CN111703589A

CN111703589A - 用于航空相机检测的具有像移补偿的地面模拟平台

Info

Publication number: CN111703589A
Application number: CN202010284746.5A
Authority: CN
Inventors: 冉同欢; 林洁琼; 郭庆; 卢明明; 周晓勤; 王文攀
Original assignee: Changchun University of Technology
Current assignee: Changchun University of Technology
Priority date: 2020-04-13
Filing date: 2020-04-13
Publication date: 2020-09-25

Abstract

本发明公开了用于航空相机检测的具有像移补偿的地面模拟平台，属于航空飞行模拟领域，通过底座以及转台可以模拟无人机飞行时的航向角±180°、俯仰姿态角±45°；将振动台固定在转台上，用来模拟无人机飞行时或者执行任务时的颠簸环境，更加真实，振动台的振动频率50‑2000HZ之间；将整个云台部分固定在振动台上，横滚框、机载航拍相机固定台、反光镜，其中反光镜用来进行像移补偿、航速补偿或者扩大视野，将航拍相机直接搭载在无人机上进行成像质量检测的航拍镜头里基本都安装有扫摆结构，增加成本。因此，本发明公开的用于航空相机检测的具有像移补偿的地面模拟平台功能齐全并且降低实验成本以及周期。

Description

用于航空相机检测的具有像移补偿的地面模拟平台

技术领域

本发明涉及飞行模拟技术研究技术领域，尤其涉及用于航空相机检测的具有像移补偿的地面模拟平台。

背景技术

伴随着计算机、网络技术、光电通讯的快速发展以及图像信息采集、处理技术的不断提高，机载航拍相机也发生了很大的变化，经历了从无到有、从弱到强的过程。近年来，无人机越来越多地受到了人们的欢迎，其应用领域也非常的多，与此同时，人们对于机载航拍相机镜头的光学性能以及成像质量的要求也越来越高。

目前应用比较多的是多旋翼无人机(Multi-rotor Unmanned Aerial Vehicle,简称UAV)，它是一种可以实现无线电远程操控的不载人的小型直升飞机，机身上装有无线电通讯设备、机载云台、航拍相机、GPS定位系统等，其应用于战场侦察、通讯中继、导弹引导、资源探测、气象监测、航拍摄影、医疗救护等领域。

无人机具有良好的飞行机动性和灵活的适用性等优点得益于计算机智能领域、光电通讯行业的飞速发展以及其应用领域非常的广泛、灵活，机载航拍相机具有更高的成像质量成为大家研究的焦点。因此，为了满足无人机可以在不同环境下执行任务这一基本要求，各大高校专家、学者以及各大小型企业开始着手研究一种精度高、自适应性强以及响应速度快的机载云台以及控制系统的旋翼无人机，与此同时，各大机构、研究所也在研究设计使用更少的镜片得到较好的成像质量的航拍相机。目前，为了测试机载航拍相机的成像质量以及控制性能，基本上都是将设计好的机载云台搭载航拍相机直接安装在无人机上进行成像质量的检测。这种直接将航拍相机搭载无人机进行室外飞行来测试航拍相机成像质量的方法比较直接、真实，但是机载云台以及航拍相机成像质量的检测的研发过程并不是一次性完成的，需要反复的进行设计结构的优化-改进-调试-优化，每个调试修改阶段都要使用无人机作为载体进行实际飞行，需要能够满足各种工作环境的场地，这不仅加大了生产周期，而且也会因为操作失误产生较高成本费用。

授权公布号为CN105923168A的发明专利公开了一种机载云台测试的旋翼机飞行模拟平台，该云台包括底座、四自由度平台、链轮驱动机构、链条、相机云台支架以及相机云台。该旋翼机飞行模拟运动台能够实现X轴方向的线性移动以及Z轴方向上的竖直移动、俯仰角以及横滚角的运动姿态，但是该平台的俯仰、线性移动采用的是链传动机构，由于链轮以及链条在运动的过程中容易产生磨损，易伸长，并且在运行过程中会产生附加载荷，不宜用于急速反向运动中，成本高，其控制精度以及运动精度比较低。

本发明的特征在于成本少、重复使用且可以模拟无人机的飞行。本装置采用可分离结构装配而成，用转台模拟无人机航向角±180°、俯仰角±45°；振动台采用电机+偏心轮结构产生振动模拟无人机执行任务时的环境；航拍相机搭载云台可以实现横滚运动，且航拍相机前设置有反光镜，其主要是用于航拍相机的像移补偿、扩大视野等作用，用以模拟无人机航拍相机镜头内部的扫摆结构。

