航空相机框架速度扫描成像模式中的保护控制方法及系统

1.本发明涉及航空相机成像控制技术领域，尤其涉及一种航空相机框架速度扫描成像模式中的保护控制方法及系统。


背景技术：

2.摆扫式航空相机在进行拍照时，一般采用扫描反射镜框架绕光轴以速度连续摆扫或位置步进运动，从而实现多航带多幅摆扫式动态成像，以增大对地面景物和目标的观测范围。
3.其中，航空相机要实现以速度连续摆扫的方式动态成像，通常需要通过拍照准备和拍照两种指令配合完成。在拍照准备指令时，框架伺服控制系统需要接收相机控制器发送的扫描行起始角、扫描行结束角、扫描速度等信息，计算出扫描行预置角，框架伺服控制系统以位置伺服控制方式运动到扫描行预置角，为执行拍照指令做好准备。在拍照指令时，框架伺服控制系统以速度伺服控制方式沿扫描方向从扫描行预置角运动到扫描行结束角。
4.由于航空相机扫描反射镜框架通常只能在有限范围内运动，为了避免框架伺服系统与相机控制器之间通信异常，而导致框架失控撞到机械限位损坏电机或机械结构件等，在上述两种工作指令中，框架伺服系统需要采取有效的安全保护控制措施。不难发现，在航空相机扫描拍照时，框架伺服系统有两种伺服工作方式：一种是位置伺服控制方式，另一种是速度伺服控制方式。其中，位置伺服控制方式安全保护控制相对简单，只需要对位置指令进行限幅即可；而速度伺服控制方式安全保护控制相对复杂，既要对速度指令进行限幅，又要考虑框架安全范围边界，与此同时还要兼顾扫描成像任务。
5.因此，针对速度摆扫式航空相机，框架伺服控制系统的安全保护控制措施十分必要且关键，然而，现有技术尚未有一种既能兼顾扫描成像任务，又能保证框架伺服系统安全，保护电机和机械结构件的航空相机框架速度扫描成像模式中的保护控制方法或系统。


技术实现要素：

6.有鉴于此，有必要提供一种航空相机框架速度扫描成像模式中的保护控制方法及系统，其能够在航空相机动态速度扫描成像作业中，当框架工作于位置和速度伺服控制方式时，均可以对框架进行全方位安全保护控制。
7.本发明提供一种航空相机框架速度扫描成像模式中的保护控制方法，该方法包括如下步骤：
8.s1.在拍照准备指令下，框架伺服控制系统以位置伺服控制方式运动到扫描行预置角，同时设置速度安全标志为高；
9.s2.在拍照指令下，实时检测并判断框架角在沿扫描方向上是否超出扫描行结束角：若框架角超出扫描行结束角，则框架伺服系统以位置伺服控制方式锁定在扫描行结束角，以此进行安全保护，同时设置速度安全标志为低；若框架角未超出扫描行结束角，则当速度安全标志为高时，框架伺服系统以速度伺服控制方式，从扫描行预置角运动到此扫描
行结束角；而后返回步骤s1。
10.优选地，所述步骤s1包括：
11.在拍照准备指令下，首先对接收到的扫描行起始角θ1、扫描行结束角θ2和扫描速度ωr进行限幅保护；
12.根据接收到的扫描行起始角θ1、扫描行结束角θ2和扫描速度ωr，计算扫描行预置角θ0，并对扫描行预置角θ0进行限幅保护；
13.框架伺服控制系统以位置伺服控制方式运动到扫描行预置角θ0，同时设置速度安全标志为高。
14.优选地，所述的对接收到的扫描行起始角θ1、扫描行结束角θ2和扫描速度ωr进行限幅保护，包括：
15.若θ1≥θ
max
，则θ1＝θ
max
，若θ1≤θ
min
，则θ1＝θ
min
；若θ2≥θ
max
，则θ2＝θ
max
，若θ2≤θ
min
，则θ2＝θ
min
；若ωr≥ω
max
，则ωr＝ω
max
，若ωr≤ω
min
，则ωr＝ω
min
；其中，θ
min
为航空相机框架下限安全角度，θ
max
为航空相机框架上限安全角度，且θ
min
《θ
max
