[发明专利]稳定遥感设备姿态及获取其外方位元素的装置及方法

权利要求书

1.一种稳定遥感设备姿态及获取其外方位元素的装置，其特征在于，包括：遥感飞机，陀螺稳定平台，遥感设备，设备机柜，工控机，定位定向系统，GNSS天线，IMU，控制终端；

所述陀螺稳定平台与所述遥感飞机的下视遥感窗口固连；所述遥感设备与所述陀螺稳定平台固连；所述IMU与所述遥感设备固连；所述GNSS天线与所述遥感飞机的顶部固连；所述定位定向系统与所述设备机柜固连；所述控制终端与所述设备机柜固连；所述工控机与所述设备机柜固连；所述设备机柜与所述遥感飞机的地板固连；所述GNSS天线通过数据线缆与所述定位定向系统连接；所述IMU通过数据线缆与所述定位定向系统连接；所述遥感设备通过数据线缆与所述工控机连接；所述遥感设备通过数据线缆与所述定位定向系统连接；所述陀螺稳定平台通过数据线缆与所述定位定向系统连接；所述控制终端通过数据线缆与所述陀螺稳定平台连接；所述控制终端通过数据线缆与所述定位定向系统连接；

所述陀螺稳定平台及所述定位定向系统用于控制遥感设备姿态，其中，所述稳定遥感设备姿态是指通过所述陀螺稳定平台和所述定位定向系统控制所述遥感设备能够垂直海平面向下进行对地遥感观测，而不受所述遥感飞机角运动的影响；

所述陀螺稳定平台包括电流回路控制系统、速率回路控制系统和位置回路控制系统；

其中，电流回路由电流传感器产生电枢电流负反馈；速率回路以速率陀螺作为速率传感器，用于隔离扰动；位置回路为控制系统主回路，以所述IMU作为位置传感器，使遥感载荷始终跟踪导航坐标系的姿态；

其中，所述电流回路控制系统的传递函数由电流补偿器的比例参数、PWM功率放大器的模型函数和力矩电机的模型函数计算生成；其中，所述电流补偿器的比例参数是K_ip，所述PWM功率放大器的模型函数是所述力矩电机的模型函数是根据从电流输入I_in到电流输出I_out的闭环传递函数：

实现电流回路控制，其中，K_PWM是所述PWM功率放大器的放大倍数，T_PWM是所述PWM功率放大器的开关周期，K_m是所述力矩电机的模型参数电枢绕组跨导，T_e是电磁时间常数，s是微分算子；

其中，所述速率回路控制系统的传递函数由速率补偿器的模型函数、电流回路的等效值、传动机构的传动比和框架的转动惯量计算生成；其中，速率补偿器的模型函数是电流回路的等效值等效为比例环节1，所述传动机构的传动比是K_T，所述框架的转动惯量是根据速率回路开环传递函数：

实现速率回路控制，其中，K_ωp是速率补偿器的比例参数，τ_ωp是速率补偿器的积分时间常数；

其中，所述位置回路控制系统的传递函数由位置补偿器的比例参数、速率回路的闭环传递函数和积分算子计算生成；所述位置补偿器的比例参数是K_θp，速率回路闭环传递函数是积分算子是根据位置回路开环传递函数：

实现位置回路控制，其中，T_ω是时间常数；

所述遥感设备的外方位元素是指曝光瞬间遥感设备摄影中心在成图坐标系中的位置(X_S，Y_S，Z_S)及成图坐标系旋转到像空间坐标系的旋转角(φ，ω，κ)；

所述定位定向系统还用于输出IMU原点的WGS84直角坐标(X_IMU，Y_IMU，Z_IMU)以及所述遥感飞机的横滚角Φ、俯仰角Θ和旋偏角Ψ。