基于姿態(tài)穩(wěn)定的可變角度高光譜成像系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本專利涉及一種機載可見光高光譜成像系統(tǒng)，具體涉及一種具有姿態(tài)穩(wěn)定、能夠?qū)崿F(xiàn)探測角度可變的機載高光譜成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的機載高光譜成像系統(tǒng)一般都是垂直探測的，這樣單從一個探測角度很難充分獲取地物目標的信息；而為了充分獲取地物目標信息，一般都采用多角度探測的方式。目前為了獲取多角度的高光譜數(shù)據(jù)都是在一套成像系統(tǒng)中安裝多臺高光譜儀，這樣不可避免帶來系統(tǒng)成本和復(fù)雜性問題。
[0003]由于運動載體的姿態(tài)變化會對高光譜儀的成像質(zhì)量造成影響，因此目前的機載高光譜成像系統(tǒng)一般由成像系統(tǒng)和穩(wěn)定平臺兩部分組成；其中穩(wěn)定平臺一般采用的都是通用穩(wěn)定平臺，這種通用穩(wěn)定平臺與高光譜成像系統(tǒng)是相互分離的，無法關(guān)聯(lián)到一起實現(xiàn)集成化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]綜上所述，如何克服在一套系統(tǒng)中使用多臺對高光譜儀帶來的成本和系統(tǒng)復(fù)雜性的問題以及如何將穩(wěn)定平臺嵌入到高光譜成像系統(tǒng)中實現(xiàn)復(fù)合控制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:
[0005]利用在NI7830采集卡中編寫PID三環(huán)控制中的位置環(huán)再配合電機驅(qū)動器中自帶的速度環(huán)和電流環(huán)將穩(wěn)定平臺嵌入到高光譜成像系統(tǒng)中，實現(xiàn)穩(wěn)定平臺可控，提高穩(wěn)定精度。在此基礎(chǔ)上，將角度指向命令疊加在穩(wěn)定平臺俯仰軸姿態(tài)穩(wěn)定指令上實現(xiàn)俯仰方向的姿態(tài)穩(wěn)定和角度指向。
[0006]本專利所采用的技術(shù)方案是:一種基于姿態(tài)穩(wěn)定的可變角度高光譜成像系統(tǒng)及控制方法(圖1)，系統(tǒng)包括基座I，橫滾環(huán)架2，俯仰環(huán)架3，橫滾軸電機4，俯仰軸電機5，橫滾軸電機驅(qū)動器6，俯仰軸電機驅(qū)動器7，俯仰光電編碼器8，橫滾軸光電編碼器9，高光譜儀10以及45°指向鏡11。
[0007]基座I固定在運動載體上，橫滾軸電機5安裝在橫滾軸上，橫滾環(huán)架2通過橫滾軸與基座I連接，俯仰軸電機4安裝在俯仰軸上，45°指向鏡11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，高光譜儀10固定在橫滾環(huán)架2上，構(gòu)成具有姿態(tài)穩(wěn)定的可變角度高光譜成像系統(tǒng)。
[0008]所述的可變角度高光譜成像系統(tǒng)的控制方法控制方法步驟如下:
[0009]I)將高光譜成像儀(10)沿飛行方向水平放置在橫滾環(huán)架(2)上，成像光學(xué)系統(tǒng)前面放置45°指向鏡(11)用來實現(xiàn)對地成像；利用NI7830數(shù)據(jù)采集卡把POS獲取的運動載體橫滾方向的姿態(tài)變化作為橫滾軸電機外置位置環(huán)控制指令，驅(qū)動橫滾軸電機(5)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；
[0010]2)利用NI7830數(shù)據(jù)采集卡把POS獲取的運動載體俯仰方向的姿態(tài)信息作為俯仰軸電機外置位置環(huán)控制指令，驅(qū)動俯仰軸電機⑷帶動45°指向鏡(11)做1/2倍反向運動補償，實現(xiàn)運動載體俯仰方向的姿態(tài)穩(wěn)定；
[0011]3)利用NI7830數(shù)據(jù)采集卡把想要改變的探測角度轉(zhuǎn)化為俯仰軸電機外置位置環(huán)控制指令，疊加在俯仰方向的姿態(tài)控制指令上，驅(qū)動俯仰軸電機(4)帶動45°指向鏡(11)按1/2倍指令轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)運動載體俯仰方向的姿態(tài)穩(wěn)定與探測角度可變復(fù)合控制。
[0012]本專利的優(yōu)點在于:
[0013]I)本專利將穩(wěn)定平臺嵌入到高光譜成像系統(tǒng)中，減小了整個系統(tǒng)的重量與體積，實現(xiàn)了穩(wěn)定平臺的可控，便于提高控制精度。有利于系統(tǒng)的小型化和集成化。
[0014]2)利用機載高光譜成像系統(tǒng)已有的硬件條件，通過軟件控制轉(zhuǎn)動實現(xiàn)探測角度可變的功能，降低了系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性。
