專利名稱：一種三軸望遠(yuǎn)鏡的跟蹤控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于跟蹤控制領(lǐng)域，具體涉及ー種三軸望遠(yuǎn)鏡的跟蹤控制方法。
背景技術(shù)：
采用地平式機(jī)架系統(tǒng)的望遠(yuǎn)鏡，力學(xué)性能非常好，而且體積小、重量輕，但存在跟蹤盲區(qū)。文獻(xiàn)(三軸無盲區(qū)望遠(yuǎn)鏡機(jī)架方案，天文學(xué)進(jìn)展，VoL，No. 2，2009，7)提出ー種新型三軸望遠(yuǎn)鏡，利用三個(gè)軸相互轉(zhuǎn)換的控制方案實(shí)現(xiàn)無盲區(qū)跟蹤。實(shí)際上，目前的三軸跟蹤系統(tǒng)一般都是只選擇其中兩軸工作，另外ー軸位置鎖定。這種方法的主要不足在于(1)需要精心設(shè)定合理盲區(qū)以及處理跟蹤軸的相互變換，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)跟蹤；(2)沒有實(shí)現(xiàn)三軸聯(lián)動(dòng)，不 能很好地發(fā)揮三軸跟蹤架的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種三軸望遠(yuǎn)鏡的跟蹤控制方法，采用圖像傳感器提供的位置偏差信息實(shí)現(xiàn)三軸聯(lián)動(dòng)的控制方式，有效地發(fā)揮三軸望遠(yuǎn)鏡的跟蹤性能。本發(fā)明的技術(shù)解決方案一種三軸望遠(yuǎn)鏡的跟蹤控制方法，其特征在于包括低仰角目標(biāo)的跟蹤和高仰角目標(biāo)的跟蹤，其中所述高仰角指X軸的角度區(qū)間為80° 100°，不包含80°以及100°這兩個(gè)點(diǎn)；所述低仰角指X軸能夠到達(dá)除80° 100°區(qū)間并包含80°以及100°這兩個(gè)點(diǎn)的任意角度；對于低仰角目標(biāo)的跟蹤采用以下兩種方式之一方式之一雙圖像傳感器控制方式，首先利用安裝在三軸望遠(yuǎn)鏡的X軸上的圖像傳感器(I)提供的目標(biāo)位置偏差信息，作為控制系統(tǒng)的閉環(huán)輸入，以此驅(qū)動(dòng)三軸望遠(yuǎn)鏡的X軸、Z軸，對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤；然后，當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入到安裝在三軸望遠(yuǎn)鏡的Y軸上的圖像傳感器
(2)的范圍內(nèi)，Y軸上的圖像傳感器(2)提供的目標(biāo)位置偏差信息，作為控制系統(tǒng)的閉環(huán)輸入，以此驅(qū)動(dòng)三軸望遠(yuǎn)鏡的X軸、Y軸，對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤；此時(shí)，驅(qū)動(dòng)X軸的目標(biāo)偏差信號由可以安裝在X軸上的圖像傳感器(I)或者安裝在Y軸上的圖像傳感器(2)任何ー個(gè)提供；方式之ニ 單圖像傳感器控制方式，首先將三軸望遠(yuǎn)鏡的Y軸位置鎖定，當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入到安裝在三軸望遠(yuǎn)鏡的Y軸上的圖像傳感器(2)的范圍內(nèi)，利用Y軸上的圖像傳感器(2)提供的目標(biāo)偏差信息，作為控制系統(tǒng)的閉環(huán)輸入，以此驅(qū)動(dòng)三軸望遠(yuǎn)鏡的Z軸、Y軸，對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤；跟蹤穩(wěn)定后，用Y軸上的圖像傳感器(2)提供的偏差信息，作為控制系統(tǒng)的閉環(huán)輸入，以此驅(qū)動(dòng)三軸望遠(yuǎn)鏡的X、Y軸，而用三軸望遠(yuǎn)鏡的X軸的角度變化量作為三軸望遠(yuǎn)鏡的Z軸的閉環(huán)輸入，也就是Z軸跟隨X軸運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)跟蹤；對于高仰角目標(biāo)的跟蹤方法為首先利用三軸望遠(yuǎn)鏡的Z軸的角位置信息鎖定Z軸，再利用Y軸上的圖像傳感器(2)提供的目標(biāo)位置偏差信息，作為控制系統(tǒng)的閉環(huán)輸入，以此驅(qū)動(dòng)三軸望遠(yuǎn)鏡的X軸、Y軸，對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤；當(dāng)目標(biāo)在運(yùn)動(dòng)的過程中既能表現(xiàn)高仰角，又能表現(xiàn)低仰角的特性時(shí)，能夠通過X軸的角度信息進(jìn)行條件判斷。