[go: up one dir, main page]

RU2846429C1 - Image stabilization system on a movable base - Google Patents

Image stabilization system on a movable base

Info

Publication number
RU2846429C1
RU2846429C1 RU2025109439A RU2025109439A RU2846429C1 RU 2846429 C1 RU2846429 C1 RU 2846429C1 RU 2025109439 A RU2025109439 A RU 2025109439A RU 2025109439 A RU2025109439 A RU 2025109439A RU 2846429 C1 RU2846429 C1 RU 2846429C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
link
image stabilization
adder
Prior art date
Application number
RU2025109439A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Лев Викторович Кузовлев
Николай Львович Коржук
Ирина Евгеньевна Первак
Всеволод Николаевич Коржук
Владимир Вениаминович Кулешов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ)
Application granted granted Critical
Publication of RU2846429C1 publication Critical patent/RU2846429C1/en

Links

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention relates to precision instrument making and specifically to gyroscopic equipment, and can be used in navigation systems. Essence of the proposed invention consists in the following. Image stabilization system on a movable base contains a comparator, a correction device, an amplifier, an adder, a correction link, power amplifier, which output is connected to the motor, angle sensor rigidly fixed together with the stabilized load, wherein one of motor outputs is connected with stabilized load while another output is connected with angle transducer input. Image stabilization system additionally includes negative feedback from the engine first output to the correction link input through the focusing link, and a gyro tachometer is also introduced, the output of which is connected through the threshold element with the ambiguity zone to the input of the adder, wherein the input of the gyro tachometer is connected to the third output of the engine.
EFFECT: higher accuracy of stabilization.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к точному приборостроению, а именно к гироскопической технике, и может быть использовано в системах ориентации, стабилизации и навигации.The invention relates to precision instrument making, namely to gyroscopic technology, and can be used in orientation, stabilization and navigation systems.

Известны двухосные гироскопические стабилизаторы оптического изображения, содержащие установленную на одном основании с фотоприемником рамку, установленные в рамке платформу с гироскопическими датчиками угловой скорости каналов азимута и высоты, и зеркало, связанное с платформой кинематической передачей с передаточным отношением 1:2, исполнительные двигатели каналов азимута и высоты, установленные на осях вращения рамки и зеркала, корректирующие устройства и усилители стабилизации каналов азимута и высоты, через которые сигналы с гироскопических датчиков угловой скорости поступают на исполнительные двигатели [Бабаев А.А. Стабилизация оптических приборов - Л.: "Машиностроение", 1975, стр. 40-41].Known are two-axis gyroscopic optical image stabilizers, comprising a frame mounted on the same base as the photodetector, a platform mounted in the frame with gyroscopic sensors of angular velocity of the azimuth and altitude channels, and a mirror connected to the platform by a kinematic transmission with a gear ratio of 1:2, actuator motors of the azimuth and altitude channels mounted on the axes of rotation of the frame and mirror, correcting devices and amplifiers for stabilizing the azimuth and altitude channels, through which signals from the gyroscopic sensors of angular velocity are fed to the actuator motors [Babayev A.A. Stabilization of optical devices - L.: "Mashinostroenie", 1975, pp. 40-41].

Недостатком данных устройств является необходимость устанавливать гироскопические датчики угловой скорости на платформу для обеспечения необходимого соотношения между углом поворота зеркала и гироскопов, что увеличивает габариты и массу конструкции. Кинематическая передача между платформой и зеркалом увеличивает моменты трения в системе, а погрешности кинематической передачи приводят к снижению точности стабилизации линии визирования.The disadvantage of these devices is the need to install gyroscopic angular velocity sensors on the platform to ensure the required ratio between the rotation angle of the mirror and the gyroscopes, which increases the dimensions and weight of the structure. The kinematic transmission between the platform and the mirror increases the friction moments in the system, and errors in the kinematic transmission lead to a decrease in the accuracy of stabilization of the line of sight.