发明内容

为解决直接将航拍相机搭载无人机进行成像质量测试这一问题，本发明提供一种可以模拟无人机飞行姿态以及工作环境的用于航空相机检测的具有像移补偿的地面模拟平台。

本发明用于航空相机检测的具有像移补偿的地面模拟平台，具体特征如下：

为了解决上述的问题，本发明公开了用于航空相机检测的具有像移补偿的地面模拟平台，包括三大部分。第一部分为转台，其包括可调节高度的固定座、ZX底座支撑架以及由ZX底座支撑架支撑的Z轴驱动，Z轴驱动包括Z轴驱动电机、Z轴驱动电机输出轴、编码器、转盘；Z轴驱动由绕X轴转动的俯仰轴通过轴承与ZX底座支撑架连接，在俯仰轴的左侧分别安装电机，另一侧安装编码器。第二部分为振动台，其采用三个电机驱动+偏心轮结构模拟振动环境，振动台通过固定连接方式固定在转台上。第三部分为航空相机搭载云台，其包括ZY有支撑架、Y轴俯仰框、Y轴驱动、航拍相机固定框以及固定框驱动、反射镜以及反射镜驱动，各轴两端分别安装有驱动电机和编码器，Y轴驱动、航拍相机固定框驱动、反射镜驱动分别是Y轴电机、航拍相机固定框电机、反射镜电机且框体支撑与电机外壁之间镶嵌轴承。

本发明的用于航空相机检测的具有像移补偿的地面模拟平台所有的支撑架及框体均进行了轻量化处理，重心位置在同一垂直线上。

进一步地，ZX底座支撑架下面由三个可调节高度的固定座支撑，可以解决由于地面不平所产生的倾斜问题。

进一步地，ZX底座支撑架两内侧增加了加强筋，可以有效的增强支撑架受力，防止因受力过大产生变形。

进一步地，航空相机搭载云台通过螺纹孔与振动台进行固定。

进一步地，航空相机固定的安装在相机支架上且正对反射镜，航拍相机固定框可以进行小幅度的摆动，大约±5°，使用螺钉和夹块将反射镜固定在反射镜支架上，其作用是为了扩大航拍相机的拍摄视场以及由于航速原因产生像移误差进行像移补偿。

进一步地，为便于航空相机搭载云台控制系统的穿线，在各驱动机构以及编码器框架边均留有加工穿线孔。

本发明所能达到的有益效果和解决的问题是：本发明的用于航空相机检测的具有像移补偿的地面模拟平台其结构简单，易加工，容易操作，成本低；其上增加反射镜结构可以很好地进行像移补偿，扩大视野；采用分离体组装，底部转台部分可以单独作为二轴转台进行使用，上部航空相机搭载云台可以作为机载航空云台搭载无人机进行使用。本发明能够真实地模拟无人机的飞行姿态，很好地解决由于直接搭载无人机进行航空相机测试一系列的问题，总而言之，用于航空相机检测的具有像移补偿的地面模拟平台功能齐全，实用价值高，其应用前景非常的可观。

附图说明

图1为用于航空相机检测的具有像移补偿的地面模拟平台的一种立体图；

图2为用于航空相机检测的具有像移补偿的地面模拟平台的另一种立体图；

图3为用于航空相机检测的具有像移补偿的地面模拟平台的转台分解立体图；

图4为用于航空相机检测的具有像移补偿的地面模拟平台的航空相机搭载云台立体图；

图5为用于航空相机检测的具有像移补偿的地面模拟平台的航空相机搭载云台另一方向立体图；

图6为用于航空相机检测的具有像移补偿的地面模拟平台的控制原理系统简图；

附图标记说明：1、可调节高度的固定座，2、ZX底座支撑架，3、转台、301、电机壳体，302、Z轴直流力矩电机，303、固定轴套，304、转台与X轴转轴连接架，305振动台支撑板，306、转动轴，307、轴承，308、转台编码器，4、振动器，5、航空相机搭载云台，501、连接底座，502、横滚轴支架，503、Y轴直流力矩电机，504、Y轴横滚轴，505、Y轴横滚框，506、反射镜转轴，507、反射镜驱动电机，508、航空相机支撑架，509、航空相机摆台驱动电机，510、航空相机摆台支撑架，511、编码器，512、航空相机摆台转轴编码器，513、反射镜镜片固定块，514、反射镜镜框，515、反射镜，516、反射镜镜框固定孔，517、反射镜支撑转台，518、反射镜转轴编码器，6、X轴转轴编码器，7、X轴转轴，8、X轴直流力矩电机，9、X轴转轴。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明的用于航空相机检测的具有像移补偿的地面模拟平台具体实施方式作进一步说明。