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于(I)本發(fā)明采用圖像傳感器提供的位置偏差信息實(shí)現(xiàn)三軸聯(lián)動(dòng)的控制方式，有效地發(fā)揮三軸望遠(yuǎn)鏡的跟蹤性能。(2)本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)空間目標(biāo)無盲區(qū)的跟蹤；由權(quán)利I可以知道，能夠?qū)崿F(xiàn)對高仰角目標(biāo)、低仰角目標(biāo)空間任意范圍目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。(3)本發(fā)明可以提高對快速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的跟蹤能力；由權(quán)利I可以知道，對于低仰角目標(biāo)的跟蹤，由Y軸、Z軸形成的閉環(huán)系統(tǒng)，相當(dāng)于ー種復(fù)合軸跟蹤系統(tǒng)，可以顯著提高對快速目標(biāo)的跟蹤能力。(4)本發(fā)明同樣適用于其他三軸跟蹤系統(tǒng)，比如光電、雷達(dá)、天線等跟蹤系統(tǒng)。


圖I為本發(fā)明中的三軸望遠(yuǎn)鏡示意圖；圖2為本發(fā)明中的控制結(jié)構(gòu)圖圖2a.雙圖像傳感器控制結(jié)構(gòu)；圖213.單圖像傳感器控制結(jié)構(gòu)，其中，X、Y、Z表示望遠(yuǎn)鏡三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，三軸望遠(yuǎn)鏡是由X、Y、Z三個(gè)相互正交垂直的軸系組成的，每個(gè)軸上都安裝伺服電機(jī)、角度傳感器(編碼器)，轉(zhuǎn)動(dòng)方向如圖I中所描述。望遠(yuǎn)鏡鏡筒安裝在Y軸上，并可以隨它轉(zhuǎn)動(dòng)。其中，X、Y、Z可以轉(zhuǎn)動(dòng)的角度范圍分別為180°、20°、360° XN0設(shè)定鏡筒正對天頂?shù)臅r(shí)候，X軸角度傳感器的輸出為零點(diǎn)，Y軸角度傳感器的輸出為90°。因此高仰角指X軸的角度區(qū)間為80° 100°，不包含80°以及100°這兩個(gè)點(diǎn)。低仰角指X軸能夠到達(dá)除80° 100°區(qū)間并包含80°以及100°這兩個(gè)點(diǎn)的任意角度。圖像傳感器I安裝在X軸上，隨著Χ、Ζ軸轉(zhuǎn)動(dòng)，但不隨著Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)，而圖像傳感器2安裝在Y軸上，隨著X、Y、Z三個(gè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。與一般的望遠(yuǎn)鏡控制系統(tǒng)相同，對每個(gè)跟蹤軸Χ、Υ、Ζ，三軸望遠(yuǎn)鏡的控制系統(tǒng)同樣設(shè)計(jì)了電流環(huán)、速度環(huán)、跟蹤環(huán)(位置環(huán))三環(huán)反饋控制模式以及前饋控制，具備有外部引導(dǎo)和自動(dòng)跟蹤的能力(上述是現(xiàn)有的控制方法，屬于基本技木)。應(yīng)該可以看到，外部引導(dǎo)和自動(dòng)跟蹤的輸入數(shù)據(jù)不同，控制方法是相同的。下面就對于采用圖像傳感器對目標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)跟蹤的方法歸納如下
