[发明专利]一种三轴惯性稳定平台及其自定位定向的控制方法

说明书

技术领域

本发明属于航空遥感技术领域，涉及一种三轴惯性稳定平台及其自定位定向的控制方法，该方法适用于航空对地观测，基础测绘，地面侦察等领域。

背景技术

近年来，惯性稳定平台技术飞速发展，广泛应用到航空遥感领域。航空对地观测作业要求高精度实时成像，但是由于载机在飞行时受到各种扰动的影响，不能保证稳定匀速飞行，造成安装在载机上的相机视轴摇晃，成像质量下降。惯性稳定平台系统使用陀螺稳定装置作为相机机架，通过电机输出力矩补偿相机机架支承轴上的各种干扰力矩，从而抑制载机低频角运动对相机的干扰，使得相机机架相对惯性空间的方位不变，保证成像质量。

目前的惯性稳定平台系统用于遥感领域时，需要结合高精度位置姿态测量系统(position and orientation system,POS)，根据POS提供的姿态角信息以及速率陀螺测量的框架相对于惯性空间的角速率信息实现控制系统位置环和速率环的闭环，跟踪当地的地理水平以及航向保持。

中国专利CN201110078207.7所描述的一种轻量型航空遥感三轴惯性稳定平台系统，控制系统根据POS或两支加速度计提供的台体姿态角信息跟踪当地的地理水平，在接收不到POS信息的情况下，利用加速度计提供的较粗的相机姿态角，实现粗调平，但是由于受加速度计漂移和载体运动的影响，支能在短时间内保持跟踪当地的地理水平。德国研制的三轴惯性稳定平台Aerostab-2自身没有安装加速度计，存在着没有POS提供姿态基准不能工作的问题。

航空遥感稳定平台控制系统包括横滚通道、俯仰通道、方位通道三个相互独立的子系统，横滚和俯仰通道的作用是抑制飞机横滚和俯仰角运动对相机的干扰，尽量保持相机光轴与当地地垂线重合。方位通道的作用是抑制飞机偏航角运动对相机的干扰，尽量保持相机对准某一航向。

三个通道的控制回路均包括速率陀螺稳定回路和姿态角(航向角)控制回路。速率陀螺稳定回路为内回路，作用是隔离机体角运动对相机的干扰。姿态角(航向角)控制回路为外回路，作用是驱动平台台体跟踪当地的水平姿态基准及参考航向。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提出一种三轴惯性稳定平台及其自定位定向的控制方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种三轴惯性稳定平台，该三轴惯性稳定平台包括平台支架、平台台体、惯性测量组件、平台驱动单元和平台电子箱；

平台支架用以支撑平台台体；

平台台体包括外框架、中框架和内框架，内框架为方位框架，承载相机等有效载荷，中框架为俯仰框架，外框架为横滚框架；

惯性测量组件包括第一速率陀螺、第二速率陀螺、第三速率陀螺、第一加速度计、第二加速度计和第三加速度计，第一速率陀螺、第二速率陀螺和第三速率陀螺为互相正交安装，第一加速度计、第二加速度计和第三加速度计为互相正交安装；第一速率陀螺、第二速率陀螺、第三速率陀螺、第一加速度计、第二加速度计和第三加速度计均安装在内框架中；第一速率陀螺、第二速率陀螺和第三速率陀螺测量得到内框架三个方向的惯性角速率信息，第一加速度计、第二加速度计和第三加速度计测量得到内框架三个方向的线加速度信息，并将得到的信息提供给电子箱；

平台驱动单元包括带减速装置的第一力矩电机定义为中框架电机、带减速装置的第二力矩电机定义为外框架电机和带减速装置的第三力矩电机定义为内框架电机，内框架电机安装在中框架上并驱动内框架转动、中框架电机安装在外框架上并驱动中框架转动、外框架电机安装在平台支架上并驱动外框架转动；