一种平台式探头直垂固定框的制作方法

1.本发明属于飞行器探测技术领域，涉及一种平台式探头直垂固定框。


背景技术：

2.近些年来，随着包括无人机在内的飞行技术的蓬勃发展，无论在国民经济领域还是在国防军事上其重要性日益突出；其中飞行拍摄或者航拍是其中重要的应用之一。
3.在飞行连续拍摄时，随飞行抖动翻滚可能形成s型排布的图片，因此需要拍摄视轴的稳定。用三维框架稳定是很多产品所采取的方案，三维稳定非常复杂，适用于大型高价值设备，如平台式惯导系统等，通常的摄像或拍照稳定系统难以承受。而且限于飞行器有限的搭载环境，拍摄用的图像采集器容易产生振动，影响拍摄效果。


技术实现要素：

4.本发明解决的技术问题在于提供一种平台式探头直垂固定框，可以实现俯仰、横滚的主动驱动，以降低飞行对拍摄的干扰。
5.本发明是通过以下技术方案来实现：
6.一种平台式探头直垂固定框，包括通过横滚轴与底座垂直连接的横滚框，所述横滚轴与飞行载体的横滚轴相平行，横滚轴上设有横滚电机与位置编码器；俯仰轴固定在横滚轴上，俯仰轴与飞行载体的俯仰轴平行，俯仰轴的定子是u形架结构，u形架的两侧分别安装电机和位置编码器；
7.拍摄单元和测量其惯性速度的陀螺分别安装在俯仰轴转子上；所述拍摄单元是将红外拍摄相机、可见光拍摄相机及激光测距单元一体化设置，通过镜头互相错位排布、光轴一致性调校来实现可见光和红外相机对着同一个目标拍摄；陀螺直接敏感拍摄单元的瞄准线，拍摄单元的瞄准线透过飞行载体上设置的窗口玻璃下视。
8.所述可见光拍摄相机后座上还设有图像处理板，其分别接收红外拍摄相机、可见光拍摄相机发送的照片，并通过接口组件发送给飞行载体控制中心。
9.横滚框上设有俯仰限位块，其一端与横滚框固定连接，另一端为自由端并伸出至红外拍摄相机旁侧；
10.底座外周上设有横滚限位块，横滚框底部设有与之相匹配的横滚限位槽。
11.所述横滚轴通过横滚轴承套设在底座上，横滚电机通过横滚电机轴与横滚轴相连接，横滚编码器通过横滚编码器定子座与底座底部相连接，横滚编码器转子座与横滚轴相贴合；
12.底座底部还设有可旋转的走线支架，横滚电机、俯仰电机、拍摄单元的电源线和传输线均定向缠绕在走线支架上，并通过开设在底座上的线孔分别与控制板和接口组件相连接；
13.所述控制板输出控制指令给横滚电机或俯仰电机，带动俯仰轴/横滚轴反向转动消除飞行扰动。
14.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
15.本发明控制板还通过伺服驱动器给驱动框架施加大小相等方向相反的角运动来抵消飞行平动引起的图像运动，使曝光时刻内，景物相对图像传感器没有发生相对运动；本发明通过在底座底部设置可转动的走线支架、以及在底座上开设线孔，并将控制板、接口组件设置在底座的旁侧从而排出了在驱动中可能存在的线绕；这样控制板输出控制指令给横滚电机或俯仰电机，带动俯仰轴/横滚轴反向转动消除飞行扰动，保证拍摄质量。
附图说明
16.图1为本发明的结构示意图；
17.图2为本发明的拍摄单元结构示意图；
18.图3为本发明的底座结构示意图；
19.图4为图3的a-a向剖视图；
20.图5为图3的b-b向剖视图；
21.其中，101为底座，102为横滚框，103为图像处理板；104为接口组件，105为陀螺，106为红外拍摄相机，107为可见光拍摄相机，108为控制板，109为固定孔；110为俯仰限位块；111为配重块；
22.1为横滚轴承，2为横滚轴，3为横滚电机轴，4为横滚编码器转子座，5为横滚限位块，6为底座架，7为底部走线支架，8为横滚编码器定子座，9为第一固定螺钉，10为第二固定螺钉，11为第三固定螺钉，12为第四固定螺钉，13为第五固定螺钉，14为角接触轴承，15为横滚电机，16为横滚编码器。
