專利名稱：一種三軸望遠鏡的跟蹤控制方法
技術領域：
本發明屬于跟蹤控制領域，具體涉及ー種三軸望遠鏡的跟蹤控制方法。
背景技術：
采用地平式機架系統的望遠鏡，力學性能非常好，而且體積小、重量輕，但存在跟蹤盲區。文獻(三軸無盲區望遠鏡機架方案，天文學進展，VoL，No. 2，2009，7)提出ー種新型三軸望遠鏡，利用三個軸相互轉換的控制方案實現無盲區跟蹤。實際上，目前的三軸跟蹤系統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)需要精心設定合理盲區以及處理跟蹤軸的相互變換，實現平穩跟蹤；(2)沒有實現三軸聯動，不 能很好地發揮三軸跟蹤架的性能。
發明內容
本發明的技術解決問題克服現有技術的不足，提供一種三軸望遠鏡的跟蹤控制方法，采用圖像傳感器提供的位置偏差信息實現三軸聯動的控制方式，有效地發揮三軸望遠鏡的跟蹤性能。本發明的技術解決方案一種三軸望遠鏡的跟蹤控制方法，其特征在于包括低仰角目標的跟蹤和高仰角目標的跟蹤，其中所述高仰角指X軸的角度區間為80° 100°，不包含80°以及100°這兩個點；所述低仰角指X軸能夠到達除80° 100°區間并包含80°以及100°這兩個點的任意角度；對于低仰角目標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鏡的X軸上的圖像傳感器(I)提供的目標位置偏差信息，作為控制系統的閉環輸入，以此驅動三軸望遠鏡的X軸、Z軸，對目標進行跟蹤；然后，當目標進入到安裝在三軸望遠鏡的Y軸上的圖像傳感器
(2)的范圍內，Y軸上的圖像傳感器(2)提供的目標位置偏差信息，作為控制系統的閉環輸入，以此驅動三軸望遠鏡的X軸、Y軸，對目標進行跟蹤；此時，驅動X軸的目標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)任何ー個提供；方式之ニ 單圖像傳感器控制方式，首先將三軸望遠鏡的Y軸位置鎖定，當目標進入到安裝在三軸望遠鏡的Y軸上的圖像傳感器(2)的范圍內，利用Y軸上的圖像傳感器(2)提供的目標偏差信息，作為控制系統的閉環輸入，以此驅動三軸望遠鏡的Z軸、Y軸，對目標進行跟蹤；跟蹤穩定后，用Y軸上的圖像傳感器(2)提供的偏差信息，作為控制系統的閉環輸入，以此驅動三軸望遠鏡的X、Y軸，而用三軸望遠鏡的X軸的角度變化量作為三軸望遠鏡的Z軸的閉環輸入，也就是Z軸跟隨X軸運動，從而實現目標跟蹤；對于高仰角目標的跟蹤方法為首先利用三軸望遠鏡的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)提供的目標位置偏差信息，作為控制系統的閉環輸入，以此驅動三軸望遠鏡的X軸、Y軸，對目標進行跟蹤；當目標在運動的過程中既能表現高仰角，又能表現低仰角的特性時，能夠通過X軸的角度信息進行條件判斷。本發明與現有技術相比的優點在于(I)本發明采用圖像傳感器提供的位置偏差信息實現三軸聯動的控制方式，有效地發揮三軸望遠鏡的跟蹤性能。(2)本發明可以實現空間目標無盲區的跟蹤；由權利I可以知道，能夠實現對高仰角目標、低仰角目標空間任意范圍目標進行跟蹤。(3)本發明可以提高對快速運動目標的跟蹤能力；由權利I可以知道，對于低仰角目標的跟蹤，由Y軸、Z軸形成的閉環系統，相當于ー種復合軸跟蹤系統，可以顯著提高對快速目標的跟蹤能力。(4)本發明同樣適用于其他三軸跟蹤系統，比如光電、雷達、天線等跟蹤系統。
