一种两轴四框架光电吊舱过顶跟踪盲区的方法技术

本发明专利技术一种两轴四框架光电吊舱过顶跟踪盲区的方法，属于光电探测领域；当外俯仰框未达到过顶位置时，外方位框能够正常跟随内方位框，外俯仰框能够正常跟随内俯仰框；当外俯仰框转到过顶位置时，外俯仰框保持正常跟踪内俯仰框；外方位框锁定在当前角度，不再跟随内方位框，内方位框在

【技术实现步骤摘要】
一种两轴四框架光电吊舱过顶跟踪盲区的方法


[0001]本专利技术属于光电探测领域，具体涉及一种两轴四框架光电吊舱过顶跟踪盲区的方法。

技术介绍

[0002]两轴四框架光电吊舱由外方位框、外俯仰框、内方位框、内俯仰框4个框架组成，其中外方位框、内方位框可绕方位轴转动，外俯仰框、内俯仰框可绕俯仰轴转动。两轴四框架光电吊舱结构剖面图如图1所示，四个框架的转动方向如图2所示：
[0003]外方位框：整个球体相对于安装盘绕Y轴旋转。
[0004]外俯仰框：整个球体相对于安装盘绕X轴旋转。
[0005]内方位框：稳定平台相对于球体绕Y轴旋转，转动范围
‑
6度至+6度。
[0006]内俯仰框：稳定平台相对于球体绕X轴旋转，转动范围
‑
6度至+6度。
[0007]外方位框和内方位框之间的相对角度由方位码盘测量，外俯仰框和内俯仰框之间的相对角度由俯仰码盘测量。方位码盘和俯仰码盘的左右电限位对称，并设计在机械限位以内，当内框转动到左右机械限位中间位置时，码盘反馈值为零度。
[0008]由于内方位框和内俯仰框的转动只有
‑
6度至+6度范围，为了实现光电吊舱的大范围转动，伺服控制策略是外方位框跟随内方位框，外俯仰框跟随内俯仰框，使稳定平台始终保持在内方位框和内俯仰框运动范围的中心位置(0度位置)，控制策略原理图如图3所示。
[0009]过顶位置是指光电吊舱外俯仰框转到89度至91度位置处，此时镜头指向正下方。内方位框的转动方向由稳定平台相对于球体绕Y轴旋转变成了绕Z轴旋转，此时内方位框的转动方向和外方位框的转动方向正交，外方位框无法跟随内方位框转动，导致在过顶位置时光电吊舱无法在方位方向保持对目标的持续观察和跟踪。
[0010]两轴四框架光电吊舱正常跟踪状态如下：内方位框和内俯仰框根据图像处理板的偏差反馈，实时跟踪目标。外框根据内框的码盘反馈角度偏差，实时跟随内框，并保持内框码盘角度为零，从而实现了系统的跟踪功能。
[0011]当外俯仰框架转动到过顶位置时，内方位框的转动方向和外方位框的转动方向正交，外方位框无法跟随内方位框转动，从而使光电吊舱无法在过顶位置持续对目标进行观察和跟踪。
[0012]现有解决光电吊舱过顶跟踪的方法一般如下：
[0013]1、限制俯仰轴的转动范围，当目标运动到光电吊舱正下方时，俯仰只转动到89度位置，不再继续往过顶位置(89度至91度)转动，此时短暂解除对目标的跟踪，将方位轴调转180度，在另一侧重新捕获目标，恢复对目标的跟踪。此方法的缺点是存在2度范围的跟踪盲区，限制了光电吊舱的持续跟踪侦察范围。且如果在方位轴调转180度的过程中，目标往回折返运动，光电吊舱将无法重新捕获目标。
[0014]2、光电吊舱设计成三轴架构，增加一个绕X轴转动的横滚框。在过顶位置使用横滚框去跟随内方位框，能够消除跟踪盲区，实现对目标的持续跟踪。此方法的缺点是会增加一
个稳定轴，系统的结构、电气、成本、复杂度和重量都将大大增加。

