本发明专利技术公开一种具有抑制图像旋转功能的三轴光电搜索跟踪装置及方法，该装置包括光电传感器模块、旋转台、陀螺组件以及运动控制模块，光电传感器模块通过旋转台搭载在移动载体上以探测目标图像信息，运动控制模块控制旋转台在探测轴系上运动，通过陀螺组件测量移动载体的扰动，运动控制模块包括用于控制在俯仰轴系运动的俯仰组件、用于控制在方位轴系运动的方位组件以及用于控制在横滚轴系运动的横滚组件，陀螺组件为三轴陀螺组件，以用于测量移动载体在方位、俯仰、横滚轴系上的扰动。本发明专利技术具有结构简单、成本低、能够抑制图像旋转，可靠性高等优点。
【技术实现步骤摘要】
具有抑制图像旋转功能的三轴光电搜索跟踪装置及方法
本专利技术涉及光电侦察设备
，尤其涉及一种具有抑制图像旋转功能的三轴光电搜索跟踪装置及方法。
技术介绍
如红外搜索跟踪装置等的光电侦察设备，可对空域范围内的飞鸟、飞机、无人机、直升机、导弹等各种空中目标进行快速搜索，搜索到目标后进行跟踪，从而掌握区域内的空中目标情况。现有技术中光电侦察设备大多数是采用被动防御侦察以保护重点区域，侦察设备安装在保护区域范围内不可移动，具有较大的局限性，如车载光电侦察设备只能用于侦察，无法准确的跟踪目标以及上报目标坐标。如红外搜索跟踪装置等在进行搜索时，通常是采用方位、俯仰两轴运动的方式，通过两轴陀螺测量系统移动载体(如车辆、轮船、飞机)方位和俯仰的摆动带来的扰动，即通过两轴陀螺仪分别测量移动载体在方位、俯仰摆动带来的扰动，因而系统移动载体方位、俯仰、横滚的摆动可以通过方位运动、俯仰运动以及目标的脱靶量进行消除，但是由于无法测量移动载体横滚轴摆动的扰动，移动载体横滚扰动无法获取，因而无法对横滚轴的扰动进行消除，或对于横滚摆动的消除非常有限，而在横滚方向上的扰动又较难以直接消除，导致搜索时获取的目标图片会发生旋转，进而使得目标探测精度低，同时由于图片旋转，还会使得目标识别、确认时易出错。针对于移动载体横滚扰动的消除，目前通常是先通过移动载体的惯性系统测量移动载体横滚的扰动，然后通过软件对图片进行旋转的方式以进行部分消除，但该类方式由于不是直接测量探测探测轴系的扰动，需要将移动载体横滚扰动解算至探测轴系，会存在移动载体横滚扰动的解耦到探测轴系的问题，且消除方法的延时较大，导致图像较大幅度的旋转，致使全景图不连续，进而使得目标探测准确率急剧下降，因而该类方式仅适于对时延要求不高的系统，如搜索速度低于100°/S的低速搜索系统，对于更高搜索速度的系统则无法使用。有从业者提出，针对移动搜索跟踪，通过在光电设备的底部与车辆安装处加上一个三轴稳台，由稳台矫正光电在车上的安装姿态，稳台通过安装惯导来采集动态车身姿态，实时对光电的姿态进行调整，使其始终保持在水平位置。但是由于整个光电设备的重量较重，三轴稳台需要克服较大的惯量来矫正姿态，在控制上会有较大的死区，因此在矫正的效果上会有不可预估时间的滞后延迟现象，不能及时消除车辆摇晃对光电的影响；并且按照稳台的实现成本会大大的提高，同时会大大增加系统的复杂程度，还会增加很多不可靠因素，使得系统可靠性降低。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种结构简单、成本低、可靠性高的具有抑制图像旋转功能的三轴光电搜索跟踪装置及方法。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种具有抑制图像旋转功能的三轴光电搜索跟踪装置，包括光电传感器模块、旋转台、陀螺组件以及运动控制模块，所述光电传感器模块通过所述旋转台搭载在移动载体上以探测目标图像信息，所述运动控制模块控制所述旋转台在探测轴系上运动，通过所述陀螺组件测量移动载体的扰动，所述运动控制模块包括用于控制在俯仰轴系运动的俯仰组件、用于控制在方位轴系运动的方位组件以及用于控制在横滚轴系运动的横滚组件，所述陀螺组件为三轴陀螺组件，以用于测量移动载体在方位、俯仰、横滚轴系上的扰动。