JPH02122309A

JPH02122309A - 空間安定化装置

Info

Publication number: JPH02122309A
Application number: JP63276392A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Shimomura; 寛士下村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-11-01
Filing date: 1988-11-01
Publication date: 1990-05-10

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〕この発明け、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１０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ｆｉ＋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、　＋３１Ｆｉ空間に幻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）は動揺角信号（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、　＋７１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、α（１は
モータ（９）により駆動される旋回機構部（以下Ａ２機
構部と呼ぶ。）、α１】けＡＺ２機構ａ１から出力され
る動揺体基準の旋回角信号であり増幅器（７）ヘフィー
ドバックされる信号、　ａｙ〜（１７１は（６）〜（Ｉ
ＩＩＫ対応するものであり、α？は俯仰軸指令角、α３
は第２の増幅器。

（１４１は駆動信号、的は第２のモータ、　ａｅけ俯仰
機構部、　ａ７１は俯仰角信号、　ｆＩＩＩは制御器、
σ９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■け駆動機構部＋１９に取り付けられたテレ
ビカメラ、（イ）はＥＬ（エレベーション軸、　（ロ）
けＡＺ（アジマス）軸、（ハ）は規準線ＯＰ、σ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ｆｌ）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９間基準指令色信号を、動揺体基準の指令伸信
号に〃棒変換する。

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α？に従って増幅器（７１，α３及びモータ
（９）、αりが駆動されＡ２機構α１及びＥＬ機機構部
α上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ａ９の構成は第１１図の通りであり。

ＡＺ軸（イ）とＥＬ軸（（２）の交点を点０とし目標全
点Ｐとすると、動揺体の動揺に保わらず規準線ｏｐが固
定に保たれる様に座標変換を行う。なお１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。

ものとする。

つまり、動揺体の動４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〔Ｒ〕、〔Ｐ〕、〔Ｃ〕　　は動揺体の動揺角を
ロール角：Ｚｏ、　　ピッチ角：Ｅｉｏ、　ヨー角：Ｃ
Ｏとすると第４図、第　図の座標系の回転関係から以下
の様に求まる。

従って、空間安定化の考え方としては、動揺体座樟系で
駆動機構部のＡＺ軸、ＥＬ軸の各軸をそれぞれ０゜ γだけ回転し。

水平面座標系上の目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（　Ｚ
Ｑ、　　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、　　（ｒ）。

（０）を逆算して各軸（ＡＺ軸、　　ＥＬ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す
−・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
、規準線を固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ｆａｔ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、動揺体の上下動に対しては制御機能がなく、第６
図（ｃｌ及び（ｄｌに示す様にテレビモニタ画像で目標
を撮像すると像の上下動が生じるという欠点があった。

また、駆動椿構部全Ｂｙ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、上記のような課覇を解消するためになされ
たもので、動揺体の動揺に保らず１面安定制御が行える
とともに、第６図ｆｂｌに示すように画像の回転を防止
することが出来、又、第６図［ｅｌに示すように画像の
上下動をも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。

〔諌覇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（（ｔｏｓｓ　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、架台機構軸
（上下動）をも持ち上下動制御を行うとともに、取付座
面の傾度補正を電気的かつ自動的に行うことにより、テ
レビ画面等の回転、上下動を防止し、精度のよい空間安
定化を実親したものである。

〔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、かつ、架台機構部１軸で上下
動安定制御されることにより、また、取付座面の知きを
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−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２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９５３
２例であり、第２図［ａｌ、　ｆｂｌは、コノ発明全実
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）〜ｆｉ９け第１０図と同じであり
。

ｅ＋ＩＩ　ＦｉＰ１面修正量の設定器、■はｃ！１１か
らの修正量を用いて座面補正を行う座面修正器、ｃＺｌ
は直交俯仰軸指令％、　Ｑ４＋は指令角のを増幅する第
３の増幅器。

■はモータ駆動信号、のけ第３のモータ、いはＥＬ機構
部ａｅ上に構築されたＣｒｏｓｓ　ＥＬ機構部（直交俯
仰機構部）、Ｃ１１＠けＣｒｏｓｓ　ＥＬ角信号である
。

また、第２図においてＱｌ、　ｆｉｅ、■は第１１図と
同じであり、　　Ｃｒｏｓｓ　ＥＬ軸に）は、　　ＥＬ
軸と直交しており、この軸回り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＋１９はＡＺ軸。

