基于三軸穩(wěn)定平臺陀螺解耦方法

為了減小像移，機載成像設(shè)備經(jīng)常采用三軸陀螺穩(wěn)定平臺隔離或消除飛機姿態(tài)變化對成像的影響。但由于三軸穩(wěn)定平臺的結(jié)構(gòu)，使得平臺在運動過程中軸間不能始終保持相互正交，這就使陀螺輸出產(chǎn)生耦合，會使成像系統(tǒng)產(chǎn)生耦合像移，影響成像質(zhì)量。本文介紹耦合產(chǎn)生的原因，分析產(chǎn)生耦合的原理，根據(jù)對原理的分析結(jié)論給出一種解耦方法，描述了解耦方案的硬件和軟件設(shè)計方案。經(jīng)過實際的成像實驗證明，該方法有效地消除了穩(wěn)定平臺陀螺間耦合作用，保證了機載成像系統(tǒng)的穩(wěn)定精度，較好地消除了飛機姿態(tài)變化產(chǎn)生的像移，方法正確可行。
關(guān)鍵詞：陀螺穩(wěn)定平臺；耦合；解耦， 像移
機載成像設(shè)備受飛機飛行姿態(tài)（俯仰、偏流、橫滾）變化的影響較大，相機曝光時間內(nèi)，地物的像點由于飛行姿態(tài)的改變而改變，這樣就會產(chǎn)生一定的相移。為了消除相移，保持曝光時間內(nèi)像點位置不變，需要在三個相反的方向附加旋轉(zhuǎn)運動使像點保持靜止不動，即在相機與飛機平臺間增設(shè)三軸穩(wěn)定平臺來隔離飛機姿態(tài)的變化引起的像移。穩(wěn)定平臺與飛機直接連接，相機安裝在三框架的穩(wěn)定平臺上，這種方法可以構(gòu)成精密穩(wěn)定控制系統(tǒng)，較好地彌補飛機姿態(tài)變化對視軸穩(wěn)定的影響。
機載設(shè)備三軸穩(wěn)定平臺基本上由下面幾部分組成：框架、平臺臺體、陀螺儀、編碼器和力矩電機。其中定義平臺的三個穩(wěn)定軸分別是航向、俯仰、滾轉(zhuǎn)，相對載體有三個自由度，可保證平臺不受載體姿態(tài)角運動的影響而穩(wěn)定在慣性空間，保證搭載在平臺上的設(shè)備保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)。采用三只單自由度陀螺分別完成航向、俯仰、滾動三個軸的角速率測量，保證陀螺的敏感軸方向與各自轉(zhuǎn)軸方向平行。但由于運動過程中軸間不能始終保持相互正交，就會使陀螺輸出產(chǎn)生耦合，會直接影響搭載在穩(wěn)定平臺上相機的成像效果，因此必須消除這種耦合。