本發(fā)明實(shí)施例三軸望遠(yuǎn)鏡的跟蹤控制方法，包括低仰角目標(biāo)的跟蹤和高仰角目標(biāo)的跟蹤，其中即所述高仰角指X軸的角度區(qū)間為80° 100°，不包含80°以及100°這兩個(gè)點(diǎn)。所述低仰角指X軸能夠到達(dá)除80° 100°區(qū)間并包含80°以及100°這兩個(gè)點(diǎn)的任意角度。對于低仰角目標(biāo)的跟蹤采用以下兩種方式之一方式之一雙圖像傳感器控制方式如圖2a所示，首先利用安裝在三軸望遠(yuǎn)鏡的X軸上的圖像傳感器I提供的目標(biāo)位置偏差信息，作為控制系統(tǒng)的閉環(huán)輸入，以此驅(qū)動(dòng)三軸望遠(yuǎn)鏡的X軸、Z軸，對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤；然后，當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入到安裝在三軸望遠(yuǎn)鏡的Y軸上的圖像傳感器2的范圍內(nèi)，Y軸上的圖像傳感器2提供的目標(biāo)位置偏差信息，作為控制系統(tǒng)的閉環(huán)輸入，以此驅(qū)動(dòng)三軸望遠(yuǎn)鏡的X軸、Y軸，對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤；此時(shí)，驅(qū)動(dòng)X軸的目標(biāo)偏差信號由可以安裝在X軸上的圖像傳感器I或者安裝在Y軸上的圖像傳感器2任何ー個(gè)提供；方式之ニ 單圖像傳感器控制方式如圖2b所示，首先將三軸望遠(yuǎn)鏡的Y軸位置鎖定，當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入到安裝在三軸望遠(yuǎn)鏡的Y軸上的圖像傳感器2的范圍內(nèi)，利用Y軸上的圖像傳感器2提供的目標(biāo)偏差信息，作為控制系統(tǒng)的閉環(huán)輸入，以此驅(qū)動(dòng)三軸望遠(yuǎn)鏡的Z軸、Y軸，對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤；跟蹤穩(wěn)定后，用Y軸上的圖像傳感器2提供的偏差信息，作為控制系統(tǒng)的閉環(huán)輸入，以此驅(qū)動(dòng)三軸望遠(yuǎn)鏡的X、Y軸，而用三軸望遠(yuǎn)鏡的X軸的角度變化量作為三軸望遠(yuǎn)鏡的Z軸的閉環(huán)輸入，也就是Z軸跟隨X軸運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)跟蹤；對于高仰角目標(biāo)的跟蹤方法為首先利用三軸望遠(yuǎn)鏡的Z軸的角位置信息鎖定Z軸，再利用Y軸上的圖像傳感器2提供的目標(biāo)位置偏差信息，作為控制系統(tǒng)的閉環(huán)輸入，以此驅(qū)動(dòng)三軸望遠(yuǎn)鏡的X軸、Y軸，對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤；
當(dāng)目標(biāo)在運(yùn)動(dòng)的過程中既能表現(xiàn)高仰角，又能表現(xiàn)低仰角的特性時(shí)，可以通過X軸的角度信息進(jìn)行條件判斷。即所述高仰角指X軸的角度區(qū)間為80° 100°，不包含80°以及100°這兩個(gè)點(diǎn)。所述低仰角指X軸能夠到達(dá)除80° 100°區(qū)間并包含80°以及100°這兩個(gè)點(diǎn)的任意角度。從上面所描述的跟蹤控制方法可以看到，本發(fā)明采用圖像傳感器提供的位置偏差信息實(shí)現(xiàn)三軸聯(lián)動(dòng)的控制方式，有效地發(fā)揮三軸望遠(yuǎn)鏡的跟蹤性能實(shí)現(xiàn)對高仰角目標(biāo)、低仰角目標(biāo)空間任意范圍目標(biāo)進(jìn)行跟蹤；對于低仰角目標(biāo)的跟蹤，由Y軸、Z軸形成的閉環(huán)系統(tǒng)，相當(dāng)于ー種復(fù)合軸跟蹤系統(tǒng)，可以顯著提高對快速目標(biāo)的跟蹤能力。本發(fā)明未詳細(xì)闡述的部分屬于本領(lǐng)域公知技木。盡管上面對本發(fā)明說明性的具體實(shí)施方式
進(jìn)行了描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于具體實(shí)施方式
的范圍，對本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。
權(quán)利要求
