分体式云台的自动跟随控制系统及方法技术方案

本发明专利技术为一种分体式云台的自动跟随控制系统及方法。本发明专利技术针对分体式云台在监测目标时随动云台需跟随主控云台转动并保证朝向一致的问题，提供了一种建立联动数学模型的方法，实现自动控制主控云台和随动云台使其朝向一致。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种分体式云台的自动跟随控制系统及方法。
技术介绍
目前，用于监控的云台都是一体式的，负载的形式主要有三种：独立摄像机、摄像机和照明器或者摄像机与其他设备的组合。在缺少照明条件的情况下，独立摄像机在夜间起不到监控作用，如果单独安装照明器，照明方向固定无法跟随目标变化。安装照明器的一体化智能云台在监控过程中照明器和摄像机随云台同步转动：专利ZL200520139840.2安装的是红外照明器，照明角度不可变，用于近距离监控；专利ZL200820016226.0选用的是同步变焦的激光照明器适合远距离夜间监控。但是，当监控环境恶劣比如出现严重水汽时，一体化云台监测到的图像质量降低甚至无法分辨目标，主要原因是照明器和摄像机安装在同一个云台上距离较近。一体式监控云台的多个负载随云台同时转动，它们的方向始终保持一致，无需考虑跟随目标一致的问题，分体式云台将不同负载分别安装在主控云台和随动云台上面，拉大了负载之间的距离，而当负载分立于不同云台上时要想保证负载指向同一目标，保持相应的联动一致性是最关键的。
技术实现思路
本专利技术针对分体式云台在监测目标时随动云台需跟随主控云台转动并保证朝向一致的问题，提供了一种分体式云台的自动跟随控制系统及方法的技术方案。本专利技术是通过如下技术措施实现的：一种分体式云台的自动跟随控制系统及方法，其特征是，它包括主控云台和随动云台，主控云台和随动云台均设置有水平和俯仰机构，主控云台和随动云台的内置处理器均包含有控制模块；首先，确定与目标水平面对应的联动数学模型中的系数：(1)、当监控的所有目标处于同一水平面S1时，可以通过如下方法求得：手动控制并观测屏幕使主控云台和随动云台指向同一目标水平面上的一个具体目标时，主控云台的控制模块能够自动获取主控云台的水平转动角xx1和俯仰转动角xx2；随动云台的控制模块能够自动获取随动云台的水平转动角yy1和俯仰转动角yy2并将获得的水平转动角xx1、yy1和俯仰转动角xx2、yy2自动输入预置在随动云台处理器内的联动数学模型，获得联动数学模型中的系数h1，h2和d；(2)、当主控云台和随动云台同时监控S1和与S1平行的水平面S2上的目标时，S1和S2水平面分别对应一个联动数学模型，测定主控云台到S2水平面上任意一个月标的距离l2，就能确定S2水平面的联动数学模型的系数：h1′＝l2*sinxx2′，h2′＝(h1′-h1)+h2，其中h1′和h2′为S2水平面的联动数学模型的系数，xx2′是主控云台到S2水平面上的目标的俯仰转动角，该俯仰转动角能够通过控制模块自动获取，h1和h2是(1)中-->计算得到的S1水平面的联动数学模型的系数；其次，联动数学模型中的系数确定后，当主控云台转动时，主控云台的控制模块能够自动获取主控云台的水平转动角x1和俯仰转动角x2；随动云台处理器通过联动数学模型：y1=arctan(h1ctg(x1-a1)sin(x2-b1)h1ctg(x1-a1)cos(x2-b1)-d)+a2]]>或y1=arctan(h1′ctg(x1-a1)sin(x2-b1)h1′ctg(x1-a1)cos(x2-b1)-d)+a2,]]>y2=arcctg(h1ctg(x1-a1)sin(x2-b1))2+(d-h1ctg(x1-a1)cos(x2-b1))2h2+b2,]]>或y2=arcctg(h1′ctg(x1-a1)sin(x2-b1))2+(d-h1′ctg(x1-a1)cos(x2-b1))2h2′+b2,]]>得到随动云台的水平转动角和俯仰转动角；上述y1为随动云台的水平转动角，y2为随动云台的俯仰转动角；h1、h1′为主控云台到水平面的垂直距离；h2、h2′为随动云台到水平面的垂直距离；a1和a2分别为主控云台和随动云台的水平偏角；b1和b2分别为主控云台和随动云台的俯仰偏角。