[发明专利]具有抑制图像旋转功能的三轴光电搜索跟踪装置及方法

权利要求书

1.一种具有抑制图像旋转功能的三轴光电搜索跟踪装置，包括光电传感器模块(1)、旋转台、陀螺组件以及运动控制模块(3)，所述光电传感器模块(1)通过所述旋转台搭载在移动载体上以探测目标图像信息，所述运动控制模块(3)控制所述旋转台在探测轴系上运动，通过所述陀螺组件测量移动载体的扰动，其特征在于：所述运动控制模块(3)包括用于控制在俯仰轴系运动的俯仰组件(31)、用于控制在方位轴系运动的方位组件(32)以及用于控制在横滚轴系运动的横滚组件(33)，所述陀螺组件为三轴陀螺组件(2)，以用于测量移动载体在方位、俯仰、横滚轴系上的扰动。

2.根据权利要求1所述的具有抑制图像旋转功能的三轴光电搜索跟踪装置，其特征在于：所述俯仰组件(31)包括俯仰电机(311)、俯仰位置传感器(312)，所述方位组件(32)包括方位电机(321)、方位位置传感器(322)，所述横滚组件(33)包括横滚电机(331)、横滚位置传感器(332)。

3.根据权利要求1所述的具有抑制图像旋转功能的三轴光电搜索跟踪装置，其特征在于，所述光电传感器模块(1)包括红外热像仪、激光测距仪以及红外探测器、图像传感器中一种或多种的组合。

4.根据权利要求1或2或3所述的具有抑制图像旋转功能的三轴光电搜索跟踪装置，其特征在于：所述移动载体中安装所述旋转台的位置处还设置有能够在横滚轴系运动的姿态矫正轴，以矫正所述旋转台在所述移动载体上的安装姿态。

5.根据权利要求1或2或3所述的具有抑制图像旋转功能的三轴光电搜索跟踪装置，其特征在于：还包括分别与所述三轴陀螺组件(2)、运动控制模块(3)连接的主控模块，所述主控模块根据所述三轴陀螺组件(2)测量到的移动载体在方位、俯仰、横滚轴系上的扰动进行耦合解算，计算出探测轴系上方位、俯仰、横滚的扰动，分别对应输出给所述俯仰组件(31)、方位组件(32)以及横滚组件(33)以进行控制。

6.根据权利要求5所述的具有抑制图像旋转功能的三轴光电搜索跟踪装置，其特征在于：还包括与所述主控模块连接的综合显示控制系统，用于接收目标探测信息进行数据处理、显示探测结果以及发送控制命令给所述主控模块。

7.一种利用权利要求1～6中任意一项所述的三轴光电搜索跟踪装置的方法，其特征在于，步骤包括：

S1.通过所述三轴陀螺组件(2)测量移动载体在方位、俯仰、横滚轴系上的姿态扰动；

S2.根据步骤S1测量到的所述姿态扰动进行解耦计算，得到所述旋转台在方位、俯仰、横滚轴系上所需的调整量；

S3.根据步骤S2计算出的调整量对应驱动所述俯仰组件(31)、方位组件(32)以及横滚组件(33)运动。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤S2的步骤包括：

S21.当移动载体运动时，移动载体的运动将通过移动载体的安装以及轴系的几何约束和摩擦约束向所述旋转台的台体耦合；

S22.获取由安装在轴系内的所述三轴陀螺组件(2)对耦合到探测轴系测量得到的角速度，其中方位、俯仰、横滚轴系的角速度分别为ωfx、ωfy、ωfz；

S23.将步骤S22获取的角速度进行解耦计算，得到方位电机(321)、俯仰电机(311)、横滚电机(331)的控制角速度分别为ωfx*secθf、ωfy、ωfz，其中方位轴系的坐标系为OXaYaZa，俯仰轴系的坐标系为OXfYfZf，横滚轴系的坐标系为OXrYrZr，θf为俯仰轴系中坐标系绕OXa轴的转角；

S24.根据步骤S23解耦计算的结果，分别计算出方位电机(321)、俯仰电机(311)、横滚电机(331)的控制量，并按照计算出的控制量控制各电机以消除移动载体在方位、俯仰、横滚轴系上产生的扰动。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，还包括目标搜索跟踪控制方法，步骤包括：根据光电传感器模块(1)探测到的图像进行目标检测跟踪，当检测到目标时，通过对比同一角度位置的前后帧图像，判断目标是否发生移动，以实现移动目标的检测。

10.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，还包括四轴稳像控制步骤，步骤包括：获取移动载体的横滚姿态以及通过所述三轴陀螺组件(2)测量所述旋转台的姿态，闭环控制姿态矫正轴实时矫正所述旋转台的安装姿态，使得保持所述旋转台的视轴始终保持在水平位置，以形成四轴稳像控制。