，ω
min
为航空相机框架扫描速度下限安全速度，ω
max
为航空相机框架扫描速度上限安全速度，且ω
min
《ω
max
。
16.优选地，所述的根据接收到的扫描行起始角θ1、扫描行结束角θ2和扫描速度ωr，计算扫描行预置角θ0，并对扫描行预置角θ0进行限幅保护包括：
17.若θ0≥θ
max
，则θ0＝θ
max
，若θ0≤θ
min
，θ0＝θ
min
。
18.优选地，所述的步骤s2包括：
19.当扫描行起始角θ1小于扫描行结束角θ2时，扫描速度ωr大于零，定义框架伺服系统正向扫描，检测并判断框架角θ
act
是否大于扫描行结束角θ2；
20.当扫描行起始角θ1大于扫描行结束角θ2时，扫描速度ωr小于零，定义框架伺服系统负向扫描，检测并判断框架角θ
act
是否小于扫描行结束角θ2。
21.优选地，所述的步骤s2还包括：：
22.若框架角θ
act
在沿着扫描方向上超出扫描行结束角θ2，则框架伺服控制系统以位置伺服控制方式锁定在扫描行结束角θ2，以此进行安全保护，与此同时设置速度安全标志为低。
23.若框架角θ
act
未超出扫描行结束角θ2，则当速度安全标志为高时，框架伺服控制系统以速度伺服控制方式，按扫描速度ωr从扫描行预置角θ0运动到此扫描行结束角θ2，以使得在加速阶段和稳速阶段保障航空相机正常动态扫描成像。
24.本发明还提供航空相机框架速度扫描成像模式中的保护控制系统，该系统包括拍照准备指令模块、拍照指令模块，其中：
25.所述拍照准备指令模块用于在拍照准备指令下，框架伺服控制系统以位置伺服控制方式运动到扫描行预置角，同时设置速度安全标志为高；
26.所述拍照指令模块用于在拍照指令下，实时检测并判断框架角在沿扫描方向上是否超出扫描行结束角：若框架角超出扫描行结束角，则框架伺服系统以位置伺服控制方式锁定在扫描行结束角，以此进行安全保护，同时设置速度安全标志为低；若框架角未超出扫描行结束角，则当速度安全标志为高时，框架伺服系统以速度伺服控制方式，从扫描行预置角运动到此扫描行结束角。
27.优选地，所述拍照准备指令模块具体用于：
28.在拍照准备指令下，首先对接收到的扫描行起始角θ1、扫描行结束角θ2和扫描速度ωr进行限幅保护；
29.根据接收到的扫描行起始角θ1、扫描行结束角θ2和扫描速度ωr，计算扫描行预置角θ0，并对扫描行预置角θ0进行限幅保护；
30.框架伺服控制系统以位置伺服控制方式运动到扫描行预置角θ0，同时设置速度安全标志为高。
31.优选地，所述拍照指令模块具体用于：
32.当扫描行起始角θ1小于扫描行结束角θ2时，扫描速度ωr大于零，定义框架伺服系统正向扫描，检测并判断框架角θ
act
是否大于扫描行结束角θ2；
33.当扫描行起始角θ1大于扫描行结束角θ2时，扫描速度ωr小于零，定义框架伺服系统负向扫描，检测并判断框架角θ
act
是否小于扫描行结束角θ2。
34.优选地，所述拍照指令模块还用于：
35.若框架角θ
act
在沿着扫描方向上超出扫描行结束角θ2，则框架伺服控制系统以位置伺服控制方式锁定在扫描行结束角θ2，以此进行安全保护，与此同时设置速度安全标志为低。
36.若框架角θ
act
未超出扫描行结束角θ2，则当速度安全标志为高时，框架伺服控制系统以速度伺服控制方式，按扫描速度ωr从扫描行预置角θ0运动到此扫描行结束角θ2，以使得在加速阶段和稳速阶段保障航空相机正常动态扫描成像。
37.本发明在航空相机动态速度扫描成像作业中，当框架工作于位置和速度伺服控制方式时，均可以对框架进行全方位安全保护控制，从而在执行成像伺服控制指令的同时，既能完成航空相机动态速度扫描成像基本任务，又保证框架的安全运行；能够有效提高航空相机使用寿命，降低维护成本。