如图1、2所示本发明提供的用于航空相机检测的具有像移补偿的地面模拟平台，包括可调节高度的固定座1、ZX底座支撑架2以及放置在ZX底座支撑架的转台3，振动器4固定放置在转台3的支撑板上，并将航空相机搭载云台5固定放置在振动器上用来模拟振动环境，X轴转轴7、9通过轴承固定安装在ZX底座支撑架1上，X轴转轴两端分别安装有X轴转轴编码器6和X轴直流力矩电机8。

如图1所示振动台采用电机驱动偏心轮产生振动，用来模拟无人机执行任务时的不良环境不免会出现颠簸以及抖动的现象，由此影响机载航拍相机的成像质量，从而便于检测相机云台的性能。

如图3所示的转台3部分包括电机壳体301、Z轴直流力矩电机302、固定轴套303、转台与X轴转轴连接架304、振动台支撑板305、转动轴306、轴承307以及转台编码器308。转台可以实现机载航拍相机周向转动，其可实现的转动角度为±180°，安装在转动轴上的编码器可以对转台航向角度以及电机驱动速度进行实时监测，满足检测要求。

如图4、5所示的航空相机搭载云台包括连接底座501、横滚轴支架502、Y轴直流力矩电机503、Y轴横滚轴504、Y轴横滚框505、反射镜转轴506、反射镜驱动电机507、航空相机支撑架508、航空相机摆台驱动电机509、航空相机摆台支撑架510、编码器511、航空相机摆台转轴编码器512、反射镜镜片固定块513、反射镜镜框514、反射镜515、反射镜镜框固定孔516、反射镜支撑转台517、反射镜转轴编码器518。航空相机搭载云台各轴均安装有直流力矩电机和编码器，可进行实时控制与检测，以及实验数据的提取。此部分可以实现机载航拍相机的横滚姿态，其横滚角可达到±30°，机载航拍相机转动轴的转动角度为±5°，此部分设计成转动提高装置的灵活性，反射镜的转动角度根据机载航拍相机需求自行调节，该云台设计反射镜的目的是由于无人机航速过快或者无人机飞行姿态过大导致航拍相机成像存在误差而进行像移补偿以及扩大视野，这也是该地面模拟平台设计一大亮点。

本发明提供的用于航空相机检测的具有像移补偿的地面模拟平台不仅可以用来模拟无人机飞行时的航向、俯仰以及横滚运动，还可以对航拍相机进行像移补偿，提高成像质量以及扩大航拍相机的拍摄视野。本发明可以很逼真的模拟无人机飞行时的运动姿态，并且在一定程度上提高相机成像质量、缩短了航拍相机的检测周期，降低成本，具有一定的实用价值和良好的应用前景。

Claims

1.用于航空相机检测的具有像移补偿的地面模拟平台，其包括可调节高度的固定座1、ZX底座支撑架2以及放置在ZX底座支撑架的转台3，振动器4固定放置在转台3的支撑板上，并将航空相机搭载云台5固定放置在振动器上用来模拟振动环境，X轴转轴7、9通过轴承固定安装在ZX底座支撑架1上，X轴转轴两端分别安装有X轴转轴编码器6和X轴直流力矩电机8。

2.根据权利要求1所述的用于航空相机检测的具有像移补偿的地面模拟平台，其特征在于所述的航空相机搭载云台5包括：连接底座501、横滚轴支架502、Y轴直流力矩电机503、Y轴横滚轴504、Y轴横滚框505、反射镜转轴506、反射镜驱动电机507、航空相机支撑架508、航空相机摆台驱动电机509、航空相机摆台支撑架510、编码器511、航空相机摆台转轴编码器512、反射镜镜片固定块513、反射镜镜框514、反射镜515、反射镜镜框固定孔516、反射镜支撑转台517、反射镜转轴编码器518。

所述的反射镜515通过镜片固定块513固定在反射镜镜框514上，并采用螺钉配合反射镜镜框固定孔516固定在反射镜支撑转台517上，利用直流力矩电机进行驱动，反射镜转动轴的另一侧安装有编码器518，该反射镜安装在机载航拍相机前方，其转动角度配合航拍相机灵活转动，该云台设计反射镜的目的是由于无人机航速过快或者无人机飞行姿态过大导致航拍相机成像存在误差而进行像移补偿以及扩大视野。

3.根据权利要求1所述的用于航空相机检测的具有像移补偿的地面模拟平台，其特征在于所述的转台3可以实现±180°航向角、±45°俯仰运动空中动作。

4.根据权利要求1所述的用于航空相机检测的具有像移补偿的地面模拟平台，其特征在于所述的航空相机搭载云台5可以实现±30°横滚运动。

5.根据权利要求1所述的用于航空相机检测的具有像移补偿的地面模拟平台，其特征在于在一定程度上提高相机成像质量、缩短了航拍相机的检测周期，降低成本，具有一定的实用价值和良好的应用前景。