最后，随动云台的处理器根据得到的随动云台的水平转动角和俯仰转动角驱动随动云台的自动跟随动作使主控云台和随动云台目标一致。本专利技术的具体特点还有，上述的水平偏角a1和a2、俯仰偏角b1和b2可以通过校正手段消除，简化后的联动数学模型为：y1=arctan(h1ctgx1sinx2h1ctgx1cosx2-d),]]>或y1=arctan(h1′ctgx1sinx2h1′ctgx1cosx2-d);]]>y2=arcctg(h1ctgx1sinx2)2+(d-h1ctgx1cosx2)2h2]]>或y2=arcctg(h1′ctgx1sinx2)2+(d-h1′ctgx1cosx2)2h2′.]]>本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，本专利技术为分体式云台在完成随动功能时提供了具体的联动数学模型，可以方便快速计算出当前随动云台的跟随参数，降低了随动误差，提高了自动化程度。附图说明图1为本专利技术中联动数学模型的原理示意图；图2为本专利技术中监控目标处于同一水平面并消除分体式云台水平偏角和俯仰偏角的联动数学模型的简化示意图；图3为本专利技术中监控目标处于不同水平面并消除分体式云台水平偏角和俯仰偏-->角的联动数学模型的简化示意图；图4为本专利技术应用于海上主动激光夜视成像系统的具体实施方式的应用示意图。图中，1、主控云台，2、随动云台，3、摄像机，4、激光照明器，5、主控云台支架，6、随动云台支架，7、水平线，8、海上水汽，9、后向散射光，10、入射光束，11、目标，12、反射光束，21、主控云台方位信息，22、联动数学模型，23、随动云台跟随信息，24、系数集合，25、与系数相关的信息，26、主控云台，27、随动云台，28、主控云台朝向，29、随动云台朝向，30、目标。具体实施方式为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过一个具体实施方式，对本方案进行阐述。一种分体式云台的自动跟随控制系统及方法，其特征是，它包括主控云台和随动云台，主控云台和随动云台均设置有水平和俯仰机构，主控云台和随动云台的内置处理器均包含有控制模块；首先，确定与目标水平面对应的联动数学模型中的系数：(1)、当监控的所有目标处于同一水平面S1时，可以通过如下方法求得：手动控制并观测屏幕使主控云台和随动云台指向同一目标水平面上的一个具体目标时，主控云台的控制模块能够自动获取主控云台的水平转动角xx1和俯仰转动角xx2；随动云台的控制模块能够自动获取随动云台的水平转动角yy1和俯仰转动角yy2并将获得的水平转动角xx1、yy1和俯仰转动角xx2、yy2自动输入预置在随动云台处理器内的联动数学模型，获得联动数学模型中的系数h1，h2和d；(2)、当主控云台和随动云台同时监控S1和与S1平行的水平面S2上的目标时，S1和S2水平面分别对应一个联动数学模型，测定主控云台到S2水平面上任意一个目标的距离l2，就能确定S2水平面的联动数学模型的系数：h1′＝l2*sinxx2′，h2′＝(h1′-h1)+h2，其中h1′和h2′为S2水平面的联动数学模型的系数，xx2′是主控云台到S2水平面上的目标的俯仰转动角，该俯仰转动角能够通过控制模块自动获取，h1和h2是(1)中计算得到的S1水平面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分体式云台的自动跟随控制系统及方法，其特征是，它包括主控云台和随动云台，主控云台和随动云台均设置有水平和俯仰机构，主控云台和随动云台的内置处理器均包含有控制模块；首先，确定与目标水平面对应的联动数学模型中的系数：（１）、当监控的所有目标处于同一水平面Ｓ１时，可以通过如下方法求得：手动