[发明专利]两轴平衡环架的扰动补偿装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于飞行器的视觉导航系统中对摄像机光轴的控制，更特别地说，是指一种两轴平衡环架的扰动补偿装置。该扰动补偿装置解决了对飞行器耦合扰动的隔离。

背景技术

目前，基于视觉的飞行器导航、制导与控制是国内外应用很广泛的新兴领域，尤其是基于视觉的无人机系统更是研究的重点之一。它主要是将摄像机及其伺服系统安装在飞行器上，具有两方面的主要应用：一方面，它利用摄像机及其伺服系统对事先已知的地标等图像的处理，解算出无人机载机的姿态参数，作为载机导航控制的信息源，这时摄像机系统作为导航控制的传感器使用；另一方面，摄像机及其伺服系统可以拍摄地面或空中目标的图像，得到地面航拍图或空中目标的航拍图，这些图像可以作为科学研究之用。这两方面的应用都是将摄像机及其伺服系统安装在载机上并自动拍摄图像，不需要载机与外界进行数据链通讯，因此具有很好的自主性和隐蔽性。而且无人机可以在高空和不适合有人参与的环境下工作，不用考虑有人飞机的驾驶员安全等问题，并且无人机成本较低，便于实现小型化。

参见图1所示，摄像机1安装在平衡环架的内框架轴7上，并在内框架轴7的两端分别安装A电机2、A电位器2A；在平衡环架的外框架轴9上安装有B电机3、B电位器3A。环架4、内框架轴7和外框架轴9构成直角坐标结构的平衡环架。但是，由于平衡环架安装在飞行器外壳8上，载机的运动会耦合到摄像机光轴，对摄像机图像拍摄造成很大的干扰，从而大大降低图像质量，影响视觉导航系统的工作。另外，对于飞行器来说，体积和重量是着重考虑的要素，设备安装空间和位置也需要考虑，因此需要稳定平台尽量具有轻巧的特点。因此，本发明为了克服两轴平衡环架隔离载机飞行器耦合扰动造成的影响，设计了两轴平衡环架的扰动补偿装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种两轴平衡环架的扰动补偿装置，该扰动补偿装置采用坐标变换方法，将飞行器的三轴角速度变换到摄像机光轴所在的坐标系下，然后利用融合分配F₃将飞行器的三个角速度分量融合、分配，从而隔离飞行器运动对摄像机光轴的耦合扰动。

本发明是一种两轴平衡环架的扰动补偿装置，该扰动补偿装置5安装在环架4的外框架轴9上。A电机2与A电位器2A同轴安装在内框架轴7上，A电机2用于驱动内框架轴7转动，从而实现摄像机1的俯仰运动，A电位器2A用于敏感内框架轴7在转动状态下产生的转动角度(即内框转角θ₇)；B电机3与B电位器3A同轴安装在外框架轴9上，B电机3用于驱动外框架轴9转动，从而实现摄像机1的方位运动，B电位器3A用于敏感外框架轴9在转动状态下产生的转动角度(即外框转角θ₉)。扰动补偿装置5由一次变换器51、二次变换器52、通道选择器53和电机控制器54构成。