[发明专利]一种用于扫描成像系统消除像旋的双向控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种消除扫描成像系统像旋转的运动控制方法，属于成像技术领域。

背景技术

在成像系统中，光学镜头的视场限制了成像范围。采用横向扫描的方式是扩大成像系统覆盖范围的有效途径。为减小扫描机构的转动惯量，通常在镜头前加装45°扫描镜，通过控制扫描镜旋转实现横向扫描。但扫描镜旋转会造成目标景物的影像在像平面上产生旋转。为保证扫描成像的图像完整性，必须设计高精度消像旋系统。

为消除像旋，常采用消旋棱镜与45°扫描镜配合，使消旋棱镜的转角保持为45°扫描镜转角的一半；另一种方法是不使用消旋棱镜而直接转动CCD或CMOS等成像组件，使成像组件的角位置与角速度与扫描镜扫描运动同步从而消除像旋。目前，实现消旋棱镜或成像组件与45°扫描镜协同运动多采用机械联动，或电机伺服结合机械联动的方法。机械联动方法是利用齿轮、摩擦轮、槽轮加钢索传动的形式，使消旋棱镜或成像组件随45°扫描镜转动。但这种方法导致相机的轴系尺寸较大，在实际应用上有很大的局限性。并且，联动机构还存在空回、打滑、钢索松弛等问题，传动精度难以得到保障，并且需要经常进行维护。

电机伺服方法是将45°扫描镜、消旋棱镜或成像组件分别用电机伺服系统驱动，在扫描镜旋转时，将相同的转动指令乘以一定比例发送给消旋棱镜或成像组件伺服系统。这种方法的突出优点是机械设计简单，不需要增加机械轴系，体积小、重量轻，特别适合航空航天相机等对体积重量要求很高的场合。但由于不同的伺服系统其转动惯量、受到的摩擦力矩和外界扰动并不完全相同，很难实现扫描镜与消旋机构的严格协同运动。因此，在实际应用中仍在电机伺服系统之间加入联动机构来提高扫描镜和消旋机构之间协同转动的精度，从而无法充分发挥电机伺服消旋方法的优势。

发明内容

本发明为解决现有采用机械联动，或电机伺服结合机械联动的方法消除像旋，导致传动精度低，或者采用电机伺服驱动，但同时存在难以实现扫描镜与消旋机构的严格协同运动的问题，提供一种用于扫描成像系统消除像旋的双向控制方法。

一种用于扫描成像系统消除像旋的双向控制方法，包括单电机指令跟踪控制器A、单电机指令跟踪控制器B、两个等效力矩估计器和四通道双向控制器，所述单电机指令跟踪控制器A和单电机指令跟踪控制器B分别用于扫描镜伺服电机和消旋机构伺服电机对指令的跟踪；所述等效力矩估计器为四通道双向控制器的计算提供力矩信息；所述四通道双向控制器用于协调扫描镜伺服电机和消旋机构伺服电机的转动；具体方法为：

步骤一、根据扫描镜转动指令，分别获得扫描镜伺服电机的角位置信息θ₁和角速度信息以及消旋机构伺服电机的角位置信息θ₂、角速度信息然后将消旋机构伺服电机的角位置信息乘以比例系数a后与扫描镜伺服电机的角位置信息作差，获得位置差值aθ₂-θ₁；将扫描镜伺服电机角位置信息乘以比例系数1/a后与消旋机构伺服电机的角位置信息作差，获得位置差值θ₁/a-θ₂；将扫描镜伺服电机的角速度信息和消旋机构伺服电机的角速信息计算速度信息差和θ·1/a-θ·2;]]>

步骤二、单电机指令跟踪控制器A根据扫描镜转动指令与扫描镜伺服电机的角位置信息的差，获得扫描镜伺服电机的指令跟踪控制量u_c1；单电机指令跟踪控制器B根据所述扫描镜转动指令与乘以比例系数a的消旋机构伺服电机的角位置信息的差，获得消旋机构伺服电机的指令跟踪控制量u_c2；

步骤三、计算扫描镜伺服电机和消旋机构伺服电机的等效力矩估计值；