三轴光电跟踪系统的实时引导

三轴光电跟踪系统是地平式和X-Y式光电跟踪系统的有机组合,可以全方位跟踪空间运动目标,跟踪系统测量值与空间位置的多对一特性决定了跟踪策略的多样性和系统引导的复杂性,跟踪过程中对系统进行实时引导可以提高系统的跟踪精度及其可靠性。各种跟踪策略下三轴光电跟踪系统的引导过程包括:地平式的引导、X-Y式的引导、具视轴偏角的地平式引导、三轴光电跟踪系统的引导等。通过理论分析,给出了各种情况下的引导方法。     

偏距对改进X-Y双轴式光电跟踪系统跟踪性能的影响

天顶跟踪盲区是地平式光电跟踪系统的固有缺陷。X-Y双轴式光电跟踪系统（规则X-Y双轴式）可以解决过顶跟踪问题,但跟踪范围极为有限,把视轴沿X轴方向平移偏距D,形成一种改进的X-Y双轴式光电跟踪系统,即偏X-Y双轴式光电跟踪系统。偏X-Y双轴式光电跟踪系统可以解决过顶跟踪问题,其跟踪范围与规则X-Y双轴式光电跟踪系统相比有很大提高。由D引入的跟踪误差可以忽略或修正,但具有更大的地平面跟踪盲区。     

基于球谐函数的三轴光电跟踪系统误差修正方法

三轴光电跟踪系统不存在空间跟踪盲区,为了提高系统引导或轨道测量精度,需要修正其系统误差。最小二乘系统误差修正方法精度较低,球谐函数系统误差修正有较高的修正精度,球谐函数系统误差修正方法应用到三轴光电跟踪系统中时存在困难。理论分析指出,应用球谐函数的系统误差修正需要在三轴光电跟踪系统中针对不同的方位建立多组修正参数。仿真表明,三轴光电跟踪系统中通过建立多组修正参数的球谐函数系统误差修正方法可以把系统误差降低到原来的30％。     

地平式光电跟踪系统动力学模型分析及其虚拟样机技术仿真

结合动量定理和动量矩定理分析了地平式光电跟踪系统的动力学特性,建立了地平式光电跟踪系统的非线性模型,并用虚拟样机技术对其非线性模型进行仿真.理论分析与仿真结果表明,当方位轴和俯仰轴均以较高的角速度或角加速度运动时,因非线性关系所导致的扰动力矩会严重影响系统的跟踪精度,当地平式光电跟踪系统的俯仰轴相对其各惯性主轴的转动惯量相等时,可彻底解决俯仰轴与方位轴之间的运动偶合关系.     

视轴偏心三轴跟踪机架指向精度分析

本文分析了实现大范围空间光电跟踪的视轴偏心三轴跟踪机架的轴系误差.在刚体动力学的基础上,利用姿态变换的方法对视轴偏心的这种新型跟踪机架进行分析,推导出了机架指向精度的具体算法,探索了计算视轴偏心的三轴跟踪机架误差及误差分配的新方法,并针对一跟踪架的具体误差进行了指向精度计算.其中,垂直度误差对指向精度影响最大.     

一种三轴光电跟踪系统指向误差修正的方法

为了提高三轴光电跟踪系统的指向精度,针对三轴光电跟踪系统的光机结构提出了一种具有明确物理意义的指向误差修正模型。首先,根据四元数的旋转变化方法详细分析了各轴系误差对空间目标指向误差的映射关系表达式,然后,通过这些关系式建立三轴光电跟踪系统的指向误差修正模型。实验结果表明,该方法可以将有效的修正系统指向误差,且外符合修正精度高于球谐函数指向误差修正模型,同时该方法在装配调试阶段对预估指向精度具有一定的参考指导作用。     

星载空间目标光电跟踪角速度伺服系统设计

设计了星载空间目标光电跟踪角速度伺服系统,它包括补偿校正环节、驱动功放环节、以光学望远镜和跟踪架为被控制对象的机械操作环节以及视轴稳定回路。选择直流力矩电机作为跟踪架驱动元件,以提高系统的跟踪精度。利用 Matlab 进行系统特性仿真的结果表明,设计的系统相角裕度为 69°,幅值裕度为 35.8dB,截止频率为 10rad/s,调节时间为 0.7s,具有良好的跟踪性能,达到了预期的要求。     

