[发明专利]车载摄像稳定平台

说明书

技术领域

本发明涉及车载摄像稳定平台，适用于车载、轨道条件影视拍摄领域，并能根据用户需求，拓展应用于地面侦查、雷达稳定、战车火炮稳定等领域，应用于海关、边防缉私取证、移动指挥视频获取等。

背景技术

车载、轨道条件影视拍摄在有效隔离运动载体对有效载荷造成的角运动干扰的同时，实现对观测目标的跟踪、锁定。为了保证视轴稳定，陀螺稳定平台必须同时解决隔离载体扰动和伺服跟踪的问题。

为解决隔离载体扰动，目前车载、轨道条件影视拍摄均是采用陀螺作为测量装置构成稳定回路，将平台校正回水平姿态，隔离载体扰动。固态速率陀螺由于其体积小、质量轻、功耗小、成本低、瞬间启动及抗冲击力强等特点，广泛应用于车载、轨道条件影视拍摄。由于固态速率陀螺漂移稳定性较差，短期稳定性在0.1°/s数量级，长期稳定性在1°/s数量级，需要采取措施来消除其角度漂移，以满足在固定方向上连续拍摄的要求。针对陀螺漂移这一问题，目前可利用的基准主要有重力矢量、光学目标及载体姿态等。以重力矢量为参考的调平回路，采用加速度计测量重力加速度来调节平台倾角。在载体运动中，运动加速度会叠加在重力加速度上，造成垂线测量误差，只能假设载体的平均运动加速度趋于零，所以不适用于车载、轨道条件影视拍摄等载体运动不确定的场合。以光学目标为参考的目标跟踪回路，采用图像处理和目标辨识来测量摄像机的角偏差，实现自动跟踪。目标跟踪回路可以采用较快的回路，但从图像平稳角度考虑，仍应显著低于稳定回路的带宽。以载体姿态为参考的姿态锁定回路，采用姿态角传感器测量平台相对载体的角度构成回路，可以抑制因陀螺漂移造成的平台倾角的变化，解决了隔离载体扰动，可以满足在固定方向上连续拍摄的要求，但是作为摄像稳定平台，需要根据拍摄需要和目标运动情况实时控制平台的姿态，所以还必须解决伺服跟踪问题。

针对伺服跟踪这一问题，现有的伺服跟踪方法一般是给出跟踪量，并将跟踪量叠加在控制信号中。对于只依赖固态速率陀螺构成的稳定回路，保证操控性比较简单，只要叠加在固态速率陀螺输出的角速度控制信号有足够的线性度和分辨率，配合手感良好的控制手柄即可满足要求。对于采用锁定回路等复合回路的稳定平台，操纵控制信号会引起锁定回路的响应，可能产生长达数分钟的调节后效，使摄像机难以指向给定目标，影响稳定平台的操控性能，而且目前并没有很好的解决办法。

跟踪量一般称为加矩指令，现有的加矩指令一般均由电脑等控制界面给出，操作性不好。操作人员需要根据目标的运动状态不断地调节摄像稳定平台的角度，保持运动目标处于视场内，长时间跟踪同一目标时，极大地增加了操作人员的工作量，并且不利于图像的稳定。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种能有效地隔离车载角运动引起的干扰、抑制陀螺引起的漂移、提高系统的动态性能、易操作的车载稳定平台系统。

本发明的技术解决方案是：车载摄像稳定平台，包括车载摄像稳定装置、信号处理装置、控制单元、陀螺、电位计、电机；电机包括俯仰力矩电机和方位力矩电机；电位计包括俯仰轴电位计和方位轴电位计；

陀螺安装在车载摄像稳定装置的左端罩内的左内轴上；俯仰力矩电机安装在车载摄像稳定装置的右端罩内的右内轴和右外轴之间；方位力矩电机安装在车载摄像稳定装置的方位内轴和方位外轴之间；俯仰轴电位计安装在右端罩内的俯仰轴齿轮连接板上，方位轴电位计安装在车载摄像稳定装置的方位轴端组件的俯仰轴齿轮连接板上；陀螺、电位计、电机分别用于敏感平台的角速率，测量平台的角度和驱动平台转动；信号处理装置、控制单元放置在平台外，控制单元与信号处理装置连接后、由信号处理装置通过控制电缆连接在车载摄像稳定装置上；控制单元采用图像跟踪方式实现对运动目标的手动锁定或自动跟踪，信号处理装置、控制单元、陀螺、电位计和电机构成稳定回路和锁定回路，信号处理装置将陀螺敏感的平台角速率和电位计测量的平台角度进行低通滤波、模数转换后，得到陀螺速率信号和电位计角度信号，并将得到的信号输入给控制单元，控制单元对输入的陀螺速率信号、电位计角度信号和待摄像目标的移动量进行处理，给出加矩指令即角速度控制信号，并采用前馈控制进行加矩，输出控制信号送入电机，由电机控制平台动作，陀螺和电位计重新输出平台角速率和平台角度，经信号处理装置处理后作为稳定回路和锁定回路的输入，构成双闭环回路，实现对待摄像目标的跟踪。