[发明专利]车载摄像稳定平台控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及车载摄像稳定平台控制系统，适用于车载、轨道条件影视拍摄领域，并能根据用户需求，拓展应用于地面侦查、雷达稳定、战车火炮稳定等领域，应用于海关、边防缉私取证、移动指挥视频获取等。

背景技术

车载、轨道条件影视拍摄在有效隔离运动载体对有效载荷造成的角运动干扰的同时，实现对观测目标的跟踪、锁定。为了保证视轴稳定，陀螺稳定平台控制系统必须同时解决隔离载体扰动和伺服跟踪的问题。

为解决隔离载体扰动，目前车载、轨道条件影视拍摄均是采用陀螺作为测量装置构成稳定回路，将平台校正回水平姿态，隔离载体扰动。固态速率陀螺由于其体积小、质量轻、功耗小、成本低、瞬间启动及抗冲击力强等特点，广泛应用于车载、轨道条件影视拍摄。由于固态速率陀螺漂移稳定性较差，短期稳定性在0.1°/s数量级，长期稳定性在1°/s数量级，需要采取措施来消除其角度漂移，以满足在固定方向上连续拍摄的要求。针对陀螺漂移这一问题，目前可利用的基准主要有重力矢量、光学目标及载体姿态等。以重力矢量为参考的调平回路，采用加速度计测量重力加速度来调节平台倾角。在载体运动中，运动加速度会叠加在重力加速度上，造成垂线测量误差，只能假设载体的平均运动加速度趋于零，所以不适用于车载、轨道条件影视拍摄等载体运动不确定的场合。以光学目标为参考的目标跟踪回路，采用图像处理和目标辨识来测量摄像机的角偏差，实现自动跟踪。目标跟踪回路可以采用较快的回路，但从图像平稳角度考虑，仍应显著低于稳定回路的带宽。以载体姿态为参考的姿态锁定回路，采用电位计测量平台相对载体的角度构成回路，可以抑制因陀螺漂移造成的平台倾角的变化，解决了隔离载体扰动，可以满足在固定方向上连续拍摄的要求，但是作为摄像稳定平台控制系统，需要根据拍摄需要和目标运动情况实时控制平台的姿态，所以还必须解决伺服跟踪问题。

针对伺服跟踪这一问题，现有的伺服跟踪方法一般是给出跟踪量，并将跟踪量叠加在反馈信号中。对于只依赖固态速率陀螺构成的稳定回路，保证操控性比较简单，只要叠加在固态速率陀螺输出的角速率信号有足够的线性度和分辨率，配合手感良好的控制手柄即可满足要求。对于采用锁定回路等复合回路的稳定平台，外部输入信号会引起锁定回路的响应，可能产生长达数分钟的调节后效，使摄像机难以指向给定目标，影响稳定平台的操控性能，而且目前并没有很好的解决办法。

跟踪量一般称为加矩指令，现有的加矩指令一般均由电脑等控制界面给出，操作性不好。操作人员需要根据目标的运动状态不断地调节摄像稳定平台的角度，保持运动目标处于视场内，长时间跟踪同一目标时，极大地增加了操作人员的工作量，并且不利于图像的稳定。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种车载摄像稳定平台控制系统，该系统能够有效地隔离车载角运动引起的干扰、抑制陀螺引起的漂移、提高系统的动态性能。

本发明的技术解决方案是：车载摄像稳定平台控制系统，所述的车载摄像稳定平台上安装陀螺、电位计、电机，分别用于敏感平台的角速率，测量平台的角度和驱动平台转动；车载摄像稳定平台控制系统包括信号处理模块、功率模块、稳定控制器、锁定控制器和两个前馈控制器；稳定控制器、功率模块、平台上的电机和陀螺以及信号处理模块构成系统的稳定回路；锁定控制器、稳定回路、平台上的电机和电位计以及信号处理模块构成系统的锁定回路；

陀螺敏感的平台角速率和电位计测量的平台角度由信号处理模块依次进行低通滤波、模数转换后，得到陀螺速率信号和电位计角度信号，上述两个信号分别作为稳定回路和锁定回路的输入；待摄像目标的移动量经过前馈控制器Ⅰ进行比例运算后叠加在陀螺速率信号的同时，将待摄像目标的移动量经过前馈控制器Ⅱ进行比例、积分运算后得到平台需转动的角度叠加在电位计角度信号上后输入给锁定控制器，经锁定控制器PID处理后与上述陀螺速率信号一起输入给稳定控制器，经稳定控制器进行PID运算处理后生成控制量，并将控制量进行PWM调制后生成PWM信号，该PWM信号经过功率模块进行光耦隔离和驱动后送入平台上的电机，由电机控制平台动作，陀螺和电位计重新输出平台角速率和平台角度，作为稳定回路和锁定回路的输入，构成双闭环回路。

所述的待摄像目标的移动量可以通过手动控制或自动跟踪给出，当通过手动控制时，待摄像目标的移动量为光电码盘或操纵杆给出的加矩指令，当为自动跟踪时，待摄像目标的移动量为目标脱靶量。

所述的光电码盘或操纵杆给出的加矩指令是光电码盘输出的角位置，码盘的转动角度与平台俯仰轴和方位轴的转动角度一一对应。

所述的目标脱靶量由图像跟踪算法给出，算法处理流程如下：