一种三轴望远镜的跟踪控制方法技术

一种三轴望远镜的跟踪控制方法，其主要方式为：将Y轴、Z轴视为2个方位轴，X轴视为高低轴。当跟踪低仰角目标的时候，Y轴、Z轴的工作方式可以分别利用X轴上的图像传感器（1）和Y轴上的图像传感器（2）提供的位置偏差（脱靶量）闭环，或者利用Y轴上的图像传感器（2）提供的位置偏差闭环Y轴，Z轴随动于Y轴，此时相当于复合轴功能；当跟踪高仰角目标的时候，锁定Z轴；利用Y轴上的图像传感器（2）提供的目标位置偏差信息，实现X、Y轴跟踪闭环。解决了采用图像传感器提供的位置偏差信息（脱靶量）实现三轴联动的问题，有效地发挥三轴望远镜的跟踪性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于跟踪控制领域，具体涉及ー种三轴望远镜的跟踪控制方法。
技术介绍
采用地平式机架系统的望远镜，力学性能非常好，而且体积小、重量轻，但存在跟踪盲区。文献(三轴无盲区望远镜机架方案，天文学进展，VoL，No. 2，2009，7)提出ー种新型三轴望远镜，利用三个轴相互转换的控制方案实现无盲区跟踪。实际上，目前的三轴跟踪系统一般都是只选择其中两轴工作，另外ー轴位置锁定。这种方法的主要不足在于(1)需要精心设定合理盲区以及处理跟踪轴的相互变换，实现平稳跟踪；(2)没有实现三轴联动，不 能很好地发挥三轴跟踪架的性能。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题克服现有技术的不足，提供，采用图像传感器提供的位置偏差信息实现三轴联动的控制方式，有效地发挥三轴望远镜的跟踪性能。本专利技术的技术解决方案，其特征在于包括低仰角目标的跟踪和高仰角目标的跟踪，其中所述高仰角指X轴的角度区间为80° 100°，不包含80°以及100°这两个点；所述低仰角指X轴能够到达除80° 100°区间并包含80°以及100°这两个点的任意角度；对于低仰角目标的跟踪采用以下两种方式之一方式之一双图像传感器控制方式，首先利用安装在三轴望远镜的X轴上的图像传感器(I)提供的目标位置偏差信息，作为控制系统的闭环输入，以此驱动三轴望远镜的X轴、Z轴，对目标进行跟踪；然后，当目标进入到安装在三轴望远镜的Y轴上的图像传感器(2)的范围内，Y轴上的图像传感器(2)提供的目标位置偏差信息，作为控制系统的闭环输入，以此驱动三轴望远镜的X轴、Y轴，对目标进行跟踪；此时，驱动X轴的目标偏差信号由可以安装在X轴上的图像传感器(I)或者安装在Y轴上的图像传感器(2)任何ー个提供；方式之ニ 单图像传感器控制方式，首先将三轴望远镜的Y轴位置锁定，当目标进入到安装在三轴望远镜的Y轴上的图像传感器(2)的范围内，利用Y轴上的图像传感器(2)提供的目标偏差信息，作为控制系统的闭环输入，以此驱动三轴望远镜的Z轴、Y轴，对目标进行跟踪；跟踪稳定后，用Y轴上的图像传感器(2)提供的偏差信息，作为控制系统的闭环输入，以此驱动三轴望远镜的X、Y轴，而用三轴望远镜的X轴的角度变化量作为三轴望远镜的Z轴的闭环输入，也就是Z轴跟随X轴运动，从而实现目标跟踪；对于高仰角目标的跟踪方法为首先利用三轴望远镜的Z轴的角位置信息锁定Z轴，再利用Y轴上的图像传感器(2)提供的目标位置偏差信息，作为控制系统的闭环输入，以此驱动三轴望远镜的X轴、Y轴，对目标进行跟踪；当目标在运动的过程中既能表现高仰角，又能表现低仰角的特性时，能够通过X轴的角度信息进行条件判断。本专利技术与现有技术相比的优点在于(I)本专利技术采用图像传感器提供的位置偏差信息实现三轴联动的控制方式，有效地发挥三轴望远镜的跟踪性能。(2)本专利技术可以实现空间目标无盲区的跟踪；由权利I可以知道，能够实现对高仰角目标、低仰角目标空间任意范围目标进行跟踪。(3)本专利技术可以提高对快速运动目标的跟踪能力；由权利I可以知道，对于低仰角目标的跟踪，由Y轴、Z轴形成的闭环系统，相当于ー种复合轴跟踪系统，可以显著提高对快速目标的跟踪能力。(4)本专利技术同样适用于其他三轴跟踪系统，比如光电、雷达、天线等跟踪系统。