JPH01304510A - 空間安定化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、動揺体の上に設置されたテレビカメラ等を
空間安定制御する空間安定化装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第１Ｏ図は従来の空間安定化装置の構成を示したもので
ある。図において（１）は動揺体の動揺量を検出する動
揺検出器、（２）は検出器（１）から出力される動揺角
信号、（３）は空間に対する指令角を与える指令器、（
４）は指令器（３）から出力される空間基準の指令角信
号、　（５＋ｆ′ｉ、動揺角信号（２）と指令角信号（
４）を入力とし動揺体基準の指令角信号を出力する座標
変換器、（６）は座標変換器（５）から出力される旋回
軸指令角、（７）はサーボ増幅を行う第１の増幅器、（
８）は増幅器（７）から出力される駆動信号、（９）は
駆動信号（８）により駆動される第１のモータ、Ｕυは
モータ（９）によυ駆動される旋回機構部（以下ＡＺ機
構部と呼ぶ。）、α１ＪはＡＺ機構部０（１１から出力
される動揺体基準の旅回角信号であり増幅器（７）へフ
ィードバックされる信号、αり〜（１７）は（６）〜０
Ｄに対応するものであυ。

ａｚは俯仰軸指令角、α３１は第２の増幅器、圓は駆動
信号、０９は第２のモータ、ａυは俯仰機構部、０７）
は俯仰角信号、α印は制御器、α９は駆動機構部である
。

第１１図は従来の空間安定化装置の駆動機構部の軸構成
を示したものである。

図において■は駆動機構部α９に取シ付けられたテレビ
カメラ、（イ）はＥＬ（エレベーション軸、　（ロ）ハ
ＡＺ（アジマス）軸、（ハ）は規準線ＯＰ、０はＡＺ角
、γはＥＬ角、Ｐは目標、である。

次に動作について説明する。動揺体が空間に対して変化
するとその動揺量を動揺検出器（１１が検出し、その動
揺角信号（２）を使って座標変換器（５）は指令器（３
）からの空間基準指令角信号を、動揺体基準の指令角信
号に座標変換する。

座標変換された動揺体基準の旋回軸指令角（６）及び俯
仰軸指令角■に従って増幅器（７）、αＪ及びモータ（
９）、α９が駆動されＡＺ機構朋及びｇＬ機構部αｅは
空間の目標を指向することになる。

以下、この座標変換について説明する。

駆動機構部（１！Ｉの構成は第１１図の通りであり、Ａ
Ｚ軸（イ）とＥＬ軸（ロ）の交点を点Ｏとし目標を点Ｐ
とすると、＊揺体の動揺に係わらず規準線ＯＰが一定に
保たれる様に座標変換を行う。なお２機構部の回転角と
極性の定義は図中矢線方向を正とする。

第３図は北基準水平面直交座標系を示し、空間一方、第
４図は動揺体基準直交座標系を示し。

のとする。

つまシ、動揺体の動揺量（ロール：Ｒ，ピッチ：Ｐ、ヨ
ー：Ｃ）を用いて次式の様に表わされる。

ここでＣＲ）、　ＣＰ）、　（Ｃ）は動揺体の動揺角を
ロール角：　Ｚｏ、ピッチ角：Ｅｉｏ、ヨー角：Ｃｏと
すると第４図、第　図の座標系の回転関係から以下の様
に求従って、空間安定化の考え方としては、動揺体座標
系で駆動機構部のＡＺ軸、ＥＬ軸の各軸をそれぞれＯ９
γだけ回転し、水平面座標系上の目標座標これを式で表
わすと次式になる。

さて、座標変換器（５）では、指令角に対応するＥｉｏ
、　Ｃｏ）により求まるマトリクス（Ｒ）、　（ｐ）、
　（Ｃ）の値を用いて第（６）式から、（γＪ、（０）
ｔ−逆算して各軸（ＡＺ軸。

