[發明專利]三軸陀螺穩定平臺的前向像移補償方法

有效

• 申請號: 201710290183.9
• 申請日: 2017-04-28
• 公開（公告）號: CN107121152B
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發明（設計）人: 周剛
• 申請（專利權）人: 長春長光睿視光電技術有限責任公司
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 22201 長春吉大專利代理有限責任公司
• 代理人: 王淑秋

本發明涉及一種三軸陀螺穩定平臺的前向像移補償方法，該方法如下：實時采集飛機的速度和航高并計算速高比；當速高比超過設定值時，控制穩定平臺在航空攝影設備每幀圖像拍照周期內，在俯仰方向做一次往返運動；穩定平臺往返運動過程分為保持初始位置階段、加速旋轉階段、勻速旋轉階段和返回初始位置階段。本發明為穩定平臺增加了前向像移補償功能，使穩定平臺搭載航空攝影設備可適用于速高比較大的場合，增加了作業效率，提高了測繪精度。

技術領域

本發明屬于自動控制及應用技術領域，涉及三軸陀螺穩定平臺控制方法，特別涉及一種三軸陀螺穩定平臺的前向像移補償方法。

背景技術

在航空攝影測繪領域，在作業區規劃若干航線和拍照周期，飛機上搭載航空攝影設備(這里指框幅式相機)，周期性對地照相，要求獲得的若干照片前后左右均具有一定重疊率，照片經過后期圖像處理能生成作業區的正射影像等測繪所需要的圖像數據。如果航空攝影設備直接固定在飛機上對地拍照，由于飛機容易受氣流影響，產生橫滾、俯仰和偏航等方向的旋轉運動，導致拍照時鏡頭并不始終垂直對地，所拍的相鄰圖像排列不整齊，而且航空攝影設備只能選用較快的快門速度，減少航姿對成像質量的影響。為了滿足重疊率要求，只有在規劃航線和拍照周期時增加圖像重疊率，降低了作業效率。三軸陀螺穩定平臺(也稱之為三軸陀螺穩定座駕，后面簡稱為穩定平臺)的主要功能是將所裝載的負載保持在慣性空間上的指定位置，可以有效補償飛機的橫滾、俯仰和偏航等旋轉姿態運動。將航空攝影設備放置在穩定平臺上拍照可以增加作業效率。但是目前穩定平臺無法對飛機前向飛行帶來的前向像移進行補償。

高質量的航空攝影成像一般要求前向像移量不超過2個像元，倘若飛機的速高比工作范圍超過了允許范圍，如果不補償前向像移，則所獲取的圖像將會因為像移而模糊；同樣，如果限定飛機速高比后，曝光時間變長也會增加像移量。

傳統穩定平臺處于最佳理想工作狀態時，使負載保持在慣性空間中指定角度位置，角速度為零(如果無特殊說明，后面所說的角度和角速度均為慣性空間的物理量)，能為航空攝影設備提供橫滾方向、俯仰方向和航向方向等三個方向的高質量穩定效果，但是無法解決飛機速高比工作范圍超過允許范圍所出現的圖像模糊問題。為了獲取滿足要求的圖像，業內通常的做法是限定飛機的速度，作業效率也受影響。倘若能解決前向像移補償問題，作業時提高飛機速度將會增加作業效率，對于帶簾縫式快門的航空攝影設備而言，還能提高測繪精度。目前市面上的穩定平臺還沒有解決該問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種三軸陀螺穩定平臺的前向像移補償方法，該方法能夠解決飛機速高比工作范圍超過允許范圍所出現的圖像模糊問題，增加作業效率，提高測繪精度。

為了解決上述技術問題，本發明的三軸陀螺穩定平臺的前向像移補償方法，其特征在于該方法如下：實時采集飛機的速度V和航高H，并按公式(1)計算速高比η:

設航空攝影設備的像元尺寸為b×bmm²，f為航空攝影設備的鏡頭焦距，航空攝影設備的曝光時間長度為t₇，則前向像移量不超過2個像元的速高比為η_c：

當η≥η_c時，控制穩定平臺在航空攝影設備每幀圖像拍照周期內，穩定平臺在俯仰方向做一次往返運動；其運動過程分為如下幾個階段：保持初始位置階段、加速旋轉階段、勻速旋轉階段和返回初始位置階段。

進一步，在每幀圖像拍照周期內，穩定平臺在俯仰方向往返運動的控制方法如下：

步驟一：設當前幀為第N幀，根據加速旋轉階段時間設定值t₀，勻速旋轉階段時間設定值t₁，第N-1曝光同步時刻T₁(N-1)，按公式(3)計算當前幀圖像前向像移補償開始時刻T₀(N)，N≥2；