光电跟踪自抗扰控制技术研究

为了实现对快速运动目标高精度跟踪,对光电跟踪系统中的自抗扰控制技术进行了研究。根据速度闭环传递函数,利用三阶非线性扩张观测器估计系统状态变量,实现对不确定性因素的补偿,通过改变位置环被控对象传递函数提高系统的跟踪精度。对系统进行仿真与实验研究,分析自抗扰控制对光电跟踪系统动态和稳态性能的影响,与PI控制相对比,结果表明:对于高速运动目标,利用自抗扰控制技术可以将系统的跟踪精度提高7倍左右;对于低速运动目标,由于摩擦和系统噪声的影响,系统的跟踪精度仅提高了4倍左右。若在控制回路中引入相位超前环节,可以将系统的超调量降低40%,进一步改善了系统的动态性能,该技术的实现对于高精度跟踪控制的研究具有重要的应用价值。     

地面动态跟踪精度试验中的坐标系变换研究

为了简便有效地对光电产品进行检测,在地面模拟飞机实际飞行环境下进行地面运动目标跟踪精度试验,提出了将目标的GPS位置信息转换为产品坐标系下的坐标的变换方法,经过Matlab仿真计算,这种变换方法得到的目标基于产品的方位、俯仰角符合实际情况,适合计算跟踪精度。     

光电跟踪系统高速运动目标快速跟踪算法

为了解决光电跟踪系统中高速运动目标快速识别、准确定位的问题,在深入研究相关跟踪算法的基础上,提出了一种基于分块模板相关跟踪与自适应波门相结合的快速跟踪算法,该算法利用分块矩阵与大模板矩阵之间的关系,得出了在四分块的情况下,计算量为原来的1/4,搜索范围为原来的4倍,大大提高了计算速度和搜索范围,且具有原始相关算法的高的跟踪精度,可以实时快速的跟踪上高速运动目标。     

光电跟踪仪伺服系统的工程设计

介绍光电跟踪仪伺服系统的工程设计，在设计中采用计算机模糊滑模变结构和位置环、速度环和电流环三环控制技术，提高了系统的控制精度。     

光电系统跟踪精度工程可实现性判断方法

阐述了一种简化的、可以通过数学解析求解的判断方法,用于判断光电系统跟踪精度的工程可实现性。本文的判断方法是一种必要性判断,利用跟踪系统闭环带宽的可实现性来评估系统跟踪精度的可实现性,充分性还依赖于其他条件,如电机的选取等。本文以切向匀速直线运动(变角加速度运动)目标为例分析目标的运动特性；以直流有刷力矩电机速度环位置环双闭环系统为例、以经典控制理论为基础,简化模型以分析求解跟踪所需带宽；最后对未简化的模型进行仿真,以验证简化模型的计算精度。     

光电经纬仪的高精度电视自动跟踪

为了精密跟踪速度快、加速度大的被测目标,采用双闭环控制策略,及速度滞后补偿和加速度滞后补偿技术,设计了光电经纬仪电视自动跟踪系统。在跟踪以最大速度50(°)/s、最大加速度30(°)/s2运动的目标时,达到了最大跟踪误差小于80″的精度。并从原理、仿真及实验上证明了速度滞后补偿和加速度滞后补偿技术能够显著提高跟踪精度。     

车载光电系统跟踪精度的分析与提高

为提高车载光电系统作战性能,对系统跟踪精度的影响因素与误差源进行分析。进而根据误差的产生条件,对其进行分类与合成,推导出系统误差与随机误差的计算公式。并以某一光电系统为例分析计算,最后提出跟踪精度提高与补偿的方法。结果表明,该光电系统的方位系统误差为0.325 mrad,俯仰系统误差为0.283 mrad,随机误差为0.276 mrad,均小于0.5 mrad,满足技术指标要求。     

基于FPGA的高速图像跟踪系统设计与实现

常规视觉跟踪系统用于导弹末制导等高速运动中时,图像目标会因出现变形、模糊等现象而影响跟踪精度。针对以上问题,设计实现了基于FPGA的高速图像跟踪系统。该系统通过125fps（frames per second）的高速图像采集目标信息,利用FPGA的并行运算特点,将形心计算嵌入到动态阈值法中来实现高速图像的实时目标检测,并根据形心相对于视场中央的偏移量控制云台跟踪高速运动目标,最后对投影上的目标进行了跟踪仿真实验。结果表明,系统可以实时跟踪高速运动目标,云台的跟踪速度约可达到50．7度/秒,改善了低速图像跟踪系统对高速运动目标跟踪误差大、精度低等问题。     