ｇＬ軸〕の動揺体基準の駆動指令角を算出する。

このようにして規準線ＯＰは、動揺体の動揺に係わらず
一定の方向を指向することになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の空間安定化装置は以上の様に構成されているので
、規準線を一定に保つことは出来るが。

所謂面安定制御ではない為、第６図（、）に示す様にテ
レビモニタ画像で目標を撮像すると像の回転が生じると
いう欠点があった。

また、駆動機構部を取り付ける取付台の機械的な座面の
傾きが空間安定化精度に重大な影響を与えるという致命
的な欠点があった。

この発明は、上記のような課題を解消するためになされ
たもので、動揺体の動揺に係らず２面安定制御が行える
とともに、第６図（ｂ）に示すように画像の回転を防止
することが出来、かつ、取付座面の補正を電気的、自動
的に行うことにより精度のよい空間安定化装置を得るこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る空間安定化装置は、ＡＺ軸、　ＥＬ軸に
加え直交俯仰軸（Ｇｒｏｓｓ　ＥＬ軸）の３軸で構成す
ることにより面安定制御を行うとともに、取付座面の傾
度補正を電気的にかつ自動的に行うことによりテレピカ
メラ等による撮像画面の回転を防止し、精度のよい空間
安定化を実現したものである。

〔作　用〕

この発明においては、駆動機構部が３軸で構成され面安
定制御されることにより、また、取付座面の傾きを電気
的かつ自動的に補正し、座標変換誤差を極小にすること
により、テレビカメラ等を。

動揺体の動きに係りなく空間に対して安定制御すること
ができる。

また、傾き量を自動検出することにより人手による傾き
量の計測、補正量の設定を行う必要もない。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図は、この発明を実施した空間安定化装置の構成例
であり、第２図（ａ）、　（ｂ）は、この発明を実施し
た空間安定化装置の駆動機構部を示した構成図である。

第１図において（１）〜ααは第１０図と同じであり。

ＣＩ’ｌｌｄ座面修正量の設定器、■は（社）からの修
正量を用いて座面補正を行う座面修正器、２３１は直交
俯仰軸指令角、（財）は指令角（ハ）を増幅する第３の
増幅器。

＋２５１はモータ駆動信号、■は第３のモータ、＠はｇ
Ｌ機構部頭上に構築されたＧｒｏｓｓ　ＢＬ機構部（直
交俯仰機構部）、（至）はＧｒｏｓｓ　ＫＬ角信号であ
る。

また、第２図においてαＩ、αＱ、■は第１１図と同じ
であり、　Ｇｒｏｓｓ　ＥＬ軸に）はＪＬ軸と直交して
おり。

この軸回シの回転角を図の矢線方向を正としてＸで表わ
す。

第２図に示すように、駆動機構部ｕ９）はＡＺ軸ＪＬ軸
、　Ｇｒｏｓｓ　　ＥＬ軸の互いに直交する３軸で構成
され。

従来技術の動作原理と同じようにＡＺ軸及びＢＬ軸回り
に回転させることにより目標Ｐをとらえる規準線ＯＰを
空間安定制御する。次に、規準ＯＰはこのままではＧｒ
ｏｓｓ−Ｆ、Ｌ軸に）回りに−Ｘの大きさの回転を生じ
ることになる為、　Ｇｒｏｓｓ　−ＥＬ機構部に）為を
Ｘだけ回転させてテレビカメラのにより撮像された画像
の回転をも停止させる。

次に９以上の動作を可能ならしむための座標変換器（５
）の作動について説明する。基本的原理は従来技術と同
様であり、第３図及び第４図に示すよ動揺体の動揺量（
ロール：Ｒ，ピッチ：Ｐ、ヨー：Ｃ）及び取付座面の傾
斜量（ロール：Ｒ′、ピッチ：Ｐ′。

