Методы оценки точности систем гироскопической стабилизации видеокамеры на подвижном объекте

Для повышения качества визуальной информации, поступающей с видеокамер, их устанавливают на платформы систем гироскопической стабилизации, обеспечивающие требуемую ориентацию оптической оси. Целью работы являлась разработка математического описания, позволяющего оценить точность систем гироскопической стабилизации видеокамеры на подвижном объекте, построенной на микромеханических датчиках первичной информации. Рассмотрена двухосная система гироскопической стабилизации видеокамеры на подвижном объекте. Дано математическое описание одного из каналов системы стабилизации с управлением по углу и угловой скорости. Измерение угла отклонения платформы от плоскости горизонта и её угловой скорости обеспечено микромеханическими акселерометрами и гироскопами соответственно. Пояснена физическая природа возникновения синхронных погрешностей системы стабилизации при угловых колебаниях подвижного объекта. Дана оценка синхронной погрешности системы стабилизации при колебаниях объекта с частотой 30 Гц. Приведено аналитическое соотношение для оценки погрешностей системы стабилизации, вызванных случайными погрешностями гироскопов и акселерометров. Показано, что если стабилизация платформы осуществляется только по сигналам гироскопов, содержащих в измерениях случайные погрешности типа белого шума, то это приведёт к дрейфу платформы со средним квадратическим отклонением, пропорциональным корню квадратному из времени. При этом постоянный возмущающий момент не отрабатывается. Приведено математическое описание «смаза» изображения видеокамеры при колебаниях платформы, вызванных случайными погрешностями инерциальных датчиков. Проиллюстрирован эффект смаза изображения при различных параметрах колебаний платформы.

1. Арсеньев В.Д. Расчет и синтез параметров гиростабилизаторов для маневренных объектов. Ч. 1. Расчет возмущающих моментов в гиростабилизаторах для маневренных объектов / В.Д. Арсеньев. ‒ М.: Издво МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013. 42 с.

2. Арсеньев В.Д. Расчет и синтез параметров гиростабилизаторов для маневренных объектов Ч. 2: Анализ устойчивости и расчет погрешностей стабилизации гиростабилизаторов. / В.Д. Арсеньев. ‒ М.: Изд-во МГТУ. 2015. 35 с.

3. Малютин Д.М. Управляемый гиростабилизатор повышенной точности на микромеханических чувствительных элементах / Д.М. Малютин // Известия ТулГУ. Технические науки. 2018. № 6. С. 326–339.

4. Распопов В.Я. Измерительные приборы и системы для ориентации, стабилизации и управления / В.Я. Распопов, Д.М. Малютин // Известия ТулГУ. Технические науки. 2018. № 4. C. 372–386.

5. Дзюба А.Н. Моделирование погрешностей гиростабилизатора гравиметра на волоконно-оптических гироскопах / А.Н. Дзюба, Л.П. Старосельцев // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2013. № 6. С. 88.

6. Арсеньев В.Д. Расчет максимальных значений инерционных моментов в гироскопических стабилизаторах для маневренных объектов / В.Д. Арсеньев, Е.Р. Рахтеенко // Инженерный журнал: наука и инновации. 2013. Т. 14. № 2. С. 1–11.

7. Малютин Д.М. Система стабилизации и управления на волоконно-оптических гироскопах / Д.М. Малютин // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2014. № 5. С. 121–125.

8. Распопов В.Я. Теория гироскопических систем. Гиростабилизаторы / В.Я. Распопов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. 388 с.

9. Королев М.Н. Исследование динамических характеристик гироскопического стабилизатора на волновом твердотельном гироскопе / М.Н. Королев, Д.М. Малютин // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 8. С. 129–135.

10. Матвеев В.В. Система сопровождения подвижных объектов на МЭМС-гироскопах / В.В. Матвеев [и др.] // Мехатроника, автоматизация, управление. 2019. Т. 20. № 7. C. 437–442.DOI: 10.17587/mau.20.437-442

11. Гонсалес Р. Цифровая обработка изображений / Р. Гонсалес, Р. Вудс // Изд. 3-е. Москва: Техносфера, 2012. 1104 с.