采用多经纬仪的红外多目标实时跟踪系统设计

针对靶场测量中包含较多目标的跟踪且目标容易丢失问题,提出一种多经纬仪、大视场的协同跟踪系统。该系统拟以Xilinx公司的Virtex5系列FPGA与TI公司TMS320C6455型高速DSP为核心处理器,采用一片FPGA作图像拼接融合决策器控制两台经纬仪达到扩大视场的目的。依据主视场得到目标俯仰方位以及灰度等特征,由决策器控制分视场对丢失目标进行协同跟踪,并将两台经纬仪的图像进行拼接融合,达到大视场、多目标实时跟踪的目的。通过具体实验表明,该系.统适用于目标分散、目标涵盖区域较广的多目标跟踪问题,在分辨率640×512、镜头焦距220mm条件下,单个经纬仪可获得方位2°,俯仰2.5°的视场。本系统能达到的视场为方位3.6°,俯仰2.5°,跟踪效率高且能满足系统实时性的要求。     

基于光电经纬仪的高精度目标跟踪研究

光电经纬仪作为一种实时监测与自动跟踪的光电测量设备,主要作用是对飞行目标进行跟踪与捕获。随着飞行目标机动性与速度的提高,对光电经纬仪跟踪系统提出更高要求。因此对基于光电经纬仪的高精度目标跟踪进行研究,分析影响光电经纬仪跟踪精度的因素,针对上述原因提出基于光电经纬仪的高精度目标跟踪系统设计,帮助光电经纬仪的目标跟踪精度有效提高。     

运动目标视觉跟踪测量系统与场地坐标系的快速统一方法

车载移动式视觉跟踪与测量系统在实际应用中, 快速便捷地进行视觉系统与场地坐标系的全局统一是关键技术。结合视觉系统与现场特点, 阐述了系统标定原理, 给出了视觉跟踪与测量系统相对于场地坐标系转换数学模型。该方法的基本思路是转台视轴分别指向场地坐标系内的两个控制点, 根据两点对应的俯仰角、方位角及距离确定两坐标系的转换关系。仿真分析和实验结果表明: 角度和距离精度分别达到0.03和0.52%。该方法便捷、高效, 对移动式视觉测量系统坐标系快速统一有实用价值。     

目标速度预测在光电跟踪控制系统中的应用

在光电跟踪设备的电视或红外自动跟踪系统中,引入目标的速度信息是提高跟踪精度的一种有效方法。为了得到目标的速度信息,设计了电视或红外脱靶量滞后时间的辨识方法以及目标速度预测的卡尔曼滤波方法,通过对电视或红外脱靶量信息同辨识出的脱靶量滞后时刻的仪器位置信息进行拟合,预测出被跟踪目标的速度信息,从而构成复合控制。仿真和实验结果表明,通过上述方法能够得出较为准确的目标速度信息,所构成的复合控制系统有效地提高了系统的跟踪精度。     

激光雷达坐标测量系统的测角误差分析

为了精确地设计激光雷达坐标测量系统仪器,在研究激光雷达坐标测量系统测量原理和结构的基础上,建立了引入两轴垂直度误差、反射镜倾斜误差和反射镜入射激光束倾斜误差这3项主要系统误差的测角误差模型。由理论分析可知,在距离10m处,这3项系统误差各自引入的单点坐标测量误差最大值分别为124.1m,447.9m和242.4m。结果表明,在激光雷达坐标测量系统设计中,为保证在大空间测量中仍有很高测量精度,必须严格控制两轴垂直度误差、反射镜倾斜误差和反射镜入射激光束倾斜误差,并根据建立的误差模型进行参量标定和误差补偿。     

激光跟踪绝对测长多边法三维坐标测量系统

现今随着大型工件制造、装配需求的增加,对此类产品的制造装配精度的需求也在不断地提高。高精度的测量和控制成为制约高端制造业发展的一个重要因素。对此文中研究了一种基于激光跟踪绝对测长多边法三维坐标测量系统,该系统由四台绝对距离测量激光跟踪仪和上位机构成,既充分利用了绝对激光干涉测距的精度优势和断光续接的能力,又避免了传统激光跟踪仪角度测量带来的误差。同时,为提高自标定算法的精度,提出并研究了一种依赖距离的残差模型。通过实验表明,该系统实现了在20 m大范围空间内小于20 m的测量误差,测量不确定度为12.3 m。较之单台绝对激光跟踪仪系统的精度有很大的提升,实现了在工业现场在线、高效、精密的三维坐标测量。     