ヨー：Ｃ′）を用いて次式の様に表わされる。

空間安定化の考え方としては、動揺体座標点で駆動機構
部のＡＺ、　ＥＬ　、　Ｇｒｏｓｓ　−Ｅ　Ｌの各軸を
それぞれに一致させればよい。これを次で表わすと次式
となる。

ここで（Ｙ）′に第（７）式を代入すると次式となる。

さて、座標変換器（５）及び座面修正器■では、指動揺
角（２）により求まるマトリクス（Ｒ）、　ＣＰ）、　
（Ｃ）の値及び設定器ｃ！１１より出力される座面傾斜
角により求まるマトリクス（Ｒ’）、　ＣＰ’）、　（
Ｃつの値（第（２）式〜第（４）式参照）を用いて、第
（９）式からｃＸ）、　Ｃγ〕、〔θ〕を逆算して各軸
（ＡＺ、ＢＬ、Ｇｒｏｓｓ−ＢＬ軸）の動揺体基準の駆
動指令角（６）、■、２１）を算出する。

以後の動作についてＡＺ、　ＢＬ機構部については従来
と同じであるのでＧｒｏｓｓ−ＥＬ機構について説明す
る。上記手順により座標変換器（５）から出力された動
揺体基準のＧｒ−ＥＬ指令角（社）は、　Ｇｒｏｓｓ　
ＥＬ機構部四からの角度フィードバック信号■との差を
増幅器（支）で演算増幅される。その信号はモータ駆動
信号内となってモータ（２）を駆動し、　Ｇｒｏｓｓ　
ＢＬ＠構部□□□は、指令角Ｑυを指向することになる
。

ところで、従来装置で目標を空間安定化した場合のテレ
ビモニタ画像は第６図（、）に示す如く規準点Ｐの位置
は安定化されるが水平面□□□に対して角度Ｘの画像の
回転を生じる。

この発明では上記説明の通り、　Ｇｒｏｓｓ　ＢＬ軸を
−Ｘだけ駆動することにより従来装置の様な像回転が生
じず第６図（ｂ）に示す如く動揺体の動揺に対しても常
に空間的に安定した画像を提供できることになる。

次に、実際に前述の座面傾度を自動的にイじ正するこの
発明の一実施例について説明する。

第７図は、水平面と取付座面及び規準線間の関係を説明
する図、第８図は具体的な運用図、第９図はテレビモニ
タ画面と座面傾度の関係を示す関係図である。

第７図において、ｘｍは艦首尾線、Ｙ＠はこれと直交す
るピッチ軸、ＯＰは規準線を表わしている。

（第４図参照）取付座面は面Ｙ’Ｙ’ＰＭ、水平面はＹ
′Ｙ″Ｏ′で表わし、いずれも単位円弧をなしている。

ＯＭは取付座面の最大傾斜方向を示し１面Ｙ’Ｙ″ＰＭ
と水平面Ｙ′Ｙ７０′のなす角をαとし、方位角Ｂでの
規準線ＯＦと水平面内のＵＰ“のなす角をＯＢ、最大傾
斜方向角をＢＨとすると、第７図の幾何学的関係（（よ
り次式が導かれる。

苅０．＝■（Ｂ　−Ｂ）ｌ）通α パ・ＯＢ＝”−’　ＣｅＯ２（Ｂ　−ＢＨ）　ｓｉｎα
〕・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
　（ｌ■ここで通常α、ＯＢ’：０であるから ＯＢ−αｃｏｓ（Ｂ　　ＢＪ　　・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・　圓となる。

さて２機器の取付座面傾度を動揺体のロール軸。

ピッチ軸を基準に求めると、ピッチ傾度Δｐ、ｏ−ル傾
度ΔＲは第（１１）式でＢ　＝　０．９０’と置いて次
式となる。

次に、第８図に示すように、！Ｉｆｌ］揺体の針路全方
位Ｏ０から３６０°へと１回転させ、この時、テレビカ
メラ等を空間安定化させながら一定方位方向（第８凶で
は２７０°方向であるが実際にはどの方向でもヨイ。）
を観察し、水平線のテレビモニタ画像での変動量を検出
する。

