一种机载扫描型光电设备制造技术

本发明专利技术公开了一种机载扫描型光电设备，光电设备包括数字控制器、POS模块、光学模组、舱体、俯仰机构和横滚机构。本光电设备采用集成化、小型化整机设计，可见光摄像机、中波制冷红外热像仪直接对地扫描成像，能够有效降低机载扫描型光电设备的体积重量，满足更多飞行平台搭载的要求；采用横滚和俯仰两框架的运动结构，实现大角度的横滚扫描成像和俯仰角度调节功能，结构小巧、新颖；通过俯仰轴俯仰方向的像移补偿，通过横滚轴和一个单维摆镜模块实现俯仰方向的像移补偿，无需再增加其他补偿模块，减少硬件成本；根据扫描场景的不同，可以自由选择垂直扫描和侧向扫描其中一种扫描方式，应用性更广泛。用性更广泛。用性更广泛。

【技术实现步骤摘要】
一种机载扫描型光电设备


[0001]本专利技术属于光电设备领域，具体涉及一种机载扫描型光电设备。

技术介绍

[0002]现有技术方案采用单可见光摄像机或者单中波制冷红外热像仪模块进行扫描成像，图像单一无法实现对目标的有效发现与识别。不仅如此，现有方案采用一种对地扫描方式，垂直扫描或者侧向扫描，并且在扫描成像过程中，无法解决扫描像移以及光电设备带来的前向像移问题。而且，现有技术方案结构设计复杂，设备重量、尺寸较大且硬件成本较高。
[0003]现有飞机对地扫描型摄像机主要为单摄像机、侧扫形式并且在对地扫描成像过程中，光电设备对地产生的向前运动，在曝光时刻造成前向像移现象，而影响图像质量。不仅如此，在扫描过程中，扫描速度过快会在扫描方向产生像移，造成图像质量下降而且现有设备结构设计复杂且尺寸与重量较大。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对解决
技术介绍
中提出的问题，提出一种机载扫描型光电设备。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：
[0006]本专利技术提出的一种机载扫描型光电设备，光电设备包括数字控制器、POS模块、光学模组、舱体、俯仰机构和横滚机构，其中：
[0007]数字控制器和POS模块均内置于舱体。
[0008]俯仰机构包括俯仰轴、呈口形的俯仰框架、俯仰速率陀螺、俯仰角度传感器和俯仰力矩电机，俯仰轴垂直于飞机飞行的方向，舱体位于俯仰框架内部，通过俯仰轴与俯仰框架转动连接，俯仰速率陀螺内置于舱体，俯仰角度传感器和俯仰力矩电机均内置于俯仰轴。
[0009]横滚机构包括横滚轴、呈U形的横滚框架、横滚速率陀螺、横滚角度传感器、单维摆镜模块和横滚力矩电机，横滚轴平行于飞机飞行的方向，横滚框架通过横滚轴与俯仰框架的外侧转动连接，横滚速率陀螺和单维摆镜模块均内置于舱体，横滚角度传感器和横滚力矩电机均内置于横滚轴。
[0010]光学模组安装于舱体上，分别与俯仰轴和横滚轴垂直。
[0011]POS模块监测光电设备的姿态信息和各角度传感器监测光电设备的角度信息，发送至数字控制器解算，得出光学模组的对地姿态信息，数字控制器对光学模组的对地姿态信息和光电设备的角度信息进行比较，分别计算出俯仰和横滚姿态角度误差信号，并通过各力矩电机对应驱动各轴转动，分别确定光电设备扫描角度俯仰方向和横滚方向的起始角度位置和结束角度位置。
[0012]各机构分别根据对应的起始角度位置和结束角度位置计算得出各补偿速度发送至数字控制器，数字控制器通过各力矩电机对应驱动各轴转动，各速率陀螺对应监测各轴转动的速度并发送至数字控制器，数字控制器对各补偿速度与对应的各轴转动的速度进行
比较，分别计算出俯仰和横滚偏差信号，并通过各力矩电机对应驱动各轴转动，当各轴转动的速度信号与各补偿速度信号对应相等时，进而俯仰轴实现俯仰方向的像移补偿，且单维摆镜模块与横滚轴转动的方向相反，速度为横滚轴转动速度的一半，进而横滚轴和单维摆镜模块实现横滚方向的像移补偿。
[0013]优选地，光学模组包括可见光摄像机和中波制冷红外热像仪。
[0014]优选地，POS模块包括GPS单元和贯性导航单元。
[0015]优选地，俯仰轴转动的角度范围为
‑
30
‑‑
30度，横滚轴转动的角度范围为0
‑‑
360度。
[0016]优选地，姿态信息包括高度和角速度。
[0017]优选地，数字控制器通过各力矩电机对应驱动各轴转动，分别确定光电设备扫描角度俯仰方向和横滚方向的起始角度位置和结束角度位置包括：
[0018]数字控制器将俯仰和横滚姿态角度误差信号进行校正和放大后输出至相对应的力矩电机，各力矩电机产生扭转力矩，对应驱动俯仰轴和横滚轴转动，此时当各角度传感器监测的信号与光电设备的角度信号相同时，确定光电设备扫描角度俯仰方向和横滚方向的起始角度位置和结束角度位置。
[0019]优选地，各机构分别根据对应的起始角度位置和结束角度位置计算得出各补偿速度发送至数字控制器，数字控制器通过各力矩电机对应驱动各轴转动包括：所述各补偿速度的计算如下：
[0020]俯仰方向：
[0021][0022][0023]得到：
[0024][0025][0026]V
俯仰补偿
＝V
俯仰像移
；
[0027]其中，w1表示俯仰方向像移角速度，V表示光电设备随着飞机飞行的速度，L表示目标物体与光电设备的直线距离，H表示光电设备的高度，θ表示俯仰轴转动的角度，f表示光学模组的焦距，V
