一种利用寻北仪实现航空相机航迹跟踪成像的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种航空相机航迹跟踪成像方法，特别是一种利用寻北仪实现航空相机航迹跟踪成像的方法，实现了大幅面航迹跟踪成像。
【背景技术】
[0002]在航空侦察领域中往往需要获取宽视角、高分辨率的全景图像，但受航空相机机械限制，一般只能获取局部像，当前也有较多获取大幅图像的方法。如利用全景图像的硬件设备(全景相机、广角镜头等)，成本较为昂贵；利用多后背(多相机)方式，通过控制电路对多个后背同时成像，不仅加大了机械尺寸，同时系统需配备相应的控制电路，致使系统复杂；为确保获取完整的大幅面图像，当今应用较为广泛的是基于惯性导航的稳定平台，在航迹方向上实现跟踪的目的，达到融合拼接大幅面图像的效果，然而受惯导本身质量、尺寸和成本多重因素影响，同时惯导上电需待机至少20分钟，方可采样有效，大大降低系统快速响应性能。
【发明内容】
[0003]本发明的技术解决问题是:克服现有技术的不足，提供了一种利用寻北仪实现航空相机航迹跟踪成像的方法，实现了航空相机的航迹跟踪成像，便于获取大幅面图像，降低了设备的重量和成本，提高了系统快速响应性能。
[0004]本发明的技术解决方案是:一种利用寻北仪实现航空相机航迹跟踪成像的方法，步骤如下:
[0005](I)将寻北仪通过其自身的四个安装口固定连接在跟踪成像飞机上；
[0006](2)预先获取跟踪成像区域磁差Λ ψ，人工设定跟踪成像飞机的飞行航迹角δ ；
[0007](3)跟踪成像飞机上的航迹跟踪成像系统上电，开始工作；
[0008](4)利用寻北仪获取磁航向角ΨΜ，所述磁航向角为航迹跟踪成像飞机机身轴线在水平面上的投影与磁子午线之间的夹角；
[0009](5)利用磁差Λψ、航迹角δ和磁航向角ΨΜ计算偏流角Θ ；
[0010](6)根据步骤(5)中计算的偏流角Θ，跟踪成像飞机上的方位电机驱动跟踪成像飞机的方位轴进行偏流角补偿，在补偿过程中利用跟踪成像飞机上的码盘来控制方位轴转动的角度，所述码盘为方位电机内部的测角传感器；
[0011](7)跟踪成像飞机上的航空相机进行航迹跟踪成像。
[0012]所述步骤(I)中将寻北仪通过其自身的四个安装口固定连接在跟踪成像飞机上，寻北仪的四个安装口方向与飞机机身轴线方向一致。
[0013]所述步骤(5)中利用磁差Λ ψ、航迹角δ和磁航向角ΨΜ计算偏流角Θ，具体为:
θ =ΨΜ+Δ ψ- δ。
[0014]本发明与现有技术相比的有益效果是:
[0015](I)本发明仅需一台相机即可实现获取大幅面航迹跟踪成像的效果，与当前多台相机成像系统相比，大大节省了空间和系统复杂度；
[0016](2)本发明利用寻北仪，系统启动时间在2-3分钟，与当前惯导上电需待机至少20分钟相比，大大缩短了系统启动时间，提高了系统响应速度；
[0017](3)本发明利用寻北仪作为飞机偏流角的检测器件，尺寸小、质量轻、成本低廉、安装方便。
【附图说明】
[0018]图1为本发明流程图；
[0019]图2为飞机控制参数示意图；
[0020]图3为本发明的平台、寻北仪和航线输入界面示意图，其中(a)为本发明平台结构示意图，(b)为寻北仪结构示意图，(C)为输入界面示意图；
[0021]图4为两条临近航带漏拍示意图；
[0022]图5为两条临近航带通过补偿后拼接示意图；
[0023]图6为本发明控制框图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行进一步的详细描述。
[0025]图1为本发明的流程图，从图中可知，本发明的步骤如下:
[0026]( I)将寻北仪通过其自身的四个安装口固定连接在航迹跟踪成像飞机上，安装时需要保证寻北仪的四个安装口方向与飞机机身轴线方向一致；
[0027](2)预先获取航迹跟踪成像区域磁差Λ ψ，人工设定跟踪成像飞机的飞行航迹角δ ;
[0028](3)跟踪成像飞机上的航迹跟踪成像系统上电，开始工作；
[0029](4)利用寻北仪获取磁航向角ΨΜ，所述磁偏角为航迹跟踪成像飞机机身轴线在水平面上的投影与磁子午线之间的夹角；
[0030](5)利用磁差Λψ、航迹角δ和磁航向角ΨΜ计算偏流角Θ ；
[0031]在飞行过程中，由于载机受气流Vm等多重因素的影响，飞机为保证预定航线Vy迫使飞机速度方向沿需要进行飞行控制，具体的飞机控制参数示意图如图2所示，图中，ΨΜ表示磁航向角，即飞机机身轴线在水平面上的投影与磁子午线之间的夹角，磁航向角由寻北仪提供；
[0032]Δ ψ表示磁差，即真子午线与磁子午线之间的夹角，各地的磁差不同，成像区域的磁差可通过查找数据库获得；