附图说明
38.图1为本发明航空相机框架速度扫描成像模式中的保护控制方法的流程图；
39.图2为本发明实施例θ1≥θ
max
、θ1≤θ
min
情况的示意图；
40.图3为本发明实施例θ2≥θ
max
、θ2≤θ
min
情况的示意图；
41.图4为本发明实施例ωr≥ω
max
、ωr≤ω
min
情况的示意图；
42.图5是本发明实施例θ0≥θ
max
、θ0≤θ
min
的示意图；
43.图6是本发明实施例框架伺服控制系统扫描成像的运行示意图；
44.图7是本发明航空相机框架速度扫描成像模式中的保护控制系统的硬件架构图。
具体实施方式
45.下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
46.参阅图1所示，是本发明航空相机框架速度扫描成像模式中的保护控制方法较佳实施例的作业流程图。
47.步骤s1，在拍照准备指令下，框架伺服控制系统以位置伺服控制方式运动到扫描行预置角，同时设置速度安全标志为高。具体而言：
48.在拍照准备指令下，首先对接收到的扫描行起始角θ1、扫描行结束角θ2和扫描速度
ωr进行限幅保护。即：若θ1≥θ
max
，则θ1＝θ
max
，若θ1≤θ
min
，则θ1＝θ
min
，如图2所示；若θ2≥θ
max
，则θ2＝θ
max
，若θ2≤θ
min
，则θ2＝θ
min
，如图3所示；若ωr≥ω
max
，则ωr＝ω
max
，若ωr≤ω
min
，则ωr＝ω
min
，如图4所示。其中，θ
min
为航空相机框架下限安全角度，θ
max
为航空相机框架上限安全角度，且θ
min
《θ
max
，ω
min
为航空相机框架扫描速度下限安全速度，ω
max
为航空相机框架扫描速度上限安全速度，且ω
min
《ω
max
。
49.接着，根据接收到的扫描行起始角θ1、扫描行结束角θ2和扫描速度ωr，计算扫描行预置角θ0，并对扫描行预置角θ0进行限幅保护。即，若θ0≥θ
max
，则θ0＝θ
max
，若θ0≤θ
min
，θ0＝θ
min
，如图5所示。
50.最后，框架伺服控制系统以位置伺服控制方式运动到扫描行预置角θ0，同时设置速度安全标志speedmode_safecard_flag为高，即设置speedmode_safecard_flag＝1，如图6所示拍照准备阶段。
51.步骤s2，在拍照指令下，实时检测并判断框架角在沿扫描方向上是否超出扫描行结束角：若框架角超出扫描行结束角，则框架伺服系统以位置伺服控制方式锁定在扫描行结束角，以此进行安全保护，同时设置速度安全标志为低；若框架角未超出扫描行结束角，则当速度安全标志为高时，框架伺服系统以速度伺服控制方式，从扫描行预置角运动到此扫描行结束角；而后返回步骤s1。具体而言：
52.在拍照指令下，实时检测并判断框架角在沿扫描方向上是否超出扫描行结束角，也即是：
53.当扫描行起始角θ1小于扫描行结束角θ2时(θ1《θ2)，扫描速度ωr大于零(ωr》0)，定义框架伺服系统正向扫描，检测并判断框架角θ
act
是否大于扫描行结束角θ2(θ
act
》θ2)；
54.当扫描行起始角θ1大于扫描行结束角θ2时(θ1》θ2)，扫描速度ωr小于零(ωr《0)，定义框架伺服系统负向扫描，检测并判断框架角θ
act
是否小于扫描行结束角θ2(θ
act
《θ2)。
55.若框架角θ
act
在沿着扫描方向上超出扫描行结束角θ2，则框架伺服控制系统以位置伺服控制方式锁定在扫描行结束角θ2，以此进行安全保护，与此同时设置速度安全标志speedmode_safecard_flag为低，即设置speedmode_safecard_flag＝0，如图6所示保护阶段。