神经网络在光电跟踪系统引导中的应用

系统误差的存在使得对光电跟踪系统进行引导时会存在引导误差,修正系统误差有利于提高引导精度。最小二乘系统误差修正方法精度较低;球谐函数的系统误差修正方法有较高的修正精度,但不适用于三轴光电跟踪系统;BP神经网络的系统误差修正方法的修正精度比球谐函数法提高约20%,有望用到球谐函数法不适用的三轴光电跟踪系统的系统误差修正中。     

光电跟踪误差校准技术的研究

研制光电跟踪仪校准系统,利用激光跟踪仪跟踪光电跟踪仪并采集测量数据,剔除其中存在的粗大误差得到有效数据,采用球面拟合最小二乘法确定光电跟踪的中心。建立合理的坐标转换模型,实现激光跟踪仪的中心向光电跟踪仪的中心坐标转换,并将二者的测量数据进行对比得到校准结果。利用VB和MATLAB软件结合的方法对数据进行分析与处理,提升运算效率。举例给出光电跟踪仪校准系统的测试结果,并对其不确定度进行分析,证明了此校准系统的可靠性,为跟踪及瞄准系统的参数校准提供了参考。     

经纬仪多种跟踪方式间切换问题的研究与实践

本文指出经纬仪多种跟踪方式间的切换是保证仪器可靠而准确测量的关键问题。并系统地总结了影响可靠切换的因素及解决方法,还给出了778光电经纬仪跟踪方式间切换的成功例子,具有一定的推广价值。     

基于运动方向及主轴的目标头部跟踪点稳定提取

光电成像跟踪过程中,目标距离较近时,将在视场中呈现出扩展目标的特性,其成像大小将随着距离的减小迅速增大甚至溢出视场.此时传统的质心、形心、相关跟踪会出现跟踪点跳动或漂移的问题,严重时甚至出现跟踪丢失的现象.针对这一问题,提出了结合目标运动与主轴方向的目标头部跟踪方式,通过跟踪目标头部确保背景在视场内占据定的比例,避免了目标充满视场而导致的分割失败或跟踪点在目标上滑动的情况.通过对目标的二值图像进行形态学滤波并计算头部的形心,进一步提高了头部跟踪点的稳定性.仿真测试与外场试验表明,该方法显著提高了跟踪的稳定性与可靠性.     

精稳控制系统与跟踪架运动耦合问题的分离

精密稳定控制系统控制对象是可见电视光路中安装在跟踪架上的可控反射镜，跟踪架的运动将对反射镜的运动产生耦合作用。根据坐标转换主光电平台摄像记录系统的光路结构，提出了复合运动关系新的解耦方法，试验证明，该方法有效地分离了跟踪架的耦合作用，开拓了运动关系分离的新思路。     

卡尔曼滤波器在光电经纬仪中的应用

为了解决光电经纬仪电视跟踪系统脱靶量滞后对控制系统跟踪精度及稳定性的影响，将预测滤波技术应用到光电跟踪系统中，提出了极坐标下卡尔曼滤波算法，目标模型采用等速运动并附有时间相关的随机加速度，增加了延时补偿。仿真结果表明，跟踪误差减小，当跟踪目标从视场消失时，控制系统按照预测的目标信息跟踪。     

预测滤波技术在光电经纬仪中的应用仿真

在光电经纬仪中，电视或红外脱靶量的滞后对控制系统的稳定性和跟踪精度都有较大的影响。根据跟踪控制系统实时性和精度要求，设计了两种预测滤波器，卡尔曼滤波器和有限记忆平滑滤波器，并模拟光电经纬 仪实际工作的几种情况，进行了仿。仿真结果表明，预测滤波技术能有效地增加控制系统的相角稳定裕度，改善控制系统的性能。