基于车载平台的快反镜光轴稳定技术

为了满足车载平台光轴稳定的应用需求,采用压电陶瓷作为驱动器对快反镜进行了结构设计,将其作为仿真模型对快反镜进行了模态分析和力学仿真,并对结构进行了优化设计。采用高帧频相机探测的质心位置作为反馈信号,利用现在可编程门阵列进行高速图像处理,研制出适用于车载平台的光轴稳定快反镜。对快反镜的性能参量进行了全面测试,并参与了集成联调试验。结果表明,该快反镜的分辨率约0.4μrad,闭环带宽大于100Hz;三级公路上,汽车以40km/h行驶过程中,在无人值守模式下,由总控对快反镜进行控制,与开环相比,闭环后光轴x轴抖动均方根减小3.6倍,y轴减小2.1倍,20Hz以内的光轴抖动抑制效果明显,取得了较好的试验效果。该系统具有高带宽、高精度及高稳定性的特征,对车载平台的光轴稳定起着重要作用。     

无线光电自动跟踪平台研究

为了实现运动载体上光电跟踪设备的光轴稳定以保持对机动目标的精确瞄准跟踪,光电自动稳定跟踪平台采用直流力矩伺服电机直接驱动,以光纤陀螺仪作为惯性速率敏感元件构成光轴稳定内回路,以光电编码器作为位置反馈和目标偏差检测反馈元件组成外回路,采用高速DSP运动控制模块为核心建立具有开放式结构、标准模块化的多功能转台串级伺服控制系...     

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。     

音圈电机快速控制反射镜研究现状

快反镜通过精确控制反射镜偏转方向从而精确控制光束偏转角度,由于其具有响应速度快、工作带宽高、指向精度高等优点,被广泛应用于激光武器、精密跟踪、自由空间光通信等领域,实现精密跟踪、稳瞄、稳像、扫描和像移补偿等功能。介绍了国内外公司和研究机构研制的音圈电机快反镜的现状,分析了音圈电机快反镜的组成,对反射镜、驱动器、转角测量模块、柔性支撑等组件的方案选型进行了讨论。介绍了所研制的音圈电机快反镜的性能。最后,讨论了音圈电机快反镜大口径、高工作带宽、大转角范围和高指向精度的未来发展方向。     

水平式激光发射系统光轴平行度误差分析

对于激光发射系统,激光轴与电视光轴的平行度是保证其指向精度的关键。相对于传统的光电经纬仪,该系统光轴平行度误差是一动态误差,变化规律较为复杂。为修正激光发射系统激光轴与电视光轴的平行度误差,建立了光轴平行度误差模型,由此掌握该系统光轴平行度误差的变化规律。在总结了影响光轴平行度的主要系统误差源的基础上,分析各项误差对光轴平行度的影响,利用矢量旋转与坐标变换,建立了激光轴经折返镜后在空间坐标系内的指向模型,由此得到两光轴平行度误差模型,通过电视跟踪系统测量两光轴平行度误差值,并采用最小二乘法拟合得到误差模型中各待定系数。实验结果表明:拟合后的光轴平行度达到2.6″,模型能够基本描述两光轴平行度误差的变化规律。     

基于车载的目标探测平台技术研究

针在复杂环境下对目标进行自动搜索、探测、分类、识别和自动跟踪是一个具有挑战性的世界难题。结合正在研制的特种车辆目标搜索系统,该文对车载目标探测的关键技术进行了分析和研究,提出了一种复合的目标检测和识别方法,并工程实现了基于微型动调陀螺的平台稳瞄系统。该系统有机集成了多视场电荷耦合元件(CCD)摄像头、红外探测器和毫米波探测器,可在车辆机动状态下对视距内的动、静目标进行有效探测。平台稳定精度和跟踪精度测试结果表明,系统稳定精度高,低速性能好,工作可靠,为车辆运动时平台上的各探测器提供了隔离度高的稳定环境,可满足未来高机动条件下的战争需求。     