56.若框架角θ
act
未超出扫描行结束角θ2，则当速度安全标志为高时，即判断speedmode_safecard_flag＝＝1，框架伺服控制系统以速度伺服控制方式，按扫描速度ωr从扫描行预置角θ0运动到此扫描行结束角θ2，如图6所示加速阶段和稳速阶段，保障航空相机正常动态扫描成像。
57.交替执行步骤s1和步骤s2，实现多航带多幅摆扫式动态成像。
58.参阅图7所示，是本发明航空相机框架速度扫描成像模式中的保护控制系统10的硬件架构图。该系统包括：拍照准备指令模块101、拍照指令模块102。其中：
59.所述拍照准备指令模块101用于在拍照准备指令下，框架伺服控制系统以位置伺服控制方式运动到扫描行预置角，同时设置速度安全标志为高。具体而言：
60.在拍照准备指令下，首先所述拍照准备指令模块101对接收到的扫描行起始角θ1、扫描行结束角θ2和扫描速度ωr进行限幅保护。即：若θ1≥θ
max
，则θ1＝θ
max
，若θ1≤θ
min
，则θ1＝θ
min
，如图2所示；若θ2≥θ
max
，则θ2＝θ
max
，若θ2≤θ
min
，则θ2＝θ
min
，如图3所示；若ωr≥ω
max
，则ωr＝ω
max
，若ωr≤ω
min
，则ωr＝ω
min
，如图4所示。其中，θ
min
为航空相机框架下限安全角
度，θ
max
为航空相机框架上限安全角度，且θ
min
《θ
max
，ω
min
为航空相机框架扫描速度下限安全速度，ω
max
为航空相机框架扫描速度上限安全速度，且ω
min
《ω
max
。
61.接着，所述拍照准备指令模块101根据接收到的扫描行起始角θ1、扫描行结束角θ2和扫描速度ωr，计算扫描行预置角θ0，并对扫描行预置角θ0进行限幅保护。即，若θ0≥θ
max
，则θ0＝θ
max
，若θ0≤θ
min
，θ0＝θ
min
，如图5所示。
62.最后，框架伺服控制系统以位置伺服控制方式运动到扫描行预置角θ0，同时设置速度安全标志speedmode_safecard_flag为高，即设置speedmode_safecard_flag＝1，如图6所示拍照准备阶段。
63.所述拍照指令模块102用于在拍照指令下，实时检测并判断框架角在沿扫描方向上是否超出扫描行结束角：若框架角超出扫描行结束角，则框架伺服系统以位置伺服控制方式锁定在扫描行结束角，以此进行安全保护，同时设置速度安全标志为低；若框架角未超出扫描行结束角，则当速度安全标志为高时，框架伺服系统以速度伺服控制方式，从扫描行预置角运动到此扫描行结束角。具体而言：
64.在拍照指令下，所述拍照指令模块102实时检测并判断框架角在沿扫描方向上是否超出扫描行结束角，也即是：
65.当扫描行起始角θ1小于扫描行结束角θ2时(θ1《θ2)，扫描速度ωr大于零(ωr》0)，定义框架伺服系统正向扫描，检测并判断框架角θ
act
是否大于扫描行结束角θ2(θ
act
》θ2)；
66.当扫描行起始角θ1大于扫描行结束角θ2时(θ1》θ2)，扫描速度ωr小于零(ωr《0)，定义框架伺服系统负向扫描，检测并判断框架角θ
act
是否小于扫描行结束角θ2(θ
act
《θ2)。
67.若框架角θ
act
在沿着扫描方向上超出扫描行结束角θ2，则框架伺服控制系统以位置伺服控制方式锁定在扫描行结束角θ2，以此进行安全保护，与此同时设置速度安全标志speedmode_safecard_flag为低，即设置speedmode_safecard_flag＝0，如图6所示保护阶段。