具体实施方式
23.下面结合附图对本发明做进一步详细描述，所述是对本发明的解释而不是限定。
24.参见图1-图5，一种平台式探头直垂固定框，包括通过横滚轴与底座垂直连接的横滚框，所述横滚轴与飞行载体的横滚轴相平行，横滚轴上设有横滚电机与位置编码器；俯仰轴固定在横滚轴上，俯仰轴与飞行载体的俯仰轴平行，俯仰轴的定子是u形架结构，u形架的两侧分别安装电机和位置编码器；
25.拍摄单元和测量其惯性速度的陀螺分别安装在俯仰轴转子上；所述拍摄单元是将红外拍摄相机、可见光拍摄相机及激光测距单元一体化设置，通过镜头互相错位排布、光轴一致性调校来实现可见光和红外相机对着同一个目标拍摄；陀螺直接敏感拍摄单元的瞄准线，拍摄单元的瞄准线透过飞行载体上设置的窗口玻璃下视。
26.所述可见光拍摄相机后座上还设有图像处理板，其分别接收红外拍摄相机、可见光拍摄相机发送的照片，并通过接口组件发送给飞行载体控制中心。
27.横滚框上设有俯仰限位块，其一端与横滚框固定连接，另一端为自由端并伸出至红外拍摄相机旁侧；
28.底座外周上设有横滚限位块，横滚框底部设有与之相匹配的横滚限位槽。
29.所述横滚轴通过横滚轴承套设在底座上，横滚电机通过横滚电机轴与横滚轴相连接，横滚编码器通过横滚编码器定子座与底座底部相连接，横滚编码器转子座与横滚轴相贴合；
30.底座底部还设有可旋转的走线支架，横滚电机、俯仰电机、拍摄单元的电源线和传输线均定向缠绕在走线支架上，并通过开设在底座上的线孔分别与控制板和接口组件相连接；
31.所述控制板输出控制指令给横滚电机或俯仰电机，带动俯仰轴/横滚轴反向转动消除飞行扰动。
32.包括拍摄结构体、伺服驱动电机和加载惯导系统的控制板；
33.所述拍摄结构体包括拍摄单元、陀螺和驱动框架；拍摄单元是将红外拍摄相机、可见光拍摄相机及激光测距单元一体化设置，通过镜头互相错位排布、光轴一致性调校来实现可见光和红外相机对着同一个目标拍摄；
34.驱动框架由伺服驱动电机驱动，其包括横滚轴和俯仰轴；横滚轴与飞行载体横滚轴平行，横滚轴上设有横滚电机与位置编码器，俯仰轴安装在横滚轴上；俯仰轴与飞行载体的俯仰轴平行，俯仰轴的定子是u形架结构，u形架的两侧分别安装电机和位置编码器；拍摄单元和测量其惯性速度的陀螺分别安装在俯仰轴转子上，陀螺直接敏感拍摄单元的瞄准线，拍摄单元的瞄准线透过飞行载体上设置的窗口玻璃下视。
35.下面给出具体的实施例。
36.本发明将红外拍摄相机、可见光拍摄相机及激光测距单元一体化做成一个整体的拍摄单元，通过镜头互相错位排布、光轴一致性上调校(以平行光管拍摄无限远的目标)来实现可见光和红外相机对着同一个目标拍摄；
37.驱动框架采用滚仰式整体稳定控制。光学负载(包括可见光相机、红外相机)整体安装在可以转动的驱动框架(转台)的俯仰轴转子上，用于测量光学负载惯性速度的陀螺与光学负载安装在一起，俯仰轴与飞行载体俯仰轴平行，光学负载的瞄准线透过飞行载体上安装的窗口玻璃下视；
38.俯仰轴的定子是u形架结构(横滚框)，u形架的两侧分别安装电机和位置编码器；俯仰机构安装在横滚轴上，横滚轴与飞行载体横滚轴平行，横滚轴的运动实际产生图像方位向运动；横滚轴安装横滚电机与位置编码器。
39.利用陀螺闭环反馈可实现图像拍摄方位俯仰两轴惯性稳定，隔离飞行载体姿态运动引起图像方位俯仰两个方向的图像运动模糊，但沿瞄准线方向的横滚运动不受控。
40.驱动控制
41.图像的横滚运动由飞行载体航向运动引起，设飞行载体航向运动速度为ω，图像像元数为a
×
b，图像曝光时间为t，则在图像曝光时间内，引起图像模糊最大的位置是离视轴中心最远的像素点位置，为个像元，越靠近视轴中心图像横滚引起的视觉模糊越小，例如，ω＝10