模型参考算法在快速反射镜中的应用

快反镜是光电跟踪系统中精跟踪系统的核心部件。精密光电跟踪系统要求快反镜闭环控制系统既具有高的扰动抑制能力又具有快的响应速度和高的跟踪精度。运用理论建模方法得出了快反镜的四阶模型结构,通过实验建模方法建立了仿真中用到的快反镜的三阶模型。在拟定快反镜为三阶模型后,选择了响应速度很快,响应精度很高的三阶理想模型作为模型参考自适应控制算法中的参考模型。在快反镜之前叠加正弦信号模拟干扰,通过大量仿真研究,说明用这种自适应控制算法能有效地抑制干扰,使快反镜输出很好地跟随参考模型。由于参考模型响应速度很快,响应精度很高,所以基于该自适应控制算法的快反镜控制系统具有很快的响应速度与很高的响应精度。     

运动平移台静态指向误差建模、测试与修正

针对运动平移台检测中方位/俯仰轴旋转过程引起的负载光轴偏移量指标超差的问题,在全面分析其误差源基础上提出了一种误差测试与补偿方案,基于多体系统理论建立了平移台负载的光轴指向偏差修正模型,设计了指向偏差测试实验,采用实测数据辨识得到了修正模型中的未知参数。经过补偿后仿真与实测验证:俯仰平台旋转引起的光轴方位指向偏移量由176.1″减小到1″,方位平台旋转引起的光轴俯仰方向指向精度由18″提高至9″,满足了工程使用要求。该误差测试与修正方法已成功应用于装备的实际检测。     

1m太阳望远镜光轴变化检测与改正

针对1m太阳望远镜主光学系统光轴与其光电导行系统光轴在望远镜跟踪过程中的相对变化对光电导行跟踪精度的影响,从望远镜的光机电系统结构出发,分析了光电导行闭环跟踪时光轴变化引入的跟踪误差变化规律,提出了光轴变化的检测方法。经过实测表明,光轴的最大相对变化是46″,且变化只与望远镜指向的高度角有关,与望远镜指向的方位角无关,结构重力变形是引起光轴变化的主要因素。在光电导行系统中引入光轴变化的软件修正模型来改善光轴变化引起的光电导行闭环长期跟踪误差。     

大尺寸空间角测量系统光轴指向不确定度评定

由于被测对象相距较远,高精度的公共测量基准难以建立,因此大尺寸空间角测量的难度较大。为了解决大尺寸条件下空间角的现场测量问题,提出一种基于惯性基准的大尺寸空间角测量方法。首先,阐述了大尺寸空间角的测量原理并且设计了测量系统。然后,对测量系统中基于二维振镜的光轴指向不确定度进行了研究,重点分析了各类误差对光轴指向不确定度的影响。最后,利用蒙特卡洛仿真对各项误差所引起的光轴指向不确定度进行评定,为光轴跟踪装置的误差分配及其指向精度的现场评估等工作奠定了基础。     

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。     

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。     

新型快速反射镜伺服系统设计

为了满足光电跟踪系统高精度跟踪的要求,针对一种新型内外框架式快速反射镜进行了详细的伺服系统设计。首先,对新型快速反射镜进行了数学建模,采用速度环与位置环相结合的双闭环控制方法,对位置校正环节和速度校正环节进行了参数设计。其次,以DSP 为实现平台,详细阐述了快速反射镜伺服系统的硬件组成。再次,对快速反射镜伺服系统的工作模式和软件工作流程进行了详细说明。最后,为了验证快速反射镜伺服系统的性能,进行了锁零实验和跟踪实验。实验结果表明:快速反射镜锁零时响应快速且稳态误差小于0.3,跟踪时跟踪误差均方根小于7。新型快速反射镜伺服系统能够满足光电跟踪系统对快速反射镜的快速性和高精度要求。     

空间光通信复合轴APT系统

为克服单轴伺服系统的固有频率和带宽限制,设计了一个双轴复合APT系统.建立了快速反射镜、相机、D/A数据采集卡和速度伺服单元的传递函数,得到了该系统的传递函数的理论模型.结合MATLAB仿真,分析了动态滞后误差、平台振动误差、光斑质心检测误差、机械力矩干扰误差对APT系统精度的影响.采用现代综合算法,对快速反射镜APT...     