附图说明图I为本专利技术中的三轴望远镜示意图；图2为本专利技术中的控制结构图图2a.双图像传感器控制结构；图213.单图像传感器控制结构，其中，X、Y、Z表示望远镜三个转动轴。具体实施例方式如图I所示，三轴望远镜是由X、Y、Z三个相互正交垂直的轴系组成的，每个轴上都安装伺服电机、角度传感器(编码器)，转动方向如图I中所描述。望远镜镜筒安装在Y轴上，并可以随它转动。其中，X、Y、Z可以转动的角度范围分别为180°、20°、360° XN0设定镜筒正对天顶的时候，X轴角度传感器的输出为零点，Y轴角度传感器的输出为90°。因此高仰角指X轴的角度区间为80° 100°，不包含80°以及100°这两个点。低仰角指X轴能够到达除80° 100°区间并包含80°以及100°这两个点的任意角度。图像传感器I安装在X轴上，随着Χ、Ζ轴转动，但不随着Y轴转动，而图像传感器2安装在Y轴上，随着X、Y、Z三个轴转动。与一般的望远镜控制系统相同，对每个跟踪轴Χ、Υ、Ζ，三轴望远镜的控制系统同样设计了电流环、速度环、跟踪环(位置环)三环反馈控制模式以及前馈控制，具备有外部引导和自动跟踪的能力(上述是现有的控制方法，属于基本技木)。应该可以看到，外部引导和自动跟踪的输入数据不同，控制方法是相同的。下面就对于采用图像传感器对目标进行自动跟踪的方法归纳如下 本专利技术实施例三轴望远镜的跟踪控制方法，包括低仰角目标的跟踪和高仰角目标的跟踪，其中即所述高仰角指X轴的角度区间为80° 100°，不包含80°以及100°这两个点。所述低仰角指X轴能够到达除80° 100°区间并包含80°以及100°这两个点的任意角度。对于低仰角目标的跟踪采用以下两种方式之一方式之一双图像传感器控制方式如图2a所示，首先利用安装在三轴望远镜的X轴上的图像传感器I提供的目标位置偏差信息，作为控制系统的闭环输入，以此驱动三轴望远镜的X轴、Z轴，对目标进行跟踪；然后，当目标进入到安装在三轴望远镜的Y轴上的图像传感器2的范围内，Y轴上的图像传感器2提供的目标位置偏差信息，作为控制系统的闭环输入，以此驱动三轴望远镜的X轴、Y轴，对目标进行跟踪；此时，驱动X轴的目标偏差信号由可以安装在X轴上的图像传感器I或者安装在Y轴上的图像传感器2任何ー个提供；方式之ニ 单图像传感器控制方式如图2b所示，首先将三轴望远镜的Y轴位置锁定，当目标进入到安装在三轴望远镜的Y轴上的图像传感器2的范围内，利用Y轴上的图像传感器2提供的目标偏差信息，作为控制系统的闭环输入，以此驱动三轴望远镜的Z轴、Y轴，对目标进行跟踪；跟踪稳定后，用Y轴上的图像传感器2提供的偏差信息，作为控制系统的闭环输入，以此驱动三轴望远镜的X、Y轴，而用三轴望远镜的X轴的角度变化量作为三轴望远镜的Z轴的闭环输入，也就是Z轴跟随X轴运动，从而实现目标跟踪；对于高仰角目标的跟踪方法为首先利用三轴望远镜的Z轴的角位置信息锁定Z轴，再利用Y轴上的图像传感器2提供的目标位置偏差信息，作为控制系统的闭环输入，以此驱动三轴望远镜的X轴、Y轴，对目标进行跟踪； 当目标在运动的过程中既能表现高仰角，又能表现低仰角的特性时，可以通过X轴的角度信息进行条件判断。即所述高仰角指X轴的角度区间为80° 100°，不包含80°以及100°这两个点。所述低仰角指X轴能够到达除80° 100°区间并包含80°以及100°这两个点的任意角度。从上面所描述的跟踪控制方法可以看到，本专利技术采用图像传感器提供的位置偏差信息实现三轴联动的控制方式，有效地发挥三轴望远镜的跟踪性能实现对高仰角目标、低仰角目标空间任意范围目标进行跟踪；对于低仰角目标的跟踪，由Y轴、Z轴形成的闭环系统，相当于ー种复合轴跟踪系统，可以显著提高对快速目标的跟踪能力。本专利技术未详细阐述的部分属于本领域公知技木。尽管上面对本专利技术说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐涛，钟代军，包启亮，刘儒贞，刘兴发，吴琼燕，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：