基于半捷联方式的反射镜视轴稳定技术

针对反射镜视轴稳定平台特点,从基本的反射镜视轴运动学关系出发,采用基于虚拟整体稳定平台的视轴重建方法对反射镜稳定平台视轴惯性角速度进行数学重建,同时分析了反射镜转角和视场范围的关系。为克服反射镜固有的2:1特性,对比了传统的机械稳定控制方法,和重建光轴的半捷联稳定方法。仿真结果表明:两种方法都可以稳定视轴,但重建视轴的半捷联控制方法符合稳定平台小型化的发展趋势。     

偏轴反射镜平台视轴稳定技术及建模分析

常规反射镜平台采用方位/俯仰型两框架结构形式,探测器视轴平行于外框架旋转轴。区别于常规反射镜平台,偏轴反射镜平台不再遵循探测器视轴与外框架旋转轴平行的原则,其视轴角速度具有强耦合和非线性的特点。主要研究了这类偏轴反射镜平台的运动学、动力学建模和视轴稳定机理。首先,采用虚拟整体稳定平台技术推导平台运动学方程,并确定了虚拟平台框架类型的选取原则。在此基础上推导了完整的视轴坐标系动力学模型。然后,对载体运动耦合机制进行了分析并给出了控制框图。最后,对视轴运动特性进行仿真分析。仿真结果表明,该平台在视轴指向、力矩耦合等方面具有不同于常规反射镜平台的特性,且由视轴运动非线性引起的视轴交叉耦合力矩大于惯量耦合力矩。     

两轴快速反射镜视轴指向与速率补偿分析

为精确控制两轴快速反射镜的视轴指向,根据矢量形式斯涅尔定律建立了反射镜转角与视轴指向角间的运动学耦合方程。通过非线性校正实现视轴指向方程解耦,对于行程为20 mrad的两轴快速反射镜在入射角为45时视轴指向误差小于8rad,相比线性近似,视轴指向精度提高75倍。为保证视轴稳定,根据矢量速率方程推导出补偿基座扰动角速率的反射镜转动角速率方程,通过对三角函数进行泰勒展开,舍去高阶项,得到快反镜转动角速率近似计算公式,分析了不同入射角下的残余视轴转动角速率,得出视轴转动角速率Ly残差远大于Lz,且入射角i为45时残差最小,此时残余视轴转动角速率与基座扰动角速率之比小于0.164%,可满足计算精度要求。为快速反射镜伺服控制系统位置、速度指令生成提供理论依据。     

基于指数积公式的导引头运动学分析与标定

针对半捷联俯仰偏航双框架导引头的结构特点,分析了框架的运动学描述方法.利用角速度递归算式,将弹体的惯性空间速度映射到视轴坐标系,推导出视轴的惯性空间稳定方程.基于指数积公式,给出了框架的运动学标定模型,研究了运动学方程的标定方法.将误差参数归结于框架坐标系的初始姿态,简化了运动学参数的标定过程.采用迭代最小二乘算法求解...     

基于半角机构的反射镜光电平台测角研究

偏仰两轴反射镜光电平台通过控制光路中反射镜的转动实现视线的角位置跟踪.实时测量视线和视轴的角误差是完成角位置跟踪的前提.传统的光电稳定平台将探测成像系统安装在稳定平台上,所以目标像在图像平面中的脱靶量等于视线角误差.反射镜光电平台采用探测成像系统和平台分离的结构形式且光路发生折转,使得目标脱靶量不再等于视线角误差.基于光学反射定律和等距坐标变换,对反射镜光电平台的视线角误差计算进行了研究,得到目标脱靶量和视线角误差的映射关系,并且可以将其近似为关于外框架角的旋转变换.通过数值仿真和样机实验验证了分析结果的正确性.     

车载高精度陀螺稳定跟踪系统

讨论了车载平台高精度光电跟踪系统问题,进行了系统结构设计,平台采用T型结构,并通过整体减振的方式隔离载体的高频振动。进行了控制系统设计,利用陀螺稳定装置实现平台的粗级稳定,高频快速反射镜实现平台的精级稳定,通过这种粗精结合的二级稳定平台来提高平台的稳定精度。进行了模拟仿真试验,通过摇摆台来模拟车载环境试验进行系统测试。...     

上反射镜式光电系统复合轴稳定机理

针对高速运动的车辆对光电系统的需求,提出利用快速反射镜代替原有平面反射镜,构建上反射镜式光电系统复合轴稳定平台,并通过理论分析,推导出该平台的瞄准线矢量方程,分析瞄准线的运动特性、复合轴稳定补偿原理及控制方法,并且比较了其与传统一级稳定平台在系统带宽、隔离度方面差异,最后,针对实际工程应用,研究复合轴二级平台轴系安装误差对系统误差的影响。研究结果表明:上反射镜式光电系统稳定复合轴平台实现了对一级平台稳定误差的补偿,系统带宽接近快速反射镜带宽,约为200 Hz,大幅度提升了系统稳定精度,但是系统对二级平台的安装误差相对比较高,其误差需要小于0.05 mrad。     

