(chǔ)上，將穩(wěn)定平臺的橫滾姿態(tài)穩(wěn)定和俯仰姿態(tài)穩(wěn)定復(fù)合在寬視場成像結(jié)構(gòu)上，為 成像儀器配置穩(wěn)定平臺，有效解決了通用穩(wěn)定平臺對成像儀器的重量及設(shè)計尺寸的限制。 具體實現(xiàn)如下：
[0008] 如圖1所示，復(fù)合穩(wěn)定平臺功能的寬視場成像結(jié)構(gòu)，包括基座1，橫滾環(huán)架2,俯仰 環(huán)架3,俯仰軸電機4,45°補償鏡5,橫滾軸電機6,以及成像儀器7。
[0009] 基座1固定在運動載體上，橫滾軸電機6安裝在橫滾軸上，橫滾環(huán)架2通過橫滾軸 與基座1連接，俯仰軸電機4安裝在俯仰軸上，45°補償鏡5固定在俯仰軸電機4上，俯仰 環(huán)架3通過俯仰軸與橫滾環(huán)架2連接，成像儀器7固定在橫滾環(huán)架2上，構(gòu)成復(fù)合穩(wěn)定平臺 功能的寬視場成像結(jié)構(gòu)。
[0010] 利用控制領(lǐng)域經(jīng)典的PID三環(huán)(位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)）控制算法（圖2)，驅(qū)動俯 仰軸電機4帶動45°補償鏡5實現(xiàn)俯仰軸的復(fù)合控制，驅(qū)動橫滾軸電機6帶動橫滾環(huán)架2 實現(xiàn)橫滾軸復(fù)合控制：
[0011] (1)將翼展方向?qū)捯晥龀上窨刂埔筠D(zhuǎn)換成橫滾軸電機位置環(huán)控制指令，控制橫 滾軸電機6帶動橫滾環(huán)架2在運動載體翼展方向周期性往返擺掃實現(xiàn)寬視場成像；
[0012] (2)將飛行方向前向像移補償控制要求轉(zhuǎn)換成俯仰軸電機位置環(huán)控制指令，控制 俯仰軸電機4帶動45°補償鏡5繞俯仰軸作景物跟蹤運動，保證45°補償鏡5補償運動過 程中成像儀器的視場正好對應(yīng)擺掃過程的往或返，實現(xiàn)飛行方向的前向像移補償；
[0013] (3)利用慣性傳感器獲取運動載體橫滾方向的姿態(tài)變化，將橫滾姿態(tài)信息作為橫 滾軸電機位置環(huán)控制指令，驅(qū)動橫滾軸電機6帶動橫滾環(huán)架2反向運動補償，實現(xiàn)運動載體 橫滾方向的姿態(tài)穩(wěn)定；
[0014] (4)將橫滾軸翼展方向擺掃控制指令與運動載體橫滾方向姿態(tài)穩(wěn)定控制指令復(fù) 合，驅(qū)動橫滾軸電機6帶動橫滾環(huán)架2實現(xiàn)橫滾軸的復(fù)合控制；
[0015] (5)利用慣性傳感器獲取運動載體俯仰方向的姿態(tài)變化，將1/2俯仰姿態(tài)信息作 為俯仰軸電機位置環(huán)控制指令，驅(qū)動俯仰軸電機5帶動45°補償鏡6反向運動補償，實現(xiàn)運 動載體俯仰方向的姿態(tài)穩(wěn)定；
[0016] (6)將俯仰軸飛行方向前向像移補償控制指令與運動載體俯仰方向姿態(tài)穩(wěn)定控制 指令復(fù)合，驅(qū)動俯仰軸電機5帶動45°補償鏡6實現(xiàn)俯仰軸的復(fù)合控制。
[0017] 本專利的優(yōu)點在于：
[0018] (1)本專利應(yīng)用靈活，可以用于不同重量及設(shè)計尺寸的成像儀器。
[0019] 根據(jù)成像儀器的重量、尺寸設(shè)計寬視場成像結(jié)構(gòu)，然后將穩(wěn)定平臺功能復(fù)合在寬 視場成像結(jié)構(gòu)上，既可以實現(xiàn)翼展方向的寬視場擺掃成像和飛行方向的前向像移補償，又 為成像儀器配置穩(wěn)定平臺，有效解決了使用通用穩(wěn)定平臺帶來的諸如儀器重量以及設(shè)計尺 寸方面的限制問題。