1.一種三軸望遠(yuǎn)鏡的跟蹤控制方法，其特征在于包括低仰角目標(biāo)的跟蹤和高仰角目標(biāo)的跟蹤，其中所述高仰角指X軸的角度區(qū)間為80° 100°，不包含80°以及100°這兩個(gè)點(diǎn)；所述低仰角指X軸能夠到達(dá)除80° 100°區(qū)間并包含80°以及100°這兩個(gè)點(diǎn)的任意角度； 對于低仰角目標(biāo)的跟蹤采用以下兩種方式之一 方式之一雙圖像傳感器控制方式，首先利用安裝在三軸望遠(yuǎn)鏡的X軸上的圖像傳感器(I)提供的目標(biāo)位置偏差信息，作為控制系統(tǒng)的閉環(huán)輸入，以此驅(qū)動(dòng)三軸望遠(yuǎn)鏡的X軸、Z軸，對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤；然后，當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入到安裝在三軸望遠(yuǎn)鏡的Y軸上的圖像傳感器(2)的范圍內(nèi)，Y軸上的圖像傳感器(2)提供的目標(biāo)位置偏差信息，作為控制系統(tǒng)的閉環(huán)輸入，以此驅(qū)動(dòng)三軸望遠(yuǎn)鏡的X軸、Y軸，對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤；此時(shí)，驅(qū)動(dòng)X軸的目標(biāo)偏差信號由可以安裝在X軸上的圖像傳感器(I)或者安裝在Y軸上的圖像傳感器(2)任何一個(gè)提供； 方式之二 單圖像傳感器控制方式，首先將三軸望遠(yuǎn)鏡的Y軸位置鎖定，當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入到安裝在三軸望遠(yuǎn)鏡的Y軸上的圖像傳感器(2)的范圍內(nèi)，利用Y軸上的圖像傳感器(2)提供 的目標(biāo)偏差信息，作為控制系統(tǒng)的閉環(huán)輸入，以此驅(qū)動(dòng)三軸望遠(yuǎn)鏡的Z軸、Y軸，對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤；跟蹤穩(wěn)定后，用Y軸上的圖像傳感器(2)提供的偏差信息，作為控制系統(tǒng)的閉環(huán)輸入，以此驅(qū)動(dòng)三軸望遠(yuǎn)鏡的X、Y軸，而用三軸望遠(yuǎn)鏡的X軸的角度變化量作為三軸望遠(yuǎn)鏡的Z軸的閉環(huán)輸入，也就是Z軸跟隨X軸運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)跟蹤； 對于高仰角目標(biāo)的跟蹤方法為首先利用三軸望遠(yuǎn)鏡的Z軸的角位置信息鎖定Z軸，再利用Y軸上的圖像傳感器(2)提供的目標(biāo)位置偏差信息，作為控制系統(tǒng)的閉環(huán)輸入，以此驅(qū)動(dòng)三軸望遠(yuǎn)鏡的X軸、Y軸，對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤； 當(dāng)目標(biāo)在運(yùn)動(dòng)的過程中既能表現(xiàn)高仰角，又能表現(xiàn)低仰角的特性時(shí)，能夠通過X軸的角度信息進(jìn)行條件判斷。
全文摘要
一種三軸望遠(yuǎn)鏡的跟蹤控制方法，其主要方式為將Y軸、Z軸視為2個(gè)方位軸，X軸視為高低軸。當(dāng)跟蹤低仰角目標(biāo)的時(shí)候，Y軸、Z軸的工作方式可以分別利用X軸上的圖像傳感器(1)和Y軸上的圖像傳感器(2)提供的位置偏差(脫靶量)閉環(huán)，或者利用Y軸上的圖像傳感器(2)提供的位置偏差閉環(huán)Y軸，Z軸隨動(dòng)于Y軸，此時(shí)相當(dāng)于復(fù)合軸功能；當(dāng)跟蹤高仰角目標(biāo)的時(shí)候，鎖定Z軸；利用Y軸上的圖像傳感器(2)提供的目標(biāo)位置偏差信息，實(shí)現(xiàn)X、Y軸跟蹤閉環(huán)。解決了采用圖像傳感器提供的位置偏差信息(脫靶量)實(shí)現(xiàn)三軸聯(lián)動(dòng)的問題，有效地發(fā)揮三軸望遠(yuǎn)鏡的跟蹤性能。
文檔編號G05D3/12GK102662407SQ201210135959
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月4日
發(fā)明者劉儒貞, 劉興發(fā), 包啟亮, 吳瓊燕, 唐濤, 鐘代軍 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所