控制并观测屏幕使主控云台和随动云台指向同一目标水平面上的一个具体目标时，主控云台的控制模块能够自动获取主控云台的水平转动角ｘｘ１和俯仰转动角ｘｘ２；随动云台的控制模块能够自动获取随动云台的水平转动角ｙｙ１和俯仰转动角ｙｙ２并将获得的水平转动角ｘｘ１、ｙｙ１和俯仰转动角ｘｘ２、ｙｙ２自动输入预置在随动云台处理器内的联动数学模型，获得联动数学模型中的系数ｈ１，ｈ２和ｄ；（２）、当主控云台和随动云台同时监控Ｓ１和与Ｓ１平行的水平面Ｓ２上的目标时，Ｓ１和Ｓ２水平面分别对应一个联动数学模型，测定主控云台到Ｓ２水平面上任意一个目标的距离ｌ２，就能确定Ｓ２水平面的联动数学模型的系数：ｈ１′＝ｌ２＊ｓｉｎｘｘ２′，ｈ２′＝（ｈ１′－ｈ１）＋ｈ２，其中ｈ１′和ｈ２′为Ｓ２水平面的联动数学模型的系数，ｘｘ２′是主控云台到Ｓ２水平面上的目标的俯仰转动角，该俯仰转动角能够通过控制模块自动获取，ｈ１和ｈ２是（１）中计算得到的Ｓ１水平面的联动数学模型的系数；其次，联动数学模型中的系数确定后，当主控云台转动时，主控云台的控制模块能够自动获取主控云台的水平转动角ｘ１和俯仰转动角ｘ２；随动云台处理器通过联动数学模型：ｙ１＝ａｒｃｔａｎ（ｈ１ｃｔｇ（ｘ１－ａ１）ｓｉｎ（ｘ２－ｂ１）／ｈ１ｃｔｇ（ｘ１－ａ１）ｃｏｓ（ｘ２－ｂ１）－ｄ）＋ａ２或ｙ１＝ａｒｃｔａｎ（ｈ１′ｃｔｇ（ｘ１－ａ１）ｓｉｎ（ｘ２－ｂ１）／ｈ１′ｃｔｇ（ｘ１－ａ１）ｃｏｓ（ｘ２－ｂ１）－ｄ）＋ａ２，＊＊＊得到随动云台的水平转动角和俯仰转动角；上述ｙ１为随动云台的水平转动角，ｙ２为随动云台的俯仰转动角；ｈ１、ｈ１′为主控云台到水平面的垂直距离；ｈ２、ｈ２′为随动云台到水平面的垂直距离；ｄ为主控云台和随动云台之间的距离；ａ１和ａ２分别为主控云台和随动云台的水平偏角；ｂ１和ｂ２分别为主控云台和随动云台的俯仰偏角。最后，随动云台的处理器根据得到的随动云台的水平转动角和俯仰转动角驱动随动云台的自动跟随动作使主控云台和随动云台目标一致。...

【技术特征摘要】
1.一种分体式云台的自动跟随控制系统及方法，其特征是，它包括主控云台和随动云台，主控云台和随动云台均设置有水平和俯仰机构，主控云台和随动云台的内置处理器均包含有控制模块；首先，确定与目标水平面对应的联动数学模型中的系数：(1)、当监控的所有目标处于同一水平面S1时，可以通过如下方法求得：手动控制并观测屏幕使主控云台和随动云台指向同一目标水平面上的一个具体目标时，主控云台的控制模块能够自动获取主控云台的水平转动角xx1和俯仰转动角xx2；随动云台的控制模块能够自动获取随动云台的水平转动角yy1和俯仰转动角yy2并将获得的水平转动角xx1、yy1和俯仰转动角xx2、yy2自动输入预置在随动云台处理器内的联动数学模型，获得联动数学模型中的系数h1，h2和d；(2)、当主控云台和随动云台同时监控S1和与S1平行的水平面S2上的目标时，S1和S2水平面分别对应一个联动数学模型，测定主控云台到S2水平面上任意一个目标的距离l2，就能确定S2水平面的联动数学模型的系数：h1′＝l2*sinxx2′，h2′＝(h1′-h1)+h2，其中h1′和h2′为S2水平面的联动数学模型的系数，xx2′是主控云台到S2水平面上的目标的俯仰转动角，该俯仰转动角能够通过控制模块自动获取，h1和h2是(1)中计算得到的S1水平面的联动数学模型的系数；其次，联动数学模型中的系数确定后，当主控云台转动时，主控云台的控制模块能够自动获取主控云台的水平转动角x1和俯仰转动角x2；随动云台处理器通过联动数学模型：y1=arctan(h1ctg(x1-a1)sin(x2-b1)h1ctg(x1-a1)cos(x2-b1)-d)+a2]]>或y1=arctan(h1&prime...

【专利技术属性】
技术研发人员：王倩倩，陈大明，李鹏，夏立民，桑建国，
申请(专利权)人：山东神戎电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：88[中国|济南]