进一步的，所述俯仰组件包括俯仰电机、俯仰位置传感器，所述方位组件包括方位电机、方位位置传感器，所述横滚组件包括横滚电机、横滚位置传感器。进一步的，所述光电传感器模块包括红外热像仪11、激光测距仪12以及红外探测器、图像传感器中一种或多种的组合。进一步的，所述移动载体中安装所述旋转台的位置处还设置有能够在横滚轴系运动的姿态矫正轴，以矫正所述旋转台在所述移动载体上的安装姿态。进一步的，还包括分别与所述三轴陀螺组件、运动控制模块连接的主控模块，所述主控模块根据所述三轴陀螺组件测量到的移动载体在方位、俯仰、横滚轴系上的扰动进行耦合解算，计算出探测轴系上方位、俯仰、横滚的扰动，分别对应输出给所述俯仰组件、方位组件以及横滚组件以进行控制。进一步的，还包括与所述主控模块连接的综合显示控制系统，用于接收目标探测信息进行数据处理、显示探测结果以及发送控制命令给所述主控模块。一种利用上述三轴光电搜索跟踪装置的方法，步骤包括：S1.通过所述三轴陀螺组件测量移动载体在方位、俯仰、横滚轴系上的姿态扰动；S2.根据步骤S1测量到的所述姿态扰动进行解耦计算，得到所述旋转台在方位、俯仰、横滚轴系上所需的调整量；S3.根据步骤S2计算出的调整量对应驱动所述俯仰组件、方位组件以及横滚组件运动。进一步的，所述步骤S2的步骤包括：S21.当移动载体运动时，移动载体的运动将通过移动载体的安装以及轴系的几何约束和摩擦约束向所述旋转台的台体耦合；S22.获取由安装在轴系内的所述三轴陀螺组件对耦合到探测轴系测量得到的角速度，其中方位、俯仰、横滚轴系的角速度分别为ωfx、ωfy、ωfz；S23.将步骤S22获取的角速度进行解耦计算，得到方位电机、俯仰电机、横滚电机的控制角速度分别为ωfx*secθf、ωfy、ωfz，其中θf为俯仰轴系OXfYfZf中坐标系绕OXa轴的转角；S24.根据步骤S23解耦计算的结果，分别计算出方位电机、俯仰电机、横滚电机的控制量，并按照计算出的控制量控制各电机以消除移动载体在方位、俯仰、横滚轴系上产生的扰动。进一步的，还包括目标搜索跟踪控制方法，步骤包括：根据光电传感器模块探测到的图像进行目标检测跟踪，当检测到目标时，通过对比同一角度位置的前后帧图像，判断目标是否发生移动，以实现移动目标的检测。进一步的，还包括四轴稳像控制步骤，步骤包括：获取移动载体的横滚姿态以及通过所述三轴陀螺组件测量所述旋转台的姿态，闭环控制姿态矫正轴实时矫正所述旋转台的安装姿态，使得保持所述旋转台的视轴始终保持在水平位置，以形成四轴稳像。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、本专利技术采用方位、俯仰、横滚三轴三框架结构，可以同时实现方位、俯仰、横滚三轴运动，由三轴陀螺组件直接测量移动载体方位、俯仰、横滚的扰动，经过解耦计算后不仅可以消除移动载体在方位、俯仰轴系上的扰动，还可以消除横滚轴系上的扰动，从而可以抑制图像旋转，进而提高目标探测精度，解决传统通过软件消除图像旋转延时大、消除效果不理想以及跟踪精度差等问题。2、本专利技术中光电传感器模块除了在水平俯仰运动以外，还可以进行横滚的三轴运动，从而能够有效的补偿移动载体在行驶时产生的颠簸和横滚运动。