[0020] (2)在控制方法上稍作改動即可用于翼展方向視場不變的成像儀器。
[0021] 翼展方向視場不變的成像儀器，不需進行擺掃控制。俯仰軸復(fù)合控制不變，取消橫 滾軸復(fù)合控制，僅將運動載體橫滾方向的姿態(tài)信息作為橫滾軸電機位置環(huán)控制指令，驅(qū)動 橫滾軸電機6帶動橫滾環(huán)架2反向運動補償，實現(xiàn)運動載體橫滾方向的姿態(tài)穩(wěn)定?？刂品?法修改之后，在實現(xiàn)飛行方向前向像移補償?shù)耐瑫r，也為翼展方向視場不變的成像儀器配 直穩(wěn)定平臺。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1是復(fù)合穩(wěn)定平臺功能的寬視場成像結(jié)構(gòu)，其中：1.基座；2.橫滾環(huán)架；3.俯仰 環(huán)架；4.橫滾軸電機；5.俯仰軸電機；6. 45°補償鏡；7.成像儀器。
[0023] 圖2是PID三環(huán)復(fù)合控制示意圖。

【具體實施方式】
[0024] 下面結(jié)合圖1給出本專利的一個較好實例，主要作進一步詳細說明，而非用來限 定本專利的范圍：
[0025] 將本專利應(yīng)用于面陣成像儀，翼展方向要求實現(xiàn)55°的寬視場成像。根據(jù)面陣成 像儀的尺寸設(shè)計橫滾環(huán)架，將成像儀固定在橫滾環(huán)架上，進而設(shè)計基座，選擇鋁合金材料加 工基座和橫滾環(huán)架。選擇平面玻璃鏡作為45°補償鏡，選擇擺角式音圈電機作為橫滾軸與 俯仰軸的電機，45°補償鏡和俯仰軸音圈電機組成俯仰環(huán)架。
[0026] 采用控制領(lǐng)域經(jīng)典的PID三環(huán)(位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)）控制算法，驅(qū)動橫滾軸 音圈電機帶動橫滾環(huán)架，將翼展方向的寬視場擺掃成像控制與橫滾方向的姿態(tài)穩(wěn)定控制復(fù) 合；驅(qū)動俯仰軸音圈電機帶動45°補償鏡，將飛行方向的前向像移補償控制與俯仰方向的 姿態(tài)穩(wěn)定控制復(fù)合，即可實現(xiàn)復(fù)合穩(wěn)定平臺功能的、在翼展方向進行55°寬視場擺掃成像 以及帶飛行方向前向像移補償?shù)拿骊嚦上駜x。
【權(quán)利要求】
1. 一種復(fù)合穩(wěn)定平臺功能的寬視場成像結(jié)構(gòu)，它包括基座（1)，橫滾環(huán)架（2)，俯仰環(huán) 架（3)，俯仰軸電機（4)，45°補償鏡（5)，橫滾軸電機（6)以及成像儀器（7)，其特征在于，基 座（1)固定在運動載體上，橫滾軸電機（6 )安裝在橫滾軸上，橫滾環(huán)架（2 )通過橫滾軸與基 座（1)連接，俯仰軸電機（4 )安裝在俯仰軸上，45 °補償鏡（5 )固定在俯仰軸電機（4 )上，俯 仰環(huán)架（3 )通過俯仰軸與橫滾環(huán)架（2 )連接，成像儀器（7 )固定在橫滾環(huán)架（2 )上，構(gòu)成復(fù) 合穩(wěn)定平臺功能的寬視場成像結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】G05D3/12GK203882199SQ201420145392
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】舒嶸, 王義坤, 劉敏, 韓貴丞, 姚波, 周潘偉, 況耀武, 亓洪興 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所