圖I為本發明中的三軸望遠鏡示意圖；圖2為本發明中的控制結構圖圖2a.雙圖像傳感器控制結構；圖213.單圖像傳感器控制結構，其中，X、Y、Z表示望遠鏡三個轉動軸。
具體實施例方式如圖I所示，三軸望遠鏡是由X、Y、Z三個相互正交垂直的軸系組成的，每個軸上都安裝伺服電機、角度傳感器(編碼器)，轉動方向如圖I中所描述。望遠鏡鏡筒安裝在Y軸上，并可以隨它轉動。其中，X、Y、Z可以轉動的角度范圍分別為180°、20°、360° XN0設定鏡筒正對天頂的時候，X軸角度傳感器的輸出為零點，Y軸角度傳感器的輸出為90°。因此高仰角指X軸的角度區間為80° 100°，不包含80°以及100°這兩個點。低仰角指X軸能夠到達除80° 100°區間并包含80°以及100°這兩個點的任意角度。圖像傳感器I安裝在X軸上，隨著Χ、Ζ軸轉動，但不隨著Y軸轉動，而圖像傳感器2安裝在Y軸上，隨著X、Y、Z三個軸轉動。與一般的望遠鏡控制系統相同，對每個跟蹤軸Χ、Υ、Ζ，三軸望遠鏡的控制系統同樣設計了電流環、速度環、跟蹤環(位置環)三環反饋控制模式以及前饋控制，具備有外部引導和自動跟蹤的能力(上述是現有的控制方法，屬于基本技木)。應該可以看到，外部引導和自動跟蹤的輸入數據不同，控制方法是相同的。下面就對于采用圖像傳感器對目標進行自動跟蹤的方法歸納如下
本發明實施例三軸望遠鏡的跟蹤控制方法，包括低仰角目標的跟蹤和高仰角目標的跟蹤，其中即所述高仰角指X軸的角度區間為80° 100°，不包含80°以及100°這兩個點。所述低仰角指X軸能夠到達除80° 100°區間并包含80°以及100°這兩個點的任意角度。對于低仰角目標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鏡的X軸上的圖像傳感器I提供的目標位置偏差信息，作為控制系統的閉環輸入，以此驅動三軸望遠鏡的X軸、Z軸，對目標進行跟蹤；然后，當目標進入到安裝在三軸望遠鏡的Y軸上的圖像傳感器2的范圍內，Y軸上的圖像傳感器2提供的目標位置偏差信息，作為控制系統的閉環輸入，以此驅動三軸望遠鏡的X軸、Y軸，對目標進行跟蹤；此時，驅動X軸的目標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，首先將三軸望遠鏡的Y軸位置鎖定，當目標進入到安裝在三軸望遠鏡的Y軸上的圖像傳感器2的范圍內，利用Y軸上的圖像傳感器2提供的目標偏差信息，作為控制系統的閉環輸入，以此驅動三軸望遠鏡的Z軸、Y軸，對目標進行跟蹤；跟蹤穩定后，用Y軸上的圖像傳感器2提供的偏差信息，作為控制系統的閉環輸入，以此驅動三軸望遠鏡的X、Y軸，而用三軸望遠鏡的X軸的角度變化量作為三軸望遠鏡的Z軸的閉環輸入，也就是Z軸跟隨X軸運動，從而實現目標跟蹤；對于高仰角目標的跟蹤方法為首先利用三軸望遠鏡的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提供的目標位置偏差信息，作為控制系統的閉環輸入，以此驅動三軸望遠鏡的X軸、Y軸，對目標進行跟蹤；
當目標在運動的過程中既能表現高仰角，又能表現低仰角的特性時，可以通過X軸的角度信息進行條件判斷。即所述高仰角指X軸的角度區間為80° 100°，不包含80°以及100°這兩個點。所述低仰角指X軸能夠到達除80° 100°區間并包含80°以及100°這兩個點的任意角度。從上面所描述的跟蹤控制方法可以看到，本發明采用圖像傳感器提供的位置偏差信息實現三軸聯動的控制方式，有效地發揮三軸望遠鏡的跟蹤性能實現對高仰角目標、低仰角目標空間任意范圍目標進行跟蹤；對于低仰角目標的跟蹤，由Y軸、Z軸形成的閉環系統，相當于ー種復合軸跟蹤系統，可以顯著提高對快速目標的跟蹤能力。本發明未詳細闡述的部分屬于本領域公知技木。盡管上面對本發明說明性的具體實施方式