68.若框架角θ
act
未超出扫描行结束角θ2，则当速度安全标志为高时，即判断speedmode_safecard_flag＝＝1，框架伺服控制系统以速度伺服控制方式，按扫描速度ωr从扫描行预置角θ0运动到此扫描行结束角θ2，如图6所示加速阶段和稳速阶段，保障航空相机正常动态扫描成像。
69.虽然本发明参照当前的较佳实施方式进行了描述，但本领域的技术人员应能理解，上述较佳实施方式仅用来说明本发明，并非用来限定本发明的保护范围，任何在本发明的精神和原则范围之内，所做的任何修饰、等效替换、改进等，均应包含在本发明的权利保护范围之内。

技术特征：
1.一种航空相机框架速度扫描成像模式中的保护控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：s1.在拍照准备指令下，框架伺服控制系统以位置伺服控制方式运动到扫描行预置角，同时设置速度安全标志为高；s2.在拍照指令下，实时检测并判断框架角在沿扫描方向上是否超出扫描行结束角：若框架角超出扫描行结束角，则框架伺服系统以位置伺服控制方式锁定在扫描行结束角，以此进行安全保护，同时设置速度安全标志为低；若框架角未超出扫描行结束角，则当速度安全标志为高时，框架伺服系统以速度伺服控制方式，从扫描行预置角运动到此扫描行结束角；而后返回步骤s1。2.如权利要求1所述的航空相机框架速度扫描成像模式中的保护控制方法，其特征在于，所述步骤s1包括：在拍照准备指令下，首先对接收到的扫描行起始角θ1、扫描行结束角θ2和扫描速度ω
r
进行限幅保护；根据接收到的扫描行起始角θ1、扫描行结束角θ2和扫描速度ω
r
，计算扫描行预置角θ0，并对扫描行预置角θ0进行限幅保护；框架伺服控制系统以位置伺服控制方式运动到扫描行预置角θ0，同时设置速度安全标志为高。3.如权利要求2所述的航空相机框架速度扫描成像模式中的保护控制方法，其特征在于，所述的对接收到的扫描行起始角θ1、扫描行结束角θ2和扫描速度ω
r
进行限幅保护，包括：若θ1≥θ
max
，则θ1＝θ
max
，若θ1≤θ
min
，则θ1＝θ
min
；若θ2≥θ
max
，则θ2＝θ
max
，若θ2≤θ
min
，则θ2＝θ
min
；若ω
r
≥ω
max
，则ω
r
＝ω
max
，若ω
r
≤ω
min
，则ω
r
＝ω
min
；其中，θ
min
为航空相机框架下限安全角度，θ
max
为航空相机框架上限安全角度，且θ
min
<θ
max
，ω
min
为航空相机框架扫描速度下限安全速度，ω
max
为航空相机框架扫描速度上限安全速度，且ω
min
<ω
max
。4.如权利要求3所述的航空相机框架速度扫描成像模式中的保护控制方法，其特征在于，所述的根据接收到的扫描行起始角θ1、扫描行结束角θ2和扫描速度ω
r
，计算扫描行预置角θ0，并对扫描行预置角θ0进行限幅保护包括：若θ0≥θ
max
，则θ0＝θ
max
，若θ0≤θ
min
，θ0＝θ
min
。5.如权利要求4所述的航空相机框架速度扫描成像模式中的保护控制方法，其特征在于，所述的步骤s2包括：当扫描行起始角θ1小于扫描行结束角θ2时，扫描速度ω
r
大于零，定义框架伺服系统正向扫描，检测并判断框架角θ
act
是否大于扫描行结束角θ2；当扫描行起始角θ1大于扫描行结束角θ2时，扫描速度ω
r
小于零，定义框架伺服系统负向扫描，检测并判断框架角θ
act
是否小于扫描行结束角θ2。6.如权利要求5所述的航空相机框架速度扫描成像模式中的保护控制方法，其特征在于，所述的步骤s2还包括：：若框架角θ
act