この時の画面と座面傾度の関係を第９図に示す。

図に示すように、ｕＪ揺鉢体基準旋回角に対して。

この時のテレビ画像は第９−（ｂ）図のようになり。

水平線の画面中心からの角度Δ０が計測できる。

（この際テレビカメラの視野角は既知であるため。）こ
のΔ０を動揺体が１回転する間、電気的に記録（記憶）
すると、動揺体基準の旋回角に対する水平線の変動は第
９−（ｅ）図となる。

また、この時の機器取付座面と水平面、水平線との関係
は第９−（ｃ）図の通りである。ここで図中のα、Ｃ４
，ΔＯは第９図内において同一物理量を示しており、か
つαは第圓式と同一＋ＯＡＷはΔＯの最小値を与える旋
回角であり第１２式のＢＨと同一である。

このようにして、テレビモニタ画面上のΔ０を検出する
画像信号処理器囚と２第９−（ａ）図に示す最小点に於
ける旋回角Ｏｈ”ｚ　（＝　ＢＨ）と、最大振巾の竹を
示すαを計算し、第０２式に示す座面傾度を求めるのが
、自動座面修正量算出器■である。求められた座面傾度
は設定器０１１に送られ、その設定器からの出力信号が
座面修正器に送られて、第（７）弐〜第（９）式に対応
する処理を、座面変換器（５）と共同して行うことにな
る。

そして、このようにして得られた指令角ｔ６］、　＋Ｉ
Ｅ。

り）により駆動機構部０．９）　（’）各軸が制御され
、精度の高い空間安定化特性を実現することができる。

なお、自動座面修正量算出は、取付座面の経年変化等を
考えても数年に１度行えばよく、算出された座面傾度は
設定器ＯＩＪに保存されているものである。また、ポー
タプルタイプの場合は機器を装備する都度行えばよい。