Известно устройство стабилизации линии визирования [патент РФ №2260773 С1, МПК G01C 21/18, опубл. 20.09.2005, бюл. №26], содержащее рамку, зеркало, исполнительные двигатели каналов азимута и высоты, установленные на осях вращения рамки и зеркала, усилительно-корректирующие устройства каналов азимута и высоты, выход каждого из которых связан с входом исполнительного двигателя соответствующего канала, датчик угла, установленный на оси вращения зеркала, гироскопические датчики угловой скорости, дифференцирующее устройство, вычислительное устройство, перемножитель, сумматор, вычитающее устройство. Недостатком данного устройства является низкая точность стабилизации и наличие большого дрейфа гироскопов.A device for stabilizing the line of sight is known [RU Patent No. 2260773 C1, IPC G01C 21/18, published 20.09.2005, Bulletin No. 26], comprising a frame, a mirror, actuator motors of the azimuth and altitude channels mounted on the axes of rotation of the frame and mirror, amplifying and correcting devices of the azimuth and altitude channels, the output of each of which is connected to the input of the actuator motor of the corresponding channel, an angle sensor mounted on the axis of rotation of the mirror, gyroscopic angular velocity sensors, a differentiating device, a computing device, a multiplier, an adder, and a subtracting device. The disadvantage of this device is the low accuracy of stabilization and the presence of a large drift of the gyroscopes.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является система стабилизации изображения на подвижном основании [патент РФ №2753162 С2, МПК G01C 21/18, опубл. 12.08.2021, бюл. №23], содержащая индикаторную гироскопическую платформу с установленной на ней стабилизируемой нагрузкой, карданов подвес, гироскоп с датчиками угла, усилительно-корректирующее устройство, представляющее контур стабилизации, содержащий последовательно соединенные корректирующее устройство и усилитель, на вход которого поступает сигнал с устройства сравнения, вычисляющего разность между текущим показанием датчика угла гироскопа и сигналом наведения, сумматор, на вход которого поступает сигнал усилителя и сигнал со звена удаления постоянной составляющей ДУСа, а выход, соединен со звеном коррекции, выход которого соединен с сумматором, на вход которого поступает сигнал с датчика тока и выходной сигнал звена коррекции, выход которого соединен с усилителем мощности, выход усилителя мощности соединен с двигателем, кроме того система содержит ДУС, измеряющие угловую скорость стабилизируемой нагрузки по каналам тангажа, азимута, крена, причем выход ДУС соединен со звеном удаления постоянной составляющей, причем двигатель своим первым выходом соединен со входом ДУС, вторым выходом соединен со стабилизируемой нагрузкой, третьим выходом соединен со входом датчика угла и четвертым выходом соединен с датчиком тока.The closest to the proposed device is the image stabilization system on a moving base [RU Patent No. 2753162 C2, IPC G01C 21/18, published 12.08.2021, Bulletin. No. 23], comprising an indicator gyroscopic platform with a stabilized load mounted thereon, a gimbal suspension, a gyroscope with angle sensors, an amplifying and correcting device representing a stabilization circuit containing a series-connected correcting device and an amplifier, the input of which receives a signal from a comparison device calculating the difference between the current reading of the gyroscope angle sensor and the guidance signal, a summer, the input of which receives a signal from the amplifier and a signal from the DC component removal link of the DUS, and the output is connected to the correction link, the output of which is connected to the summer, the input of which receives a signal from the current sensor and an output signal from the correction link, the output of which is connected to a power amplifier, the output of the power amplifier is connected to the engine, in addition, the system comprises DUS measuring the angular velocity of the stabilized load via pitch, azimuth, and roll channels, wherein the output of the DUS is connected to the DC component removal link, wherein the engine is connected with its first output to the input of the DUS, and with its second output it is connected to stabilized load, the third output is connected to the input of the angle sensor and the fourth output is connected to the current sensor.