技术实现思路

[0015]要解决的技术问题：
[0016]为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种两轴四框架光电吊舱过顶跟踪盲区的方法，当目标进入过顶位置后(俯仰角在89度至91度之间)，外方位框锁定在当前角度，不再跟随内方位框，外俯仰框保持跟随内俯仰框。内方位框在
‑
6度至+6度范围内对目标持续跟踪,解决了两轴四框架光电吊舱的过顶跟踪盲区问题.
[0017]本专利技术的技术方案是：一种两轴四框架光电吊舱过顶跟踪盲区的方法,其特征在于具体步骤如下：
[0018]步骤一：当外俯仰框未达到过顶位置时，即俯仰角小于89度，外方位框能够正常跟随内方位框，外俯仰框能够正常跟随内俯仰框；
[0019]步骤二：当外俯仰框转到过顶位置时，即俯仰角在89度至91度之间，外俯仰框保持正常跟踪内俯仰框；外方位框锁定在当前角度，不再跟随内方位框，内方位框在
‑
6度至+6度范围内对目标持续跟踪；
[0020]步骤三：当目标继续向前运动到俯仰角大于91度位置后，或目标往回折返运动到俯仰角小于89度位置后，外方位框恢复跟随内方位框，外俯仰框保持跟随内俯仰框。
[0021]本专利技术的进一步技术方案是：整个跟踪过程中，俯仰轴系都保持正常跟踪；
[0022]内俯仰框的驱动量为：
[0023]外俯仰框的驱动量为：
[0024]其中T
y
为俯仰方向跟踪偏差，θ
y
为内俯仰框和外俯仰框之间的角度差，K
p
、T
i
、T
d
为PID参数。
[0025]本专利技术的进一步技术方案是：所述步骤一中，当目标进入过顶位置前，即俯仰角小于89度，外方位框跟随内方位框，外俯仰框跟随内俯仰框时：
[0026]内方位框的驱动量为：
[0027]外方位框的驱动量为：
[0028]其中T
x
为方位方向跟踪偏差，θ
x
为内方位框和外方位框之间的角度差。
[0029]本专利技术的进一步技术方案是：所述步骤二中，当目标进入过顶位置后，即俯仰角在89度至91度之间，外方位框锁定在当前角度，不再跟随内方位框，外俯仰框保持跟随内俯仰框；内方位框在
‑
6度至+6度范围内对目标持续跟踪时：
[0030]内方位框的驱动量为：
[0031]外方位框的驱动量为：
[0032]其中θ
x
′
为外方位框相对于安装盘的角度，θ0为目标进入过顶位置时外方位框相对于安装盘的角度。
[0033]本专利技术的进一步技术方案是：所述步骤三中，当目标继续向前运动到俯仰角大于
91度位置后，或目标往回折返运动到俯仰角小于89度位置后，外方位框恢复跟随内方位框，外俯仰框保持跟随内俯仰框时：
[0034]内方位框的驱动量为：
[0035]外方位框的驱动量为：
[0036]有益效果
[0037]本专利技术的有益效果在于：本专利技术在不增加结构、电气复杂度的情况下，设计了一种伺服控制算法，通过调整内外方位框的状态，解决了两轴四框架光电吊舱在俯仰轴转到89度至91度之间“过顶”位置时，吊舱外方位框架不能够补偿内方位框架角度差，从而导致无法正常跟踪的问题。能够对运动到光电吊舱正下方的目标进行持续观察和跟踪，保证了光电吊舱的探测范围。
[0038]由于载机飞行高度较高，对地观测时
‑
6度至+6度转动范围下对地覆盖区域可达几公里，由于载机飞行速度远超地面目标运动速度，载机和目标的相对位置关系能确保目标很快离开过顶区域，本专利技术设计的过顶盲区跟踪算法能满足记载光电吊舱对地面目标的观测要求。
附图说明
[0039]图1两轴四框架光电吊舱示意图；
[0040]图2光电吊舱角度反馈坐标系设置图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种两轴四框架光电吊舱过顶跟踪盲区的方法，其特征在于具体步骤如下：步骤一：当外俯仰框未达到过顶位置时，即俯仰角小于89度，外方位框能够正常跟随内方位框，外俯仰框能够正常跟随内俯仰框；步骤二：当外俯仰框转到过顶位置时，即俯仰角在89度至91度之间，外俯仰框保持正常跟踪内俯仰框；外方位框锁定在当前角度，不再跟随内方位框，内方位框在
‑
6度至+6度范围内对目标持续跟踪；步骤三：当目标继续向前运动到俯仰角大于91度位置后，或目标往回折返运动到俯仰角小于89度位置后，外方位框恢复跟随内方位框，外俯仰框保持跟随内俯仰框。2.根据权利要求1所述两轴四框架光电吊舱过顶跟踪盲区的方法，其特征在于：整个跟踪过程中，俯仰轴系都保持正常跟踪；内俯仰框的驱动量为：外俯仰框的驱动量为：其中T
y
为俯仰方向跟踪偏差，θ
y
为内俯仰框和外俯仰框之间的角度差，K
p
、T
i
、T
d
为PID参数。3.根据权利要求1所述两轴四框架光电吊舱过顶跟踪盲区的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈腾，陈国强，梁璐，韩运峥，张龙浩，刘祥，昝宝亮，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所，
类型：发明
国别省市：