[0033]δ表示航迹角，即飞机地速矢量与真子午线之间的夹角。航线规划是获取航迹角的重要手段，航线规划作为飞机侦察任务的关键组成部分，其目标是根据任务要求、战场环境以及其它约束，在适当的时间内计算出最优或次优的飞行航线，因此航迹角δ也可知；
[0034]Θ表示偏流角，即飞机机身轴线在水平面上的投影与飞机地速矢量之间的夹角，
θ =ΨΜ+Δ ψ- δ。
[0035](6)根据步骤(5)中计算的偏流角Θ，跟踪成像飞机上的方位电机驱动跟踪成像飞机上的方位轴进行偏流角补偿，在补偿过程中利用跟踪成像飞机上的码盘来控制方位轴转动的角度，所述码盘为方位电机内部的测角传感器；
[0036]图3所示为本发明的平台、寻北仪和航线输入界面示意图，其中(a)为本发明平台结构示意图，(b)为寻北仪结构示意图，(C)为输入界面示意图；
[0037]由图3可知，本发明包括系统平台(a)，寻北仪(b)和航线输入界面(C)。其中平台Ca)包括方位电机(直流电机、码盘、减速器和蜗轮蜗杆)和方位轴传动齿轮等；寻北仪(b)通过四个安装孔固联飞机上，保证四个安装口方向指向飞机机身轴线前进方向；航线输入界面(c )，通过人工输入磁差和航迹角或内部输入航线规划角。
[0038](7)跟踪成像飞机上的航空相机进行航迹跟踪成像。
[0039]在利用航空相机进行航迹跟踪成像时，飞机的机身轴线与预定航线存在一个偏差角度Θ，该偏差角度给图像融合拼接成大幅面图像带来了很大的困难，甚至出现漏拍现象，两条临近航带漏拍示意图如图4所示，在拼接的过程中，各拼接图像之间存在着漏拍。
[0040]利用本发明中的航迹跟踪成像方法得到的两条临近航带通过补偿后拼接示意图如图5所示，从图5中我们可以看到各拼接图像之间不存在漏拍，能够实现更好的大幅面成像。
[0041]本发明的控制框图如图6所示，首先根据当地的地理位置输入磁差，再根据设计好的航迹角、磁差和寻北仪检测出的磁偏角，计算得到出目标角误差信号，即偏流角；其次结合此时码盘角，得到方位轴跟踪的角误差信号，经位置环校正环节，得到速度环输入信号；然后再结合此时码盘微分的角度信息，得到跟踪速度误差信号，再经速度环校正环节，得到电流环输入信号；最后结合直流电机驱动器自身电流环校正，输出给方位电机，由于平台受负载扰动和机载扰动的影响，方位电机不断的调整，带动负载始终跟踪航迹。
[0042]本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
【主权项】
1.一种利用寻北仪实现航空相机航迹跟踪成像的方法，其特征在于步骤如下: (1)将寻北仪通过其自身的四个安装口固定连接在跟踪成像飞机上； (2)预先获取跟踪成像区域磁差Λψ，人工设定跟踪成像飞机的飞行航迹角δ ； (3)跟踪成像飞机上的航迹跟踪成像系统上电，开始工作； (4)利用寻北仪获取磁航向角ΨΜ，所述磁航向角为航迹跟踪成像飞机机身轴线在水平面上的投影与磁子午线之间的夹角； (5)利用磁差Λψ、航迹角δ和磁航向角ΨΜ计算偏流角Θ； (6)根据步骤(5)中计算的偏流角Θ，跟踪成像飞机上的方位电机驱动跟踪成像飞机的方位轴进行偏流角补偿，在补偿过程中利用跟踪成像飞机上的码盘来控制方位轴转动的角度，所述码盘为方位电机内部的测角传感器； (7)跟踪成像飞机上的航空相机进行航迹跟踪成像。
2.根据权利要求1所述的一种利用寻北仪实现航空相机航迹跟踪成像的方法，其特征在于:所述步骤(I)中将寻北仪通过其自身的四个安装口固定连接在跟踪成像飞机上，其中寻北仪的四个安装口方向与飞机机身轴线方向一致。
3.根据权利要求1所述的一种利用寻北仪实现航空相机航迹跟踪成像的方法，其特征在于:所述步骤(5)中利用磁差Λψ、航迹角δ和磁航向角ΨΜ计算偏流角Θ，具体为:θ =ΨΜ+Δ ψ- δ。
【专利摘要】一种利用寻北仪实现航空相机航迹跟踪成像的方法，首先将寻北仪通过四个安装口固定连接在跟踪成像飞机上，跟踪成像系统上电，开始工作；然后利用寻北仪获取磁航向角ψM，并结合跟踪成像系统中输入的磁差Δψ和航迹角δ计算偏流角θ；最后根据计算得到的偏流角θ，利用方位电机驱动方位轴进行偏流角补偿进行航迹跟踪成像；本发明实现了航空相机的跟踪成像，便于获取大幅面图像，同时降低了设备的重量和成本，提高了系统快速响应性能。
【IPC分类】G01C11-00
【公开号】CN104848842
【申请号】CN201410114537
【发明人】王哲, 佟杰, 林招荣, 宋立国, 李其锴, 王丽, 陈凌军, 刘秀
【申请人】北京空间机电研究所
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2014年3月25日