°
/s，图像像元数为1024
×
768，图像曝光时间为5ms，则最大引起的视觉模糊约为0.5个像元。因此，图像横滚向引起的视觉模糊相对较小，工程上可以接受，只要对方位和俯仰两个轴进行稳定即可。
42.方位俯仰向图像运动模糊与传感器的焦距有关，焦距越长，图像运动模糊越大，设飞行载体运动引起的方位向或俯仰向运动速度为ω，图像曝光时间为t，焦距为f，像元尺寸为δ，则视觉模糊为ωtf/δ个像元，例如，ω＝10
°
/s，图像曝光时间为5ms，焦距为25毫米，像元尺寸为14um，则引起的视觉模糊为1.5个像元。
43.另外，飞行载体飞行引起的平动也会造成图像运动模糊，设飞行载体飞行速度为
v，飞行载体到目标景物的距离为d，则引起的视觉模糊为vft/δd。
44.因此需要控制消除飞行载体飞行的姿态运动和平动引起的图像模糊，采用垂直固定框，通过陀螺反馈控制实现瞄准线的惯性稳定，从而降低姿态运动引起的图像模糊，而通过控制两轴框架反扫运动来消除飞机平动引起的图像模糊。
45.以上给出的实施例是实现本发明较优的例子，本发明不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本发明技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种平台式探头直垂固定框，其特征在于，包括通过横滚轴与底座垂直连接的横滚框，所述横滚轴与飞行载体的横滚轴相平行，横滚轴上设有横滚电机与位置编码器；俯仰轴固定在横滚轴上，俯仰轴与飞行载体的俯仰轴平行，俯仰轴的定子是u形架结构，u形架的两侧分别安装电机和位置编码器；拍摄单元和测量其惯性速度的陀螺分别安装在俯仰轴转子上；所述拍摄单元是将红外拍摄相机、可见光拍摄相机及激光测距单元一体化设置，通过镜头互相错位排布、光轴一致性调校来实现可见光和红外相机对着同一个目标拍摄；陀螺直接敏感拍摄单元的瞄准线，拍摄单元的瞄准线透过飞行载体上设置的窗口玻璃下视。2.如权利要求1所述的平台式探头直垂固定框，其特征在于，所述可见光拍摄相机后座上还设有图像处理板，其分别接收红外拍摄相机、可见光拍摄相机发送的照片，并通过接口组件发送给飞行载体控制中心；横滚框上设有俯仰限位块，其一端与横滚框固定连接，另一端为自由端并伸出至红外拍摄相机旁侧；底座外周上设有横滚限位块，横滚框底部设有与之相匹配的横滚限位槽。3.如权利要求1所述的平台式探头直垂固定框，其特征在于，所述横滚轴通过横滚轴承套设在底座上，横滚电机通过横滚电机轴与横滚轴相连接，横滚编码器通过横滚编码器定子座与底座底部相连接，横滚编码器转子座与横滚轴相贴合；底座底部还设有可旋转的走线支架，横滚电机、俯仰电机、拍摄单元的电源线和传输线均定向缠绕在走线支架上，并通过开设在底座上的线孔分别与控制板和接口组件相连接；所述控制板输出控制指令给横滚电机或俯仰电机，带动俯仰轴/横滚轴反向转动消除飞行扰动。

技术总结
本发明公开了一种平台式探头直垂固定框，包括通过横滚轴与底座垂直连接的横滚框，所述横滚轴与飞行载体的横滚轴相平行，横滚轴上设有横滚电机与位置编码器；俯仰轴固定在横滚轴上，俯仰轴与飞行载体的俯仰轴平行，俯仰轴的定子是U形架结构，U形架的两侧分别安装电机和位置编码器。本发明控制板还通过伺服驱动器给驱动框架施加大小相等方向相反的角运动来抵消飞行平动引起的图像运动，使曝光时刻内，景物相对图像传感器没有发生相对运动。物相对图像传感器没有发生相对运动。物相对图像传感器没有发生相对运动。


技术研发人员：张涛 孟劲帆
受保护的技术使用者：西安雷华测控技术有限公司
技术研发日：2023.02.21
技术公布日：2023/5/6