發(fā)布時間：2020-06-27 14:11

【摘要】：飛機在航拍和航測的過程中,其上搭載的相機,要很好的完成航拍任務,需要保證相機視軸的穩(wěn)定且在慣性空間內(nèi)保持垂直。但是由于飛機會受到外界干擾或者自身飛行姿態(tài)的調(diào)整,導致飛機上直接搭載的航拍相機視軸可能會產(chǎn)生偏移,無法在慣性空間內(nèi)保持垂直,影響成像質量。這時,可以通過優(yōu)化光學成像系統(tǒng)或者對圖片進行后期處理的方法來提高成像質量,也可以通過直接在飛機和相機之間安裝相機穩(wěn)定平臺來穩(wěn)定相機視軸的方式提高成像質量[1]。將相機安裝在相機穩(wěn)定平臺上,通過穩(wěn)定平臺上的傳感器感知相機的運動以及相機視軸相對于慣性空間垂直方向的角度,并將感知到的信號傳遞給控制部分,然后控制部分控制電機運動,驅動穩(wěn)定平臺的各個軸系產(chǎn)生相應的運動來補償相機的運動,使相機視軸在慣性空間內(nèi)保持垂直。這樣可以有效提高相機的成像質量,方便工作人員對圖片進行后期處理。國外已有很多國家對相機穩(wěn)定平臺進行研究,并取得了不錯的成績。例如瑞士徠卡公司設計生產(chǎn)的PAV系列穩(wěn)定平臺,德國公司設計生產(chǎn)的GSM3000穩(wěn)定平臺以及美國公司生產(chǎn)的T-AS穩(wěn)定平臺等[2,3]。以上這些產(chǎn)品的精度都比較高,使用起來非常的方便且性能優(yōu)良。但是國外設計生產(chǎn)的這些相機穩(wěn)定平臺,它們的控制接口是不對外開放的,因此,這些產(chǎn)品不能相互通用。這樣的話,如果使用國外設計生產(chǎn)的相機穩(wěn)定平臺是遠遠不能滿足國內(nèi)對于航拍或者航測的要求的。而穩(wěn)定平臺精度對相機的成像質量影響較大,穩(wěn)定平臺精度越高,其上搭載的傳感器精度就要越高,越高精度的傳感器,體積也會相應較大。但是,穩(wěn)定平臺的體積越小越便于在飛機上安裝。因此,穩(wěn)定平臺整體精度的提高和小型化是發(fā)展的主要趨勢,也是本設計的重點。首先,本文對小型機載相機穩(wěn)定平臺的結構進行了設計,采取三軸三框架式的結構,對穩(wěn)定平臺每個軸系根據(jù)一定的要求進行設計,使得穩(wěn)定平臺各個部分的結構和尺寸可以滿足使用要求[4]。并對穩(wěn)定平臺的電機進行選型,保證穩(wěn)定平臺可以實現(xiàn)相應的運動。其中,穩(wěn)定平臺的方位環(huán)采用了密珠軸承的結構,這樣不僅可以提高穩(wěn)定平臺的精度也可以有效的節(jié)約空間。其次,本文對小型機載相機穩(wěn)定平臺進行了整體的精度分配和計算。先把穩(wěn)定平臺分成三個方向進行研究,再在每一個方向上,合理選擇傳感器精度、機械加工精度以及裝配精度,最終保證相機視軸的指向精度在0.050°之內(nèi)。接下來,本文對小型機載相機穩(wěn)定平臺的結構做了有限元分析。對穩(wěn)定平臺分別進行靜力學分析、模態(tài)分析、隨機振動分析以及沖擊振動分析。保證穩(wěn)定平臺的結構具有很好的強度和剛度,滿足在負載和受到振動干擾的情況下正常工作。最后,本文分析了,當相機安裝在所設計的小型機載相機穩(wěn)定平臺上時,穩(wěn)定平臺對相機成像質量的影響。當使用本文設計的指向精度為0.050°的穩(wěn)定平臺時,可以有效提高相機地面像元分辨力,滿足航拍和航測的精度要求。總之,本文通過設計小型機載相機穩(wěn)定平臺的機械結構和對其進行精度分配設計等,保證了穩(wěn)定平臺的指向精度可以達到0.050°。通過使用有限元分析軟件模擬相機穩(wěn)定平臺實際的工作環(huán)境來檢驗所設計的穩(wěn)定平臺是否可以在實際工作中正常使用。通過分析搭載穩(wěn)定平臺后對成像質量的影響,可以得出,本文設計的小型機載相機穩(wěn)定平臺可以有效提高相機地面像元分辨力等,進而提高相機成像質量。
【學位授予單位】：陜西師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V245.6
【圖文】：

其在任意軸的自動穩(wěn)定范圍為±５°，總精度為０．８°。徠卡公司設計生產(chǎn)的ＰＡＶ３０，逡逑其橫滾角、俯仰角的穩(wěn)定范圍為：ｔ５°，偏航角的穩(wěn)定范圍為±３０°，總精度為０．５°。逡逑該公司生產(chǎn)的ＰＡＶ８０，如圖１－１所示，其橫滾角穩(wěn)定范圍為士７°；俯仰角穩(wěn)定范圍逡逑為－８°至＋６°邋；偏航角穩(wěn)定范圍為±３０°，其總精度可以達到０．０２°［７］。徠卡公司生逡逑產(chǎn)的ＰＡＶ１００穩(wěn)定平臺雖然與ＰＡＶ８０穩(wěn)定平臺在各方向的穩(wěn)定角度范圍以及總精逡逑度相同，但ＰＡＶ１００穩(wěn)定平臺可以搭載更多類型的傳感器，并且可以實現(xiàn)更多的功逡逑能。逡逑圖１－１徠卡ＰＡＶ８０相機穩(wěn)定平臺逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋ＰＡＶ８０邋ｃａｍｅｒａ邋ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ邋ｐｌａｔｆｏｒｍ邋ｏｆ邋Ｌｅｉｃａ逡逑ｌ逡逑

飛機在進行航拍或航測的過程中，在航行時會受到氣流影響而產(chǎn)生晃動，或逡逑者由于自身的運動，使得其上直接安裝的相機，視軸無法在慣性空間垂直方向上逡逑保持穩(wěn)定［１１］。此時，如圖１－２所示，飛機在飛行過程中拍攝的圖像會出現(xiàn)重復成逡逑像、影像嚴重拉伸等問題。逡逑圖１－２未安裝穩(wěn)定平臺時，圖像易出現(xiàn)的問題逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｐｒｏｂｌｅｍｓ邋ｗｉｔｈ邋ｉｍａｇｅｓ邋ｗｈｅｎ邋ｎｏ邋ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ邋ｐｌａｔｆｏｒｍ邋ｉｎｓｔａｌｌｅｄ逡逑針對上述情況，有必要在飛機和相機之間安裝相機穩(wěn)定平臺，這樣不僅可以逡逑建立穩(wěn)定的工作基準面隔離這些擾動，也可以對相機的姿態(tài)變化進行修正使相機逡逑的視軸在慣性空間內(nèi)具有較高的指向精度。當相機保持穩(wěn)定并且相對于垂直方向逡逑的角度較小時，可以有效提高相機拍攝圖片的質量，進而減輕工作人員后期處理逡逑２逡逑

【參考文獻】

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本文編號：2731914