基于鱼群算法的机载光电平台误差分配方法

由于传统误差分配方法效率低,依赖经验反复试凑,难以满足高精度分配的需要。根据机载光电平台目标测量的特点,构建了由大地地理坐标系到光电平台成像系统坐标系的目标测量数学模型,讨论了转换过程中影响精度的主要因素,确定了待分配的目标测量主要误差源,建立了基于蒙特卡罗统计方法的目标测量误差模型。通过将考虑方向性的目标测量误差分配问题转化为无约束的优化问题,运用鱼群算法对满足测量误差总要求的误差源分配方案进行寻优。计算结果表明,本文提出的误差分配方法有效可行,对机载光电平台误差分配具有一定的参考价值。     

面向特大齿轮的激光跟踪测量精度提升方法

为实现特大齿轮激光跟踪测量精度的提升,采用激光跟踪仪与柔性关节坐标测量臂相结合的测量方式,建立了基于激光跟踪多边测量方法的特大齿轮组合式测量网络。采用柔性关节坐标测量臂蛙跳技术确定激光跟踪仪全局坐标系与柔性关节坐标测量臂坐标系之间的坐标转换关系,实现不同站位下测量臂测量数据的空间配准。引入激光跟踪仪多边测量方法,摒弃其角度测量模块,建立激光跟踪多边测量位置参数标定模型,通过测量冗余数据并对其进行L-M优化迭代,以提高激光跟踪仪的全局控制精度。对建立的组合式测量网络进行仿真实验,分析对比测量数据,组合式测量网络的测量误差平均值为0.007 mm,误差标准差为0.004 mm,相同条件下,使用激光跟踪仪直接测量方法的测量误差平均值为0.044 mm。仿真实验分析表明,该方法显著提升了测量精度,满足了特大齿轮现场齿形测量的要求,具有较好的理论与工程应用价值。     

机载多通道SAR运动目标方位向速度和法向速度联合估计算法

对运动目标进行SAR成像时,参数估计是必不可少的。现有算法主要针对运动目标的径向速度和方位向速度进行估计,而对3维运动目标的法向速度无法估计。该文利用L型基线的机载多通道SAR系统,提出一种方位向速度和法向速度的联合估计算法。该算法在距离-多普勒域提取运动目标信号,并利用多幅SAR图像之间的相位差进行方位向速度和法向速度的联合估计。该算法不依赖图像配准,不需要解多普勒模糊,因此具有较高的估计精度和鲁棒性,有较强的实际意义和应用价值。     

三轴机载光电系统的模糊滑模鲁棒控制方法

为了克服机体振动和气流扰动对三轴机载光电系统对准精度的影响,提出了一种模糊滑模鲁棒控制方法。首先根据坐标转换关系建立了三轴机载光电系统的数学模型,然后引入模糊算法准确估计干扰大小,并设计了模糊滑模鲁棒控制律,最后给出了稳定性分析,能够确保三轴机载光电系统对目标方位的高精度跟踪。仿真结果表明:提出的方法与分数阶控制方法相比,表现出了更优的控制效果,可在300 ms内稳定跟踪指令信号,最大干扰估计误差仅为0.2 N·m,且具有更高的控制精度,对俯仰角、滚转角和航向角的最大跟踪误差分别仅为0.5°、0.7°和0.4°,大幅提高了三轴机载光电系统的对准精度。     

自适应时空正则的无人机目标跟踪算法

针对无人机跟踪场景中目标分辨率较低且易受无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)飞行姿态、速度变化等因素的影 响而难以对目标进行鲁棒跟踪的问题,提出了一种自适应时空正则的无人机目标跟踪算法以 有效解决上述问题。在时空正则相关滤波器(spatial temporal regularized correlation filter,STRCF)算法基础上引入AutoTrack中的空间正则性代价并利用峰值 旁瓣比和局部响应变化量,在线动态更新时空正则化参数以提升跟踪器的准确性,通过在跟踪 器中嵌入遮挡处理模块解决目标遭遮挡后跟踪漂移的问题。在多个无人机基准数据集上进行 了测试,实验结果表明,与基准算法AutoTrack相比,本文算法具有更高的精确度和更快的 处理速度。其中在DTB70数据集上跟踪精度和速度分别提升了1.5% 和74.4%;在UAVDT 数据集上9个属性的分类对比中,本文算法在尺度变化(scale variation,SV)、目标模糊(object blur,OB)等7个属 性上取得较高的性能,均排在第一位。由此可见本文算法可以更好地满足无人机应用需求。