Основой устройства для стабилизации изображения на подвижном основании является гироскопический датчик угла, жестко закрепленный вместе со стабилизируемой нагрузкой в кардановом подвесе на раме привода вертикального наведения. Гироскопический датчик угла обеспечивает моделирование в инерциальном пространстве двух ортогональных осей с возможностью разворота моделируемых осей в инерциальном пространстве с требуемой скоростью. Измерительные оси совпадают с осями вращения нагрузки, на осях которых жестко закреплены датчики момента вертикального и горизонтального наведения, которые через усилительно-корректирующие устройства привода связаны с выходами соответствующих датчиков угла гироскопа. Гироскоп вместе с датчиками момента вертикального и горизонтального каналов образуют следящую систему. Угловые возмущения нагрузки передаются на корпус гироскопа. При развороте корпуса гироскопа относительно неподвижного в инерциальном пространстве ротора появляется электрический сигнал рассогласования, пропорциональный углу поворота нагрузки. Под действием усиленного сигнала рассогласования датчик момента разворачивает нагрузку так, чтобы обеспечить равенство нулю выходного сигнала гироскопа. Таким образом, обеспечивается стабилизация нагрузки в двух плоскостях.The basis of the device for image stabilization on a moving base is a gyroscopic angle sensor rigidly fixed together with the stabilized load in a gimbal suspension on the vertical guidance drive frame. The gyroscopic angle sensor ensures modeling in the inertial space of two orthogonal axes with the ability to rotate the modeled axes in the inertial space at the required speed. The measuring axes coincide with the axes of rotation of the load, on the axes of which the vertical and horizontal guidance torque sensors are rigidly fixed, which are connected through the amplifying and correcting devices of the drive to the outputs of the corresponding gyroscope angle sensors. The gyroscope together with the vertical and horizontal channel torque sensors form a tracking system. Angular disturbances of the load are transmitted to the gyroscope housing. When the gyroscope housing is rotated relative to the rotor stationary in the inertial space, an electrical error signal appears proportional to the angle of rotation of the load. Under the influence of the amplified error signal, the torque sensor rotates the load so as to ensure that the gyroscope output signal is equal to zero. This ensures that the load is stabilized in two planes.

Стабилизированный разворот нагрузки осуществляется путем разворота ротора гироскопа в инерциальном пространстве за счет встроенных в гироскопический датчик угла датчиков момента. При этом разворот нагрузки осуществляется следящей системой через соответствующие датчики момента вертикального и горизонтального наведения. Для измерения углов наведения по каналам в состав устройства входят датчики угла вертикального и горизонтального наведения. Датчики угла измеряют угловое положение нагрузки относительно корпуса устройства стабилизации.The stabilized load rotation is performed by rotating the gyroscope rotor in the inertial space due to the moment sensors built into the gyroscopic angle sensor. The load rotation is performed by the tracking system through the corresponding vertical and horizontal guidance moment sensors. To measure the guidance angles along the channels, the device includes vertical and horizontal guidance angle sensors. The angle sensors measure the angular position of the load relative to the stabilization device body.

Недостатком данного устройства является невысокая точность стабилизации линии визирования.The disadvantage of this device is the low accuracy of line of sight stabilization.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение точности стабилизации.The technical objective of the present invention is to improve the accuracy of stabilization.

Поставленная задача решается за счет того, что в систему стабилизации изображения на подвижном основании, содержащей устройство сравнения, корректирующее устройство, усилитель, сумматор, звено коррекции, усилитель мощности, выход которого соединен с двигателем, датчик угла, жестко закрепленный вместе со стабилизируемой нагрузкой, при этом один из выходов двигателя соединен со стабилизируемой нагрузкой, а другой выход соединен со входом датчика угла, дополнительно введена отрицательная обратная связь с первого выхода двигателя на вход звена коррекции через форсирующее звено, и введен гиротахометр, выход которого соединен через пороговый элемент с зоной неоднозначности с входом сумматора, при этом вход гиротахометра соединен с третьим выходом двигателя.The stated problem is solved due to the fact that in the image stabilization system on a movable base, containing a comparison device, a correcting device, an amplifier, an adder, a correction link, a power amplifier, the output of which is connected to the engine, an angle sensor, rigidly fixed together with the stabilized load, wherein one of the engine outputs is connected to the stabilized load, and the other output is connected to the input of the angle sensor, a negative feedback is additionally introduced from the first engine output to the input of the correction link through a forcing link, and a gyrotachometer is introduced, the output of which is connected through a threshold element with an ambiguity zone to the input of the adder, wherein the input of the gyrotachometer is connected to the third engine output.

На фиг. изображена структурная схема одного канала системы стабилизации изображения на подвижном основании.The figure shows a structural diagram of one channel of the image stabilization system on a movable base.