ＥＬ軸、　　Ｃｒｏｓｓ−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ＥＬ軸回妙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けこのままでけＣｒｏｓｓ−ＥＬＭに）回りに
−Ｘの大きさの回転を生じることになる為、　Ｃｒｏｓ
ｓ−ＥＬ機構部（ロ）ＧをＸだけ回転させてテレビカメ
ラ■により撮像された画像の回転をも停止させる。

次に１以上の動作を回部ならしむための座標変神器（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、　　Ｃｒｏｓｓ−ＥＬの各軸をそ
れぞれθ、　　ｒ、　ｘだけ回転し、水平面座標系上の
目わすと次式となる。

さて、座欅愛換器（５）及び座面修正器のでは、指た動
揺角（２）により求まるマトリクス（：Ｒ”ｌ、　［Ｐ
］。

〔Ｃ〕の値及び設定器２１＋より出力される座面傾斜角
により求まるマトリクス［Ｒ’〕、　ＣＦ’〕、　［：
ｃ’］　　の値（第（２）式〜第（４）式参照）を用い
て、第（９）式から〔Ｘ〕。

〔γ〕ｔ　［／’］を逆算して各軸（ＡＺ、　　ＥＬ、
　　Ｃｒｏｓｓ　−ＥＬ軸）の動揺体基準の駆動指令角
（６１，ｆｉ２！、　ｃ！＋１を算出する。

以後の動作についてＡＺ、ＥＬ機構部については従来と
同じであるのでＣｒｏｓｓ−ＥＬ機構について説明する
。上記手１１１により座標変換器（５）から出力された
動揺体基準のＣｒ−ＥＬ指令角ｃ１１１は、　　Ｃｒｏ
ｓｓＥＬ＠構部■からの角度フィードバック信号■との
差を増幅器■で演算増幅される。その信号はモータ駆動
信号のとなってモータＱｌを駆動し、　　ＣｒｏｓｓＥ
Ｌ機構部囚は、指令角１２＋１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（ａ）に示す如く規準ＡＰの位置
は安定化さねるが水平面のに対して角度Ｘの画像の回転
を生じる。

この発明では上記説明の通り、　　Ｃｒｏｓｓ　ＥＬ軸
を−ｘた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ｆｈｌ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。

さて、この様にして動揺体の角度動揺（ロール。

ピッチ、ヨー）に対しては、空間的に安定した画像を得
ることができるが、第６図ｆｄｌに示す如く。

動揺体の上下動揺に対しては画像の上下動を生じること
になる。通常、大型の船舶など、その上下動量が撮像す
る目標の動きに対して小さい場合には、無視できること
が多いが、小型の船舶などでは大きな問題となる。

この発明では、動揺体の上下動を検出する上下動検出器
（（１１から出力される上下動量＠を、制御器Ｕ内の第
４の増幅器（至）に入力し、第４の増幅器（至）の出力
駆動信号＠により、第４のモータ（至）を駆動し、　　
ＡＺ機構部α１の下に構成された架台機構部（至）を上
下に動かし、その移動量を第４の増幅器（至）にフィー
ドバックする構成としであるので、動揺体の上下動を補
正することができる。

この原理について第６図（ｃｌ、　（ｄ）及び（ｅ）を
用いて説明する。

今、動揺体の上下動量をξとし、目ａｔでの距離をｌと
すると、動揺体の上下動による画面の上下動量ηは次式
となる。

ξ “゛　ｌここに、ηの単位はｒａｄｉａｎ、　　ξとｌの単位は
ｍｅｔｅｒとする。

さて、この時、上下動検出器６１１からの上下動量の（
ここではξに和尚）と同じ量（−ξ）だけ、架台機構部
（至）を動かして撮像部■の水平面に対する高さを固定
に保ってやることで、第８［９（ｄｉの如き画像の上下
動は補正され、第６図ｔｅｌの始〈、上下の動揺に対し
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修正するこの発
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７１ｖ１において、Ｘ軸は―憧首尾線、　Ｙｌｌｌは
これと直交するピッチ軸、ＯＰけ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’Ｙ“０′　のなす角をαと
し、方位角Ｂでの規準線ｏｐと水平面内のＯＰ“のなす
角をＯＢｅ最大傾斜方向角をＢＨとすると、第１図の幾
伺学的関係により次式が導かれる。