光电成像系统高精度稳像平台控制系统设计

针对光电稳像系统快速隔离扰动、稳定视轴的要求,设计了以挠性速率陀螺为核心的两轴陀螺稳定平台。结合某陀螺稳像平台设计过程,采用多环路从属控制结构,使位置环、速度环、电流环顺序依次投入运行,以快速的内环路有效抑制干扰,而主环路仍以窄带宽保证跟踪精度,达到了良好的控制性能,满足了高精度光电跟踪系统对陀螺稳定平台快速性和稳定性的要求。     

动载体光学图像视轴稳定技术

从传感器视轴稳定技术出发,以机载使用环境为例详细分析了引起视轴不稳定的各种振动源,对视轴稳定原理进行了深入探讨.通过分析传感器分辨率可以看出视轴稳定的作用,并提出三轴角度稳定系统是比较完善的.详细论述了视轴稳定方法,主要是被动稳定和主动稳定方法,并对这2种方法的原理进行全面分析.被动稳定系统主要是弹簧、阻尼系统,可以有效衰减高频振动.主动稳定系统主要是应用陀螺技术进行闭环稳定控制,用于消除低频运动和振动的影响.在实际应用中,常采用这2种方法的组合方法,可以实现秒级的视轴稳定精度.     

基于自适应鲁棒控制提升快速反射镜的抗扰能力

航空光电稳定平台广泛采用快速反射镜进行视轴稳定,航空环境中的各种扰动,尤其是振动会影响快速反射镜的稳定性能。针对传统的抗扰方法[如比例-积分-微分控制器(PID)、干扰观测器(DOB)等]抑制扰动效果不明显的问题,提出一种基于自适应鲁棒控制(ARC)方法的快速反射镜抗扰策略。实验测试发现,引入ARC以后,快速反射镜在振动环境中的稳态均方根误差值相比于PID降低约80%,相比于DOB降低约60%,表明ARC对于提升快速反射镜的抗扰能力和稳定性能具有显著效果,具有较大的工程应用价值。     

光电平台惯性稳定系统的自适应动态摩擦补偿

机载光电平台能够实时获取侦察测量信息,通过设计惯性稳定系统隔离载体运动以减小光学传感器视轴的抖动。对于采用整体稳定方式的光电平台,环架轴系间的摩擦是影响视轴稳定精度的主要扰动因素。考虑摩擦力矩由LuGre动态摩擦模型描述,针对动态摩擦参数和系统负载特性未知的情况,为惯性稳定回路设计了一种模型参考自适应摩擦补偿控制器。通过类李雅普诺夫分析证明了闭环系统跟踪误差的渐近收敛性。仿真结果显示,相比采用传统的比例积分惯性稳定控制器,光电平台系统的稳定精度得到显著提升。     

基于坐标变换的视轴稳瞄算法

介绍了车载稳瞄系统的结构组成与工作原理,对如何消除惯性导航设备和转台之间的安装误差进行了分析,针对两轴伺服转台提出了基于坐标正变换和逆变换的2种视轴稳瞄算法,并给出了对应的控制方案,通过实际系统的成功应用验证了算法的准确性.     

舰载光电跟踪系统红外自动捕获技术

针对舰载光电跟踪系统动基座跟踪和复杂海面背景的实际特点,提出了一种基于数学稳像平台的视轴稳定技术.利用捷联式惯性导航系统和控制单杆的在线干预,在红外捕获跟踪器无脱靶量输出时,即可实现视轴动态瞄准的角度无静差控制.通过基于先验知识的目标捕获区域规划的方法避免了工作时复杂海面背景干扰带来的误捕获,提高了动基座条件下的目标自...     

光纤陀螺惯性平台数字稳定回路设计

为了延长某型导弹训练惯性平台的使用寿命,提出了组建光纤陀螺惯性平台稳定系统的设计方案.该新型惯性平台系统在原有平台机械结构的基础上,采用干涉式光纤陀螺代替原有的气浮单自由度陀螺仪作为惯性平台的敏感元件.重新建立了平台系统稳定回路的数学模型,并运用经典博德图方法设计了系统的校正网络,给出了基于DSP的数字校正网络的实现方法.Simulink仿真结果表明,该数字稳定回路具有较好的动态性能和稳态性能,能够满足系统的设计要求.经初步实验验证,该光纤陀螺惯性平台系统已实现功能要求.目前该方案已应用于某型导弹的平台改造研制中.     

半捷联稳定在工程应用中的关键技术

由于半捷联稳定技术在具体工程实施中,受到系统带宽有限、弹体及光机结构刚度不足、存在各种机械/电气干扰等多种因素的影响,难以实现较高的视轴稳定精度,提出了一种半捷联视轴稳定的数学模型,并深入探讨了工程实施中的难点及其克服途径,特别是对α-β滤波器的使用及其延迟补偿进行了分析,仿真结果显示,在加入滤波器和补偿环节后,系统的稳定精度提高了76%左右。最后,在原型样机上进行了实验研究,试验结果表明:在典型弹体扰动条件下,半捷联稳定方式能够有效的隔离载体扰动,达到传统常平架式稳定平台的稳定精度,具有较强的工程实用性。