[发明专利]基于三步自适应算法的无人机三轴稳定平台及跟踪方法

说明书

本发明公开了一种基于三步自适应算法的无人机三轴稳定平台及跟踪方法。该平台包括光电开关、三轴稳定陀螺、传感器采集MCU、天线控制板MCU、馈源、信标机、滑环、定位系统、电机驱动器和电机。方法为：空中平台发送本端地理位置信息，地面系统进行目标捕获；光电开关和三轴稳定陀螺将信息传送给传感器采集MCU，传感器采集MCU进行数据预处理，并将天线状态发送给天线控制板MCU；天线控制板MCU经过综合计算，控制电机驱动器，使天线始终保持最佳通信姿态。本发明跟踪过程中采用三步跟踪算法，采用闭环PID反馈控制方式抑制载体干扰，采用扰动补偿方式抑制载体扰动，解决了平台的过顶问题，且跟踪精度高，响应速度快，稳定性高。

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，特别是一种基于三步自适应算法的无人机三轴稳定平台及跟踪方法。

背景技术

稳定平台是用来使被稳定对象相对于某方位保持稳定的装置，它的主要特征是广泛使用陀螺作为角运动敏感元件，采用的技术手段属于惯性技术研究的范畴，其特有的功能是能隔离载体扰动，通过测量平台姿态和位置的变化，精确保持载体动态姿态基准，并通过图像探测设备实现对机动目标的自动跟踪，所以一直是各国经久不衰的研究课题。稳定平台在工业上有着广泛的应用，在航空摄影观测设备上，稳定平台可以准确的使摄影设备对准目标从而获得更加准确、清晰的图像；而现代卫星电视接收转播，车船用移动卫星通讯以及运钞车、公安、消防等多种行业的发展，都需要具有稳定跟踪能力的平台来隔离载体的运动对平台姿态造成的影响，并在各种气象环境条件下保证对目标信号的截获、识别和跟踪。此外在机载目标指示器、空间遥感探测和海底声呐探测等深海作业场合，稳定跟踪平台都得到了广泛的应用。

美国RaySat Antenna Systems(简称RAS)公司是世界上较先进的移动通信系统的天线设备制造商，在美国的主要应用是军事通信，现在世界很多地区都有RaySat的天线设备在服务。其生产的StealthRay系列车载移动通信平台设备支持双向通信，能在车辆运动过程中通过自动控制方位、俯仰和极化角，自动跟踪保持指向，并支持车辆在时速350km行驶条件下的双向2Mbps传输速率。我国从事国家重要军民用大型电子信息系统、通信与电子设备的科技院所，研究的相关产品体系包括便携天线、车载天线和船载天线，车载天线系统采用了陀螺稳定、惯导引导跟踪和相控电子波束扫描跟踪技术，保持天线始终高精度对准卫星，保证通信畅通，而相控电子波束扫描跟踪可对惯导数据进行实时修正，克服了惯导数据随时间漂移的固有缺陷，无需定时停车修正惯导数据，实现了长时间行进间的稳定跟踪。例如，西安的星展测控科技股份有限公司自主研发的SATPRO品牌车、船载稳定跟踪设备在民用、军用等领域受到了广泛的赞誉。近年来随着国际航空领域卫星通信需求的不断增长，星展测控凭借行业先进的技术、超强的研发实力以及对市场准确的判断能力使SATPRO机载天线设备逐步进入国际市场，目前在欧洲航空安全局的监督下已经顺利完成相关各项实验。SATPRO天线设备融入了GNSS/INS融合姿态测量系统、圆锥扫描峰值跟踪、载体姿态解算、补偿算法及相控阵通信等多项业界领先技术，可在船舶大幅摇摆、汽车剧烈颠簸和飞机高速飞行的情况下，仍能保证天线稳定对星。

在车载无人机稳定跟踪平台方面，主要采用两轴结构的平台进行跟踪。当跟踪目标过顶时，跟踪平台由于两轴结构限制，不可避免的会产生跟踪盲区，盲区会影响平台的持续精确跟踪。并且相对而言，用于无人机跟踪的平台精度较低，不能满足高精度跟踪要求。此外，现有的稳定平台的结构相对比较宽大，不适用于小型车体。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够解决平台的过顶问题，且跟踪精度高、响应速度快、稳定性高的基于三步自适应算法的无人机三轴稳定平台。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于三步自适应算法的无人机三轴稳定平台，包括光电开关、三轴陀螺、传感器采集MCU、天线控制板MCU、馈源、信标机、滑环、定位系统、电机驱动器和电机；

所述光电开关，包括方位光电开关、横滚光电开关和俯仰光电开关，用于将方位、横滚和俯仰的位置信息通过GPIO口传送至传感器采集MCU；