５ｉｎＯＢ＝ｃｏｓ（Ｂ−ＢＨ）ｓｉｎα、、０Ｂ＝ｓ
ｉｎ−’［ｃｏｓ（Ｂ−ＢＨ）ｓｉｎａ］−・−・−・
・Ｏ［Ｉここで通常α、０Ｂ−＝０であるからＯＢ＝αｃｏｓ　（ＢＢＨ）　　　　　　　・・・・・
・・・・・・・・・・０１１となる。

さて２機器の取付座面伸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、ロール卸
度ΔＲけ第（１１１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、動揺体の針路を方位Ｏ０か
ら３６０°へと１回転させ、この時、テレビカメラ等を
空間安定仕させながら固定方位方向（第８図では２７０
°方向であるが実際にはどの方向でもよい。）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、動揺体基準の旋回角に屋して。

この時のテレビ画像は第９−（ｂ１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２Ｍ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−（ｃｌ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−ｒｃ１図の通りである。ここで図中のα、Ｃ１
，Δ０け第９図内において同一物理量を示しており、か
つαけ第０７式と同一　ＯＡＺけΔ０の最小値を与える
旋回角であり第０２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
画儂信号処牙器■と、第９−（ａ）■に示す最小点に於
ける旋回角０ＡＨ（二ＢＨ）と、最大揚重の１／２を示
すαを計算し、　第０３式に示す座面傾度を求めるのが
、自動座面修正量算出器艶である。

求められた座面傾度Ｖｉ設定器Ｑ＋１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、このよう圧して得られた指令角（６１，ｆｉ２
１゜Ｏにより駆動機構部ｆｉ９の各軸が制御され、′ｎ
度の高い空間安定化装置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ｃ２１１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。

望遠瞳、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Ｃｒｏｓ
ｓ　−ＥＬ軸の３軸及び上下軸の計４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＃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威
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像
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、（■）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６．　＋６１は旋回軸指令角、（７）は増幅
器１．（８１はＡＺ駆動信号、（９）け第１のモータ、
　α１は旋回機構部、α１１ばＡＺ角信号、αＸ５は俯
仰軸指令角、　＋１３は第２の増幅器、　ａａはＥＬ駆
動信号、０９は第２のモータ、　ｗｅは俯仰機構部、α
ηはＥＬ角信号、ａａは制御器、［１９ｉｊ駆動機榊部
、■はテレビカメラ、　１２１１は設定器２口は座面修
正器、０け直交俯仰軸指令角。ｕＦｉ＠３の増幅器、■はＣｒ−ＥＬ軸駆動信号、■は
第３のモータ、＠は直交俯仰機構部、■はＣｒＥＬ角信
号、２！Ｉけ画像信号処理器、艶は自動座面修正量算出
器、　ｃｓｎは上下動検出器、（至）は上下動量。（至）は第４の増幅器、（至）は駆動信号、（至）は第
４のモータ、　ｃ！ｓＦｉ架台機構部、υはフィードバ
ック信号。点Ｐは目標、θ＋　’＋　”ＩｄＡＺ軸、ＥＬ軸、　　
ＣｒｏｓｓＥＬ軸回りの回転角、　Ｚｏ、　Ｅｉｏ、　
Ｃｏ　Ｉｄ動揺体の動揺角（ロール、ピッチ、ヨー角）
９点０け中心点。ＯＰは規準線、ＯＭは事大傾斜方向、αは座面傾度。ＢＨは最大傾斜旋回角、ξは上下動の量、ｌは目標との
距離、ηは上下動による画像移動角度である。なお２図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

（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、動揺体の空間に対
する上下動量を検出する上下動検出器と、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、上記上下動
検出器からの上下動量を入力とし、これを増幅する第４
の増幅器と、第４の増幅器の出力信号により駆動される
第４のモータと、上記第４のモータにより駆動される架
台機構部とを有することを特徴とする空間安定化装置。
（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、上記上下動検出
器からの上下動量を入力とし、これを増幅する第４の増
幅器と、第４の増幅器の出力信号により駆動される第４
のモータと、上記第４のモータにより駆動される架台機
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テオ
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
面信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。