[0015]需要改變探測角度時，將需要改變的探測角度信息轉(zhuǎn)化為俯仰電機外置位置環(huán)的控制指令，疊加在俯仰方向姿態(tài)穩(wěn)定信息指令上，控制俯仰電機4帶動45°指向鏡11按1/2倍指令轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)探測角度可變的功能(圖2).利用這種方法可以實時改變探測角度，可以在電機行程允許的范圍內(nèi)實現(xiàn)任意角度探測；降低了為獲取多角度數(shù)據(jù)而使用的多角度探測器帶來的系統(tǒng)復(fù)雜性和成本的問題。
【附圖說明】
[0016]圖1是基于姿態(tài)穩(wěn)定的可變角度高光譜成像系統(tǒng)，其中:1.基座，2.橫滾環(huán)架，
3.俯仰環(huán)架，4.俯仰軸電機，5.橫滾軸電機，6.橫滾軸電機驅(qū)動器，7.俯仰軸電機驅(qū)動器，
8.俯仰軸光電編碼器，9.俯仰軸光電編碼器10.高光譜儀11.45°指向鏡。
[0017]圖2是改變探測角度的光路示意圖。
[0018]圖3是PID 二環(huán)復(fù)合控制不意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合本專利實施例中的附圖，對本專利實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利的保護范圍。
[0020]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例作進一步地詳細描述。
[0021]將本專利應(yīng)用機載可變角度高光譜成像系統(tǒng)，根據(jù)應(yīng)用需求選擇PGP分光計、Imperx公司的B1920CCD相機和鏡頭搭建高光譜儀，根據(jù)高光譜儀尺寸大小設(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°指向鏡，探測角度要求實現(xiàn)在偏離垂直方向正負10°內(nèi)可變，選擇行程合適的擺角式音圈電機作為橫滾軸與俯仰軸的電機，45 °指向鏡和俯仰軸音圈電機組成俯仰環(huán)架。
[0022]采用基本的PID三環(huán)控制算法，在NI7830數(shù)據(jù)采集卡中編寫電機PID三環(huán)控制中的位置環(huán)，利用編碼器將電機角度實時反饋到NI7830采集卡中，與POS獲取的運動載體方向的姿態(tài)變化做差分，將結(jié)果作為電機外置位置環(huán)輸入控制指令。再配合電機驅(qū)動器中自帶的速度環(huán)和電流環(huán)，驅(qū)動橫滾電機5帶動橫滾環(huán)架2轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)橫滾方向的姿態(tài)穩(wěn)定；驅(qū)動俯仰電機4帶動45°指向鏡轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)俯仰方向的姿態(tài)穩(wěn)定和探測角度可變的復(fù)合控制。
【主權(quán)項】
1.一種基于姿態(tài)穩(wěn)定的可變角度高光譜成像系統(tǒng)，它包括基座(I)，橫滾環(huán)架(2)，俯仰環(huán)架(3)，俯仰軸電機(4)，橫滾軸電機(5)，橫滾軸電機驅(qū)動器(6)，俯仰軸驅(qū)動器(7)，俯仰軸光電編碼器(8)，橫滾軸光電編碼器(9)，高光譜儀(10)以及45°指向鏡(11);其特征在于:基座(I)固定在運動載體上，橫滾軸電機(5)安裝在橫滾軸上，橫滾環(huán)架(2)通過橫滾軸與基座(I)連接，俯仰軸電機(4)安裝在俯仰軸上，45°指向鏡(11)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，高光譜儀(10)固定在橫滾環(huán)架(2)上，構(gòu)成具有姿態(tài)穩(wěn)定的可變角度高光譜成像系統(tǒng)。
【專利摘要】本專利公開了一種基于姿態(tài)穩(wěn)定的可變角度高光譜成像系統(tǒng)；成像系統(tǒng)包括：基座；橫滾環(huán)架；俯仰環(huán)架；俯仰電機；橫滾電機；橫滾電機驅(qū)動器；俯仰電機驅(qū)動器；俯仰電機光電編碼器；橫滾電機光電編碼器；高光譜成像儀；45°指向鏡；本專利利用PID三環(huán)控制，將需要改變的探測角度轉(zhuǎn)化為俯仰電機位置環(huán)指令后疊加在俯仰軸姿態(tài)穩(wěn)定指令上，實現(xiàn)俯仰軸方向的姿態(tài)穩(wěn)定與高光譜成像光譜儀的探測角度可變的復(fù)合控制；本系統(tǒng)利用軟件控制45°指向鏡實現(xiàn)探測角度可變功能，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。
【IPC分類】G05D3/12
【公開號】CN204790586
【申請?zhí)枴緾N201520372279
【發(fā)明人】舒嶸, 楊培慶, 亓洪興, 王義坤, 韓貴丞, 劉毓博, 姚波, 劉敏
【申請人】中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年6月2日