なお、上記実施例では、動揺体の上に設置されたテレビ
カメラを空間安定制御する装置について述べたが、安定
制御される対象はレーダ、レーザ。

望遠鏡、砲、ランチャなど何でもよく本実施例に限定さ
れるものではない。

〔発明の効果〕

この発明は１以上のようにＡＺ軸、ＥＬ軸及び（）ｒｏ
ｓｓ−ＢＬ軸の３軸で空間安定制御を行い、しかも取付
座面の傾度補正も自動的に行うように構成したので、従
来のような規準線回りの回転を生じることなく安定した
。しかも精度の高い空間安定化が得られるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による空間安定化装置の構
成を示す構成図、第２図は同装置の駆動機構部の軸構成
を示す図、第３図は北基準水平面座標系を示す図、第４
図は動揺体基準直交座標系を示す図、第５図は動揺体の
動揺角を説明するための図、第６図はテレビモニタ画面
を示す図、第７図は水平面と取付座面及び規準線間の関
係を示す図、第８図は具体的な運用図、第９図はテレビ
モニタ画面と座面傾度の関係を示す図、第１０図は従来
の空間安定化装置の構成図、第１１図は従来装置の駆動
機構部の軸構成を示す図である。 図において、（１）は動揺検出器、（２）は動揺角信号
。 （３）は指令器、（４）は空間基準指令角信号、（５）
は座標変換器、（６）は旋回軸指令角、（７）は増幅器
ｘ、（８Ｈｊ：ＡＺ駆動信号、（９）は第１のモータ、
叫は旋回機構部。 α１］はＡＺ角信号、Ｏ２は俯仰軸指令角、　Ｏ３）は
第２の増幅器、圓はＥＬ駆動信号、Ｏ５）は第２のモー
タ、　（１６１は俯仰機構部、　Ｏ７１はｇＬ角信号、
０＆は制御器、０９は駆動機構部、■はテレビカメラ、
　２１Ｊは設定器、ツは座面修正器、には百交餉仰軸指
令角、ｃ２ＡＪは第３の増幅器、器はＧ　ｒ　−Ｅ　Ｌ
軸駆動信号、困は第３のモータ、＠は直交俯仰機構部、
１２ａｌはＧｒ　ＥＬ角信号、＠は画像信号処理器、■
は自動座面修正量算出器。 点Ｐは目標、θ、　７．　ＸはＡＺ軸、ＢＬ軸、　Ｃｒ
ｏｓｓ　ＥＬ軸回りの回転角、　　Ｚｏ、　Ｅｉｏ、Ｃ
ｏ　Ｖｉ動揺体の動揺角（ロール。 ピッチ、ヨー角）１点Ｏは中心点、ＯＦは規準線。 ＯＭは最大傾斜方向、αは座面傾度、Ｂ、（は最大傾斜
旋回角である。 なお２図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）動揺体の上に設置されたテレビカメラ等を空間安
   定制御する空間安定化装置において、動揺体の空間に対
   する回転角を検出する動揺検出器と、空間に対する位置
   指令角信号を発生する指令器と、上記動揺検出器からの
   動揺角と指令器からの指令角を入力とし、空間座標系で
   の指令角を動揺体上に固定された座標系に変換する座標
   変換器と、動揺体上に固定された座標系とテレビカメラ
   等の取付台座標系との傾き量を設定する設定器と、上記
   座標変換器から出力される変換信号と上記設定器から出
   力される座面修正信号を入力とし座面の補正演算を行う
   座面修正器と、上記座面修正器から出力される旋回軸指
   令角、俯仰軸指令角および直交俯仰軸指令角信号をそれ
   ぞれ増幅する第１、第２、第３の増幅器と、上記第１、
   第２、第３の増幅器に対応して設けられ、対応する増幅
   器の出力信号により駆動される第１、第２、第３のモー
   タと、上記第１のモータにより駆動される旋回機構部と
   、旋回機構部上でこれと直交する回転軸を有し、上記第
   ２の増幅器により駆動される俯仰機構部と、上記俯仰機
   構部上でこれと直交する回転軸を有し、上記第３のモー
   タにより駆動される直交俯仰機構部とを有することを特
   徴とする空間安定化装置。
2. （２）動揺体の上に設置されたテレビカメラ等を空間安
   定制御する空間安定化装置において、動揺体の空間に対
   する回転角を検出する動揺検出器と、空間に対する位置
   指令角信号を発生する指令器と、上記動揺検出器からの
   動揺角と指令器からの指令角を入力とし、空間座標系で
   の指令角を動揺体上に固定された座標系に変換する座標
   変換器と、動揺体上に固定された座標系とテレビカメラ
   等の取付台座標系との傾き量を設定する設定器と、上記
   座標変換器から出力される変換信号と上記設定器から出
   力される座面修正信号を入力とし座面の補正演算を行う
   座面修正器と、上記座面修正器から出力される旋回軸指
   令角、俯仰軸指令角および直交俯仰軸指令角信号をそれ
   ぞれ増幅する第１、第２、第３の増幅器と、上記第１、
   第２、第３の増幅器に対応して設けられ、対応する増幅
   器の出力信号により駆動される第１、第２、第３のモー
   タと、上記第１のモータにより駆動される旋回機構部と
   、旋回機構部上でこれと直交する回転軸を有し、上記第
   ２の増幅器により駆動される俯仰機構部と、上記俯仰機
   構部上でこれと直交する回転軸を有し、上記第３のモー
   タにより駆動される直交俯仰機構部とを有し、上記直交
   俯仰機構部に取付けられて目標を撮像する撮像部と、上
   記撮像部から出力されるビデオ信号を入力とし画像処理
   を行い画像情報を出力する画像信号処理器と、上記画像
   情報を入力とし上記設定器に座面修正信号を出力する自
   動座面修正量算出器を有することを特徴とする空間安定
   化装置。