俯仰像移
表示俯仰方向像移速度，V
俯仰补偿
表示俯仰方向像移补偿速度；
[0028]横滚方向：
[0029][0030][0031]V
横滚补偿
＝V
横滚像移
；
[0032]其中，w2表示横滚方向像移角速度，α表示横滚轴转动的速度，表示飞机在横滚方向上转动的速度，V
横滚像移
表示横滚方向像移速度，V
横滚补偿
表示横滚方向像移补偿速度；
[0033]数字控制器通过各力矩电机对应驱动各轴转动包括：所述数字控制器将各补偿速度对应的信号进行校正和放大后输出至各力矩电机，驱动各力矩电机产生扭转力矩，带动各轴转动。
[0034]优选地，数字控制器对各补偿速度与对应的各轴转动的速度进行比较，分别计算出俯仰和横滚偏差信号，并通过各力矩电机对应驱动各轴转动包括：
[0035]数字控制器将俯仰和横滚偏差信号经过校正和放大后输出至对应的力矩电机，驱动各力矩电机产生扭转力矩，带动各轴转动。
[0036]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0037]1、采用集成化、小型化整机设计，可见光摄像机、中波制冷红外热像仪直接对地扫描成像，能够有效降低机载扫描型光电设备的体积重量，满足更多飞行平台搭载的要求；
[0038]2、采用横滚和俯仰两框架的运动结构，实现大角度的横滚扫描成像和俯仰角度调节功能，结构小巧、新颖；
[0039]3、通过俯仰轴俯仰方向的像移补偿，通过横滚轴和一个单维摆镜模块实现俯仰方向的像移补偿，无需再增加其他补偿模块，减少硬件成本；
[0040]4、根据扫描场景的不同，可以自由选择垂直扫描和侧向扫描其中一种扫描方式，应用性更广泛。
附图说明
[0041]图1为本专利技术机载扫描型光电设备的结构示意图；
[0042]图2为本专利技术机载扫描型光电设备的流程框图；
[0043]图3为本专利技术机载扫描型光电设备的横滚像移补偿原理图；
[0044]图4为本专利技术机载扫描型光电设备的俯仰像移补偿原理图。
[0045]附图标记说明：1、光学模组；2、舱体；3、俯仰机构；31、俯仰轴；32、俯仰框架；4、横滚机构；41、横滚轴；42、横滚框架。
具体实施方式
[0046]下面将结合本申本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机载扫描型光电设备，其特征在于：所述光电设备包括数字控制器、POS模块、光学模组(1)、舱体(2)、俯仰机构(3)和横滚机构(4)，其中：所述数字控制器和POS模块均内置于所述舱体(2)；所述俯仰机构(3)包括俯仰轴(31)、呈口形的俯仰框架(32)、俯仰速率陀螺、俯仰角度传感器和俯仰力矩电机，所述俯仰轴(31)垂直于飞机飞行的方向，所述舱体(2)位于所述俯仰框架(32)内部，通过所述俯仰轴(31)与俯仰框架(32)转动连接，所述俯仰速率陀螺内置于所述舱体(2)，所述俯仰角度传感器和俯仰力矩电机均内置于所述俯仰轴(31)；所述横滚机构(4)包括横滚轴(41)、呈U形的横滚框架(42)、横滚速率陀螺、横滚角度传感器、单维摆镜模块和横滚力矩电机，所述横滚轴(41)平行于飞机飞行的方向，所述横滚框架(42)通过所述横滚轴(41)与俯仰框架(32)的外侧转动连接，所述横滚速率陀螺和单维摆镜模块均内置于所述舱体(2)，所述横滚角度传感器和横滚力矩电机均内置于所述横滚轴(41)；所述光学模组(1)安装于所述舱体(2)上，分别与所述俯仰轴(32)和横滚轴(41)垂直；POS模块监测光电设备的姿态信息和各角度传感器监测光电设备的角度信息，发送至数字控制器解算，得出光学模组(1)的对地姿态信息，数字控制器对光学模组(1)的对地姿态信息和光电设备的角度信息进行比较，分别计算出俯仰和横滚姿态角度误差信号，并通过各力矩电机对应驱动各轴转动，分别确定光电设备扫描角度俯仰方向和横滚方向的起始角度位置和结束角度位置；各机构分别根据对应的起始角度位置和结束角度位置计算得出各补偿速度发送至数字控制器，数字控制器通过各力矩电机对应驱动各轴转动，各速率陀螺对应监测各轴转动的速度并发送至数字控制器，数字控制器对各补偿速度与对应的各轴转动的速度进行比较，分别计算出俯仰和横滚偏差信号，并通过各力矩电机对应驱动各轴转动，当各轴转动的速度信号与各补偿速度信号对应相等时，进而俯仰轴实现俯仰方向的像移补偿，且单维摆镜模块与横滚轴转动的方向相反，速度为横滚轴转动速度的一半，进而横滚轴和单维摆镜模块实现横滚方向的像移补偿。2.如权利要求1所述的飞机机载扫描型光电设备，其特征在于：所述光学模组(1)包括可见光摄像机和中波制冷红外热像仪。3.如权利要求1所述的飞机机载扫描型光电设备，其特征在于：所述POS模块包括GPS单元和贯性导航单元。4.如权利要求1所述的飞机机载扫描型光电设备，其特征在于：所述俯仰轴(31)转动的角度范围为

【专利技术属性】
技术研发人员：高宗伟，刘少红，赵世新，徐子潇，王豪强，闫华，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十二研究所，
类型：发明
国别省市：