3、本专利技术进一步通过在移动载体上设置一个可以横滚的姿态矫正轴，与三轴框架共同形成四轴框架，不仅可以消除移动载体方位、俯仰、横滚的扰动，还可以矫正旋转台在移动载体上的安装姿态，消除移动载体本身的倾斜姿态，提高旋转台在安装时受到移动载体姿态影响的精度，进一步提高目标的探测精度。附图说明图1是本实施例三轴光电搜索跟踪装置的结构原理示意图。图2是本专利技术具体应用实施例本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有抑制图像旋转功能的三轴光电搜索跟踪装置，包括光电传感器模块(1)、旋转台、陀螺组件以及运动控制模块(3)，所述光电传感器模块(1)通过所述旋转台搭载在移动载体上以探测目标图像信息，所述运动控制模块(3)控制所述旋转台在探测轴系上运动，通过所述陀螺组件测量移动载体的扰动，其特征在于：所述运动控制模块(3)包括用于控制在俯仰轴系运动的俯仰组件(31)、用于控制在方位轴系运动的方位组件(32)以及用于控制在横滚轴系运动的横滚组件(33)，所述陀螺组件为三轴陀螺组件(2)，以用于测量移动载体在方位、俯仰、横滚轴系上的扰动。/n
【技术特征摘要】
1.一种具有抑制图像旋转功能的三轴光电搜索跟踪装置，包括光电传感器模块(1)、旋转台、陀螺组件以及运动控制模块(3)，所述光电传感器模块(1)通过所述旋转台搭载在移动载体上以探测目标图像信息，所述运动控制模块(3)控制所述旋转台在探测轴系上运动，通过所述陀螺组件测量移动载体的扰动，其特征在于：所述运动控制模块(3)包括用于控制在俯仰轴系运动的俯仰组件(31)、用于控制在方位轴系运动的方位组件(32)以及用于控制在横滚轴系运动的横滚组件(33)，所述陀螺组件为三轴陀螺组件(2)，以用于测量移动载体在方位、俯仰、横滚轴系上的扰动。
2.根据权利要求1所述的具有抑制图像旋转功能的三轴光电搜索跟踪装置，其特征在于：所述俯仰组件(31)包括俯仰电机(311)、俯仰位置传感器(312)，所述方位组件(32)包括方位电机(321)、方位位置传感器(322)，所述横滚组件(33)包括横滚电机(331)、横滚位置传感器(332)。
3.根据权利要求1所述的具有抑制图像旋转功能的三轴光电搜索跟踪装置，其特征在于，所述光电传感器模块(1)包括红外热像仪、激光测距仪以及红外探测器、图像传感器中一种或多种的组合。
4.根据权利要求1或2或3所述的具有抑制图像旋转功能的三轴光电搜索跟踪装置，其特征在于：所述移动载体中安装所述旋转台的位置处还设置有能够在横滚轴系运动的姿态矫正轴，以矫正所述旋转台在所述移动载体上的安装姿态。
5.根据权利要求1或2或3所述的具有抑制图像旋转功能的三轴光电搜索跟踪装置，其特征在于：还包括分别与所述三轴陀螺组件(2)、运动控制模块(3)连接的主控模块，所述主控模块根据所述三轴陀螺组件(2)测量到的移动载体在方位、俯仰、横滚轴系上的扰动进行耦合解算，计算出探测轴系上方位、俯仰、横滚的扰动，分别对应输出给所述俯仰组件(31)、方位组件(32)以及横滚组件(33)以进行控制。
6.根据权利要求5所述的具有抑制图像旋转功能的三轴光电搜索跟踪装置，其特征在于：还包括与所述主控模块连接的综合显示控制系统，用于接收目标探测信息进行数据处理、显示探测结果以及发送...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡耀飞，张永忠，张智永，王峰，岳朝庆，吴栋，龙林，
申请(专利权)人：湖南宇正智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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