柔性支撑快速反射镜伺服机构的参数辨识

首先提出了基于柔性支撑的双轴快速反射镜存在的问题;简要介绍了一种基于柔性支撑的双轴快速反射镜系统伺服机构的结构形式,给出了伺服机构的脉冲传递函数;讨论了基于相关-辅助变量递推最小二乘法的多输入多输出系统参数辨识原理与辨识方法,在此基础上提出了基于柔性支撑的双轴快速反射镜系统伺服机构的参数辨识算法,并对该方法进行了数值仿真;设计伺服机构参数辨识实验验证算法的可行性,并将实验结果与仿真结果进行对比。结果表明基于相关-辅助变量递推最小二乘法的多输入多输出系统参数辨识算法有效,辨识精度在预期的范围内,可以为快速反射镜系统的自适应控制提供数据支撑。     

基于PI逆模型的快速微摆反射镜的开环控制

由压电陶瓷驱动器构成的快速微摆反射镜平台存在迟滞特性,影响了对快速微摆反射镜的控制。为了能够有效的对快速微摆反射镜进行控制,采用基于PI逆模型的开环控制方法。首先,采用PI模型对快速微摆反射镜平台的迟滞特性建立数学模型,通过最小二乘法辨识PI模型的参数;其次,基于PI模型的可逆性,求解PI逆模型参数;最后,验证基于PI逆模型的开环控制方法的有效性。根据轨迹跟踪实验得到的数据,在正弦波轨迹输入信号下的均方根误差为1.23%,最大误差为2.45%;在三角波轨迹输入信号下的均方根误差为1.3%,最大误差为2.37%。证明了基于PI逆模型的开环控制方法是可行的,能够有效地控制快速微摆反射镜。     

Research on Improving Directional Stability for Airborne Laser Designator

The major purpose of this paper is to reduce the laser directional deviation of laser designator on a moving platform.A new method of inhibiting the laser beam positional error caused by platform movement and vibration is proposed.In this method,quadrant detector(QD)and fast steering mirror are combined to measure the angle between laser designator axis and the line-of-sight of the target,then a control signal composed with the angle errors is generated to aim the axis of the laser designator at the target ...     

基于模型预测控制的大口径快摆镜随动系统

为了满足地基大口径望远镜精密稳像系统的需求,对大口径快摆镜(FSM)的控制方法进行了研究。为了解决三促动器FSM的运动解耦为系统辨识带来的困难,通过解析法和系统辨识法相结合建立了FSM的传递函数模型。依据该模型,设计了PID控制器与模型预测控制器(MPC),采用仿真和实验两种方式比较了两种控制器的效果。仿真结果表明,在受到阶跃扰动后,MPC控制器的恢复速度是PID控制器的45倍。在50 Hz正弦信号下,由于FSM的大惯量特点,PID控制器有严重的时滞,而MPC控制器能以1.224×10^-6″的误差稳定跟随。在噪声抑制方面,对实时加入10%幅值噪声的随机信号,MPC控制器的噪声抑制效果是PID控制器的13.3倍。实验结果表明,MPC控制器能以0.430″的误差稳定跟随50 Hz正弦信号,其跟踪精度是PID控制器的3.212倍,采用MPC控制器的快摆镜能满足快摆镜高带宽和高精度的需求。     

Fast Steering Mirror Control Using Embedded Self-Learning Fuzzy Controller for Free Space Optical Communication

Coarse and Fine tracking in free space laser communication is very crucial. This paper presents architecture for laser beam acquisition, tracking and pointing mechanism. The centroid of the received image beam is calculated and then error is computed using reference position. Embedded self-learning fuzzy controller (SLFC) is used to drive the fast steering mirror mechanism to point the laser beam on receiver detector. The SLFC is embedded in hardware using Arduino development board. The performance of the SLFC is compared with the standard PID control. It is shown that the proposed architecture successfully track the laser beam and the SLFC shows the robustness against model uncertainties and reject disturbances.     

一种机载光电测量设备过顶跟踪技术

针对传统跟踪方式存在过顶跟踪盲区问题,论述了一种基于三轴稳定平台的过顶跟踪技术,它融合运用地平式和双轴式两种跟踪方式,实现对过顶盲区的目标进行有效的跟踪。试验表明,该跟踪方法高效实用,跟踪精度可满足使用技术要求。