[发明专利]航空相机稳定平台无超调伺服控制方法

说明书

技术领域

本发明属于控制领域，主要涉及一种稳定平台的伺服控制方法，尤其涉及一种适用于阶跃摆扫式航空相机稳定平台的无超调伺服控制方法。

背景技术

航空相机系统主要用于从高空中获取高分辨率可见光目标图像信息。稳定平台和相机是航空相机系统的重要组成部分，相机一般采用面阵CCD数码相机且固定在稳定平台上，稳定平台用以隔离载机的扰动，为相机提供良好的工作环境，使相机能够稳定而快速的获取高分辨率的目标图像。

公开号为CN1825203A的中国专利申请公开了一种机载倾斜相机摄影装置，该装置包括稳定平台和2～5台高分辨率相机且相机的视场角为44°，这些相机按照一定的角度安装在稳定平台上，以获取前视、后视、左视、右视或下视即2～5个不同角度的航空影像，其中下视相机拍摄的影像用于制作建筑空间模型和正射影像，其它角度相机拍摄的影像可作为建筑物墙面的纹理源。摄影装置的工作高度为2000m。由于相机数量较多且视场角较大，稳定平台只需提供一定精度的水平基准，无需进行快速摆动就可获得大视场图像，因而，摄影装置对稳定平台的要求较低即没有快速调转和无超调的要求；此外，载机的飞行高度较低，速度也较慢，对稳定平台的扰动较小，因此，这类稳定平台较容易实现。

然而，对于视场角为3.1°、焦距大于1m、工作高度为6000m的高空航空相机系统来说，稳定平台上只能安装一台相机，因而无法通过在稳定平台上安装多台相机来实现大面积拍摄。为了每次飞行拍摄的图像能够覆盖更大的拍摄区域，在拍摄过程中需要稳定平台带动相机指向不同的航道，并将不同航道拍摄的图像进行拼接才能获得大面积高分辨率图像。为此，要求稳定平台能够带动相机在相邻航道之间快速转换并精确到位，到位后即刻通知相机拍照，每当拍完一幅图像后就转向相邻的航道进行拍照，故相机的整个拍照过程是一个“启动－停止－拍照”的循环跳跃式工作过程。为了提高高空拍照效率，要求稳定平台具有航道转换无超调，快速收敛，转换时间短的特性。由于稳定平台的负载即相机质量较大，因此稳定平台在各航道之间的快速转换和无超调是一对很难平衡的矛盾。此外，为了保证成像质量，还要求稳定平台既要保证惯性空间的速率稳定又要保证精确的地理坐标指向，同时还要求相机所拍照片具有一定的重叠率，这样，稳定平台就需要建立自己的地理坐标基准，而传统的航空稳定平台是不具备这一功能的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对需要多航道快速转换拍摄的航空相机系统的稳定平台，提供一种无超调伺服控制方法，采用该伺服控制方法的稳定平台不仅能够在惯性空间保持稳定，同时也能够在地理坐标系下进行阶跃式位置转动，从而带动相机对不同的地理位置进行拍照。

为解决以上技术问题，本发明提供的无超调伺服控制方法由内置有伺服控制模块的DSP实现，伺服控制模块含有横滚通道和俯仰通道，当DSP上电后，伺服控制模块执行以下操作步骤：

第一步，判断是否接收到航空相机系统控制器发出的“开始工作”指令，若为否，等待，若为是，转入第二步；

第二步，接收航空相机系统控制器给出的横滚通道位置指令θ_{ro_cmd}；将俯仰通道位置指令置为零，即令θ_{el_cmd}＝0；令变量i＝1；

第三步，采集垂直陀螺输出的载机初始横滚角θ_{ro_v0}和初始俯仰角θ_{el_v0}，采集横滚旋转变压器输出的横滚外框架初始角位置信号θ_{ro_r0}和俯仰旋转变压器输出的俯仰内框架初始角位置信号θ_{el_r0}，并根据下式计算：