在沿着扫描方向上超出扫描行结束角θ2，则框架伺服控制系统以位置伺服控制方式锁定在扫描行结束角θ2，以此进行安全保护与此同时设置速度安全标志为低。若框架角θ
act
未超出扫描行结束角θ2，则当速度安全标志为高时，框架伺服控制系统以
速度伺服控制方式，按扫描速度ω
r
从扫描行预置角θ0运动到此扫描行结束角θ2，以使得在加速阶段和稳速阶段保障航空相机正常动态扫描成像。7.一种航空相机框架速度扫描成像模式中的保护控制系统，其特征在于，该系统包括拍照准备指令模块、拍照指令模块，其中：所述拍照准备指令模块用于在拍照准备指令下，框架伺服控制系统以位置伺服控制方式运动到扫描行预置角，同时设置速度安全标志为高；所述拍照指令模块用于在拍照指令下，实时检测并判断框架角在沿扫描方向上是否超出扫描行结束角：若框架角超出扫描行结束角，则框架伺服系统以位置伺服控制方式锁定在扫描行结束角，以此进行安全保护，同时设置速度安全标志为低；若框架角未超出扫描行结束角，则当速度安全标志为高时，框架伺服系统以速度伺服控制方式，从扫描行预置角运动到此扫描行结束角。8.如权利要求7所述的航空相机框架速度扫描成像模式中的保护控制系统，其特征在于，所述拍照准备指令模块具体用于：在拍照准备指令下，首先对接收到的扫描行起始角θ1、扫描行结束角θ2和扫描速度ω
r
进行限幅保护；根据接收到的扫描行起始角θ1、扫描行结束角θ2和扫描速度ω
r
，计算扫描行预置角θ0，并对扫描行预置角θ0进行限幅保护；框架伺服控制系统以位置伺服控制方式运动到扫描行预置角θ0，同时设置速度安全标志为高。9.如权利要求8所述的航空相机框架速度扫描成像模式中的保护控制系统，其特征在于，所述拍照指令模块具体用于：当扫描行起始角θ1小于扫描行结束角θ2时，扫描速度ω
r
大于零，定义框架伺服系统正向扫描，检测并判断框架角θ
act
是否大于扫描行结束角θ2；当扫描行起始角θ1大于扫描行结束角θ2时，扫描速度ω
r
小于零，定义框架伺服系统负向扫描，检测并判断框架角θ
act
是否小于扫描行结束角θ2。10.如权利要求9所述的航空相机框架速度扫描成像模式中的保护控制系统，其特征在于，所述拍照指令模块还用于：若框架角θ
act
在沿着扫描方向上超出扫描行结束角θ2，则框架伺服控制系统以位置伺服控制方式锁定在扫描行结束角θ2，以此进行安全保护，与此同时设置速度安全标志为低。若框架角θ
act
未超出扫描行结束角θ2，则当速度安全标志为高时，框架伺服控制系统以速度伺服控制方式，按扫描速度ω
r
从扫描行预置角θ0运动到此扫描行结束角θ2，以使得在加速阶段和稳速阶段保障航空相机正常动态扫描成像。

技术总结
本发明涉及一种航空相机框架速度扫描成像模式中的保护控制方法及系统，所述方法包括：S1.在拍照准备指令下，框架伺服控制系统以位置伺服控制方式运动到扫描行预置角，同时设置速度安全标志为高；S2.在拍照指令下，实时检测并判断框架角在沿扫描方向上是否超出扫描行结束角：若框架角超出扫描行结束角，则框架伺服系统以位置伺服控制方式锁定在扫描行结束角，以此进行安全保护，同时设置速度安全标志为低；若框架角未超出扫描行结束角，则当速度安全标志为高时，框架伺服系统以速度伺服控制方式，从扫描行预置角运动到此扫描行结束角；而后返回步骤S1。本发明既能够完成扫描成像基本任务，又保证了框架的安全运行。又保证了框架的安全运行。又保证了框架的安全运行。


技术研发人员：王元超 杨永明 匡海鹏
受保护的技术使用者：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
技术研发日：2023.08.11
技术公布日：2023/10/15