進行了描述，以便于本技術領的技術人員理解本發明，但應該清楚，本發明不限于具體實施方式
的范圍，對本技術領域的普通技術人員來講，只要各種變化在所附的權利要求限定和確定的本發明的精神和范圍內，這些變化是顯而易見的，一切利用本發明構思的發明創造均在保護之列。
權利要求
1.一種三軸望遠鏡的跟蹤控制方法，其特征在于包括低仰角目標的跟蹤和高仰角目標的跟蹤，其中所述高仰角指X軸的角度區間為80° 100°，不包含80°以及100°這兩個點；所述低仰角指X軸能夠到達除80° 100°區間并包含80°以及100°這兩個點的任意角度； 對于低仰角目標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鏡的X軸上的圖像傳感器(I)提供的目標位置偏差信息，作為控制系統的閉環輸入，以此驅動三軸望遠鏡的X軸、Z軸，對目標進行跟蹤；然后，當目標進入到安裝在三軸望遠鏡的Y軸上的圖像傳感器(2)的范圍內，Y軸上的圖像傳感器(2)提供的目標位置偏差信息，作為控制系統的閉環輸入，以此驅動三軸望遠鏡的X軸、Y軸，對目標進行跟蹤；此時，驅動X軸的目標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)任何一個提供； 方式之二 單圖像傳感器控制方式，首先將三軸望遠鏡的Y軸位置鎖定，當目標進入到安裝在三軸望遠鏡的Y軸上的圖像傳感器(2)的范圍內，利用Y軸上的圖像傳感器(2)提供 的目標偏差信息，作為控制系統的閉環輸入，以此驅動三軸望遠鏡的Z軸、Y軸，對目標進行跟蹤；跟蹤穩定后，用Y軸上的圖像傳感器(2)提供的偏差信息，作為控制系統的閉環輸入，以此驅動三軸望遠鏡的X、Y軸，而用三軸望遠鏡的X軸的角度變化量作為三軸望遠鏡的Z軸的閉環輸入，也就是Z軸跟隨X軸運動，從而實現目標跟蹤； 對于高仰角目標的跟蹤方法為首先利用三軸望遠鏡的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)提供的目標位置偏差信息，作為控制系統的閉環輸入，以此驅動三軸望遠鏡的X軸、Y軸，對目標進行跟蹤； 當目標在運動的過程中既能表現高仰角，又能表現低仰角的特性時，能夠通過X軸的角度信息進行條件判斷。
全文摘要
一種三軸望遠鏡的跟蹤控制方法，其主要方式為將Y軸、Z軸視為2個方位軸，X軸視為高低軸。當跟蹤低仰角目標的時候，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，或者利用Y軸上的圖像傳感器(2)提供的位置偏差閉環Y軸，Z軸隨動于Y軸，此時相當于復合軸功能；當跟蹤高仰角目標的時候，鎖定Z軸；利用Y軸上的圖像傳感器(2)提供的目標位置偏差信息，實現X、Y軸跟蹤閉環。解決了采用圖像傳感器提供的位置偏差信息(脫靶量)實現三軸聯動的問題，有效地發揮三軸望遠鏡的跟蹤性能。
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 優先權日2012年5月4日
發明者劉儒貞, 劉興發, 包啟亮, 吳瓊燕, 唐濤, 鐘代軍 申請人:中國科學院光電技術研究所