Система стабилизации изображения на подвижном основании содержит устройство наведения 1, сигнал с которого поступает в устройство сравнения 2, соединенное с корректирующим устройством 3, выход которого соединен с входом усилителя 4. Выход усилителя 4 соединен с одним из входов сумматора 5. Выход сумматора 5 через звено коррекции 6 и усилитель мощности 7 соединен с входом двигателя 8. Первый выход двигателя 8 соединен с одним из входов звена коррекции 6 через форсирующее звено 9, включенное в отрицательную обратную связь с выхода двигателя 8 на вход звена коррекции 6. Второй выход двигателя 8 соединен с входом устройства сравнения 2 через датчик угла 10. Третий выход двигателя 8 соединен с входом сумматора 5 через последовательно соединенные по информационным входам гиротахометр 11 и пороговый элемент с зоной неоднозначности 12. Четвертый выход двигателя 8 соединен с нагрузкой 13 (оптические элементы).The image stabilization system on a movable base comprises a guidance device 1, the signal from which is fed to a comparison device 2 connected to a correction device 3, the output of which is connected to an input of an amplifier 4. The output of the amplifier 4 is connected to one of the inputs of the adder 5. The output of the adder 5 is connected to an input of the engine 8 via a correction link 6 and a power amplifier 7. The first output of the engine 8 is connected to one of the inputs of the correction link 6 via a forcing link 9 included in the negative feedback from the output of the engine 8 to the input of the correction link 6. The second output of the engine 8 is connected to the input of the comparison device 2 via an angle sensor 10. The third output of the engine 8 is connected to the input of the adder 5 via a gyrotachometer 11 and a threshold element with an ambiguity zone 12, connected in series along the information inputs. The fourth output of the engine 8 is connected to a load 13 (optical elements).

Внутреннее содержание устройства сравнения, корректирующего звена, усилителей, сумматора, звена коррекции, порогового элемента с зоной неоднозначности описаны в книгах: П. Хоровиц, У. Хилл. Искусство схемотехники. М.: Мир, т. 1-3, 1993. Внутреннее содержание гиротахометра описано в патенте на изобретение RU 2325659 С1, МПК G01P 9/02, опубл. 27.05.2008 г., бюл. №15.The internal contents of the comparison device, the correction element, the amplifiers, the adder, the correction element, the threshold element with an ambiguity zone are described in the books: P. Horowitz, W. Hill. The Art of Circuit Engineering. Moscow: Mir, vol. 1-3, 1993. The internal contents of the gyrotachometer are described in the patent for invention RU 2325659 C1, IPC G01P 9/02, published 27.05.2008, Bulletin No. 15.

Стабилизация изображения с помощью предлагаемой системы осуществляется следующим образом. Сигнал с устройства наведения 1 поступает на устройство сравнения 2, где вычисляется разность между ним и текущим значением отклонения от датчика угла 10. Разность сигналов через корректирующее устройство 3 и усилитель 4 поступает на вход сумматора 5, в котором происходит сравнение сигнала с выхода усилителя 4 со значением сигнала, полученного с гиротахометра 11 через пороговый элемент с зоной неоднозначности 12. Полученная разность сигналов подается на вход звена коррекции 6. Сигнал с выхода звена коррекции 6 поступает на вход усилителя мощности 7, в котором формируется сигнал управления двигателем 8. При этом происходит угловое перемещение нагрузки 13 (оптических узлов) связанных с двигателем 8 для отклонения или стабилизации положения линии визирования. Усилитель мощности 7 и двигатель 8 охвачены гибкой отрицательной обратной связью, в которую введено форсирующее звено 9. Включение в отрицательную обратную связь форсирующего звена 9 обеспечивает качество переходного процесса в системе стабилизации изображения на подвижном основании.The image stabilization using the proposed system is performed as follows. The signal from the guidance device 1 is fed to the comparison device 2, where the difference between it and the current value of the deviation from the angle sensor 10 is calculated. The difference in signals through the correction device 3 and the amplifier 4 is fed to the input of the adder 5, in which the signal from the output of the amplifier 4 is compared with the value of the signal received from the gyrotachometer 11 through the threshold element with the ambiguity zone 12. The resulting difference in signals is fed to the input of the correction link 6. The signal from the output of the correction link 6 is fed to the input of the power amplifier 7, in which the control signal for the engine 8 is formed. In this case, the angular movement of the load 13 (optical units) connected to the engine 8 occurs to deflect or stabilize the position of the line of sight. Power amplifier 7 and engine 8 are covered by flexible negative feedback, into which a forcing link 9 is introduced. Inclusion of forcing link 9 in the negative feedback ensures the quality of the transient process in the image stabilization system on a moving base.

Введение в систему стабилизации изображения гиротахометра и порогового элемента с зоной неоднозначности позволяет уменьшить величину постоянной составляющей в выходном сигнале. Кроме того, введение форсирующего звена позволяет обеспечить качество переходного процесса и повысить точность работы системы стабилизации изображения на подвижном основании.The introduction of a gyro-tachometer and a threshold element with an ambiguity zone into the image stabilization system allows for a decrease in the value of the constant component in the output signal. In addition, the introduction of a forcing link allows for the quality of the transient process to be ensured and the accuracy of the image stabilization system on a moving base to be increased.

