[发明专利]用于多探测器融合扫描成像系统消除像旋的多向控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种消除多探测器融合扫描成像系统像旋转的运动控制方法，属于成像技术领域。

背景技术

在成像系统中，光学镜头的视场限制了成像范围。采用横向扫描的方式是扩大成像系统覆盖范围的有效途径。为减小扫描机构的转动惯量，通常在镜头前加装45°扫描镜，通过控制扫描镜旋转实现横向扫描。但扫描镜旋转会造成目标景物的影像在像平面上产生旋转。为保证扫描成像的图像完整性，必须设计高精度消像旋系统。专利“一种用于扫描成像系统消除像旋的双向控制方法”(申请号201310254033.4)提出采用双向控制的方法代替传统的传动方式消除成像系统的像旋。但是这种双向控制消除像旋的方案适用于成像系统只有一个消旋元件需要控制的情况。对于多个不同谱段探测器进行融合成像的系统，采用针对一个扫描镜和一个消旋元件设计的双向控制方法消除像旋会给光学设计和结构设计带来诸多限制。因此，需要一种能够适用于多个探测器融合成像系统的消除像旋转的方法。

发明内容

本发明为解决现有采用双向控制消除像旋方法只适用于一个消旋元件而不适用于多个消旋元件的情况，提供一种用于多探测器融合扫描成像系统消除像旋的多向控制方法。

用于多探测器融合扫描成像系统消除像旋的多向控制方法，由一个45°扫描镜和n-1个成像探测器，n个单电机指令跟踪控制器、n个等效力矩估计器和多通道多向控制器组成，所述的扫描镜和成像探测器由伺服电机驱动转动所述伺服电机装有速率陀螺仪和编码器作为反馈传感器；所述单电机指令跟踪控制器用于伺服电机对指令的跟踪；所述等效力矩估计器为多通道多向控制器的计算提供力矩信息；所述多通道多向控制器用于协调各个伺服电机的转动；所述成像探测器伺服电机编号为1至n-1，扫描镜伺服电机编号为n，n>2，具体方法为：

步骤一、根据扫描镜转动指令，分别获得第i个伺服电机的角位置信息θ_i和角速度信息然后将其中每两个伺服电机的角位置信息θ_i，θ_j(i≠j,i,j∈{1,2,...,n})作差，获得位置差值与将其中每两个伺服电机的角速度信息作差计算速度信息差与

步骤二、单电机指令跟踪控制器i根据扫描镜转动指令与伺服电机i的角位置信息的差，所述i＝1,2,...,n，获得伺服电机i的指令跟踪控制量u_ci；

步骤三、计算扫描镜伺服电机和成像探测器伺服电机的等效力矩估计值；

具体过程为：将步骤一获得的伺服电机i的角位置信息θ_i经等效力矩估计器内的标准电机逆模型与低通滤波器乘积的传递函数后，与上一周期经过低通滤波器的伺服电机i的多向控制量u_bi相减所得的差值作为伺服电机i上的等效力矩估计器的输出值；将步骤一获得的伺服电机j的角位置信息θ_j经等效力矩估计器内的标准电机逆模型与低通滤波器乘积的传递函数后，与上一周期经过低通滤波器的伺服电机j的双向控制量u_bj相减所得的差值作为伺服电机j上的等效力矩估计器的输出值；

步骤四、将步骤一获得的位置差值与步骤三获得的伺服电机j的等效力矩估计值重新计算伺服电机i的控制量u_bi；

步骤五、将步骤二获得的伺服电机i的指令跟踪控制量u_ci与步骤四获得的多向控制量u_bi叠加，叠加后的输出值作用在伺服电机i上，实现多向控制。

本发明的有益效果：

一、本发明实现了多个成像元件协同运动，对于多光谱、高分辨率的多探测器融合扫描成像系统，解除了消除像旋对光学设计的约束，光路中不需要加入额外的消旋元件；系统不需要使多个探测器形成的成像组件进行整体运动，而是允许多个探测器分布于成像系统的任意位置，降低了机械设计难度，避免了多个成像探测器形成组件后整体旋转导致成像系统体积过大等问题。

二、本发明采用多向控制思想，实现扫描镜与多个成像探测器之间的协同运动，提高成像元件之间的同步精度。本发明能够有效保证具有不同转动惯量、受到不同摩擦力矩、外界扰动影响的扫描镜和多个成像探测器伺服系统运动的协调性，提高消除像旋的精度。

附图说明

图1为本发明所述的一种用于扫描成像系统消除像旋的多向控制方法的算法原理图；

图2为本发明所述的一种用于扫描成像系统消除像旋的多向控制方法中等效力矩估计原理框图；