Claims (1)

Система стабилизации изображения на подвижном основании, содержащая последовательно соединенные устройство сравнения, корректирующее устройство, усилитель, сумматор, звено коррекции, усилитель мощности, выход которого соединен с двигателем, датчик угла, жестко закрепленный вместе со стабилизируемой нагрузкой, при этом один из выходов двигателя соединен со стабилизируемой нагрузкой, а другой выход соединен со входом датчика угла, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введена отрицательная обратная связь с первого выхода двигателя на вход звена коррекции через форсирующее звено, и введен гиротахометр, выход которого соединен через пороговый элемент с зоной неоднозначности с входом сумматора, при этом вход гиротахометра соединен с третьим выходом двигателя.An image stabilization system on a movable base, containing a series-connected comparison device, a correcting device, an amplifier, an adder, a correction link, a power amplifier, the output of which is connected to a motor, an angle sensor, rigidly fixed together with a stabilized load, wherein one of the motor outputs is connected to the stabilized load, and the other output is connected to the input of the angle sensor, characterized in that negative feedback is additionally introduced into it from the first motor output to the input of the correction link through a forcing link, and a gyrotachometer is introduced, the output of which is connected through a threshold element with an ambiguity zone to the input of the adder, wherein the input of the gyrotachometer is connected to the third motor output.
RU2025109439A 2025-04-14 Image stabilization system on a movable base RU2846429C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2846429C1 true RU2846429C1 (en) 2025-09-05

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2345155A (en) * 1998-12-23 2000-06-28 Marconi Avionics Sightline stabilisation system using inertial reference sensors
RU2260773C1 (en) * 2004-06-10 2005-09-20 Тульский государственный университет (ТулГУ) Sight line stabilizer
US9874308B2 (en) * 2015-05-27 2018-01-23 Gopro, Inc. Camera system using stabilizing gimbal
RU2753162C2 (en) * 2019-12-26 2021-08-12 Публичное акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" Image stabilization system on a movable base

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2345155A (en) * 1998-12-23 2000-06-28 Marconi Avionics Sightline stabilisation system using inertial reference sensors
RU2260773C1 (en) * 2004-06-10 2005-09-20 Тульский государственный университет (ТулГУ) Sight line stabilizer
US9874308B2 (en) * 2015-05-27 2018-01-23 Gopro, Inc. Camera system using stabilizing gimbal
RU2753162C2 (en) * 2019-12-26 2021-08-12 Публичное акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" Image stabilization system on a movable base

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106052682B (en) A kind of hybrid inertial navigation system and air navigation aid
US4443952A (en) Gyroscopic apparatus
US4472978A (en) Stabilized gyrocompass
CN108731674B (en) Inertial astronomical integrated navigation system based on single-axis rotation modulation and calculation method
US3279086A (en) Compensated gyroscopic directional reference
EP2638360B1 (en) A system and method for north finding
RU2436046C1 (en) Gyrohorizoncompass with inertia measurement unit rotation
RU2102785C1 (en) Sighting line stabilizing system
RU2846429C1 (en) Image stabilization system on a movable base
CN111551164A (en) Method for compensating course effect error of rate offset frequency laser gyro north seeker
RU2339002C1 (en) Method of evaluation of navigation parameters of operated mobile objects and related device for implementation thereof
JP2001141507A (en) Inertial navigation system
RU2256882C2 (en) Method of in-roll stabilization of inertial platform for quickly rotating objects and in-roll stabilized inertial platform
CN111141285B (en) Aviation gravity measuring device
US3050995A (en) Autonavigator
RU2009133042A (en) METHOD OF MANAGEMENT AND STABILIZATION OF MOBILE CARRIER, INTEGRATED SYSTEM AND DEVICES FOR ITS IMPLEMENTATION
US3263944A (en) Space craft navigation system
US4993274A (en) Gyroscope system
RU2608337C1 (en) Method of three-axis gyrostabilizer stabilized platform independent initial alignment in horizontal plane and at specified azimuth
RU2260773C1 (en) Sight line stabilizer
RU2239160C1 (en) Orientation system
WO2021012635A1 (en) Gyroscope information-based inertial navigation method
US3167763A (en) Vertical sensor
CN112630471B (en) Output compensation method of gyro accelerometer
RU2833345C1 (en) Biaxial image stabilization on movable base without limitation of roll angles