并联型光电设备稳定平台稳定解算研究

并联型光电设备稳定平台是针对光电跟踪系统需要而设计的一种新型并联机构,具有两个相互独立的转动自由度。以并联稳定平台为研究对象,介绍了动载体下并联稳定平台的工作原理,进行了并联稳定平台的运动学分析。采用齐次坐标变换方法,推导了从大地坐标系到平台定坐标系的转移矩阵,建立了并联稳定平台的稳定解算模型,进行了并联稳定平台的数值仿真研究。结果表明：随着旋转角增大,并联稳定平台的姿态角偏差和方位角偏差越来越大;在实际控制系统中若不考虑旋转角作用,这将严重影响并联型光电设备稳定平台的稳定精度。该研究为并联型稳定平台控制系统设计提供了一定的理论依据。     

一种快速捕获目标的电视跟踪系统设计

兼顾电视跟踪器在实时性和稳定跟踪两方面的要求，设计了一种基于DSP的跟踪测量电视平台．系统主要利用模拟电视信号输出特点，在电视场周期内完成目标及背景图像数据的采集；利用FIFO作为图像数据缓冲器，设计DSP与其接口完成对数据的快速读取及目标位置计算．该系统经工程验证，能够快速捕获目标并实现目标稳定自动跟踪．     

高精度光电跟踪系统中伺服稳定控制算法研究

针对光电跟踪稳定平台系统中载机振动、系统参数摄动、摩擦力矩及外部扰动等因素直接影响光电跟踪系统稳定精度的问题,从伺服控制器控制角度出发抑制跟踪系统中的偏差,提高稳定精度,保证其在复杂环境下仍具有强鲁棒性。通过建立光电跟踪稳定平台系统的数学模型,分析干扰力矩、陀螺噪声及系统参数的变化对光电稳定平台的影响,设计了基于新型非线性扩张观测器（novel nonlinear extended state observer,NNESO）和滑模变结构控制（sliding mode varianle structure control,SMVSC）的复合控制策略。理论推导和仿真实验结果表明:此种复合控制策略具备对干扰力矩、外界扰动和系统结构参数摄动的完全适应性和强鲁棒性,对比无新型非线性扩张观测器的控制系统,证明其拥有更高的稳定精度和更快的动态响应,在补偿非线性方面具有良好的效果,可增强光电跟踪稳定平台的抗扰动能力。     

光学平台微角振动精密测量技术

对机动光学平台稳定性的特别关注是因为它是决定光束定向辐射效果的重要因素之一，平台微角振动测量是研究平台稳定性、进行减振控制必不可少的重要环：节。平台微角振动测量本质上是一种对空间动态角移的测量，所采用的光学手段是建立在以光的直线传播定律、反射定律和折射定律基础上的几何光学测量方法。该方法将探测光束作为振动信息载体，通过特殊结构的几何光路与精密位置传感器PSD有机结合来达到探测平台动态微角移的目的。     

一种双轴姿态稳定平台的设计与实现

机载姿态稳定平台可隔离载体角运动、精确跟踪当地水平面,因此在航空遥感领域中有着广泛的应用前景。通过以微惯性传感器作为主要测量元件,以步进电机作为执行机构,构建了一种双轴姿态稳定平台,进行姿态的闭环控制,克服了传统陀螺稳定平台造价昂贵、设计复杂的特点。试验测试结果表明,该平台可以实现对当地水平面的精确跟踪。     

基于DSP＋POS的机载稳定平台控制系统设计

为消除机栽姿态角扰动对航空遥感的影响,设计了由横滚和方位组成的两轴稳定平台,该平台通过减振器与载机固联隔离高频扰动,通过伺服控制系统隔离低频扰动,并实时跟踪当地水平面和飞行航线。系统以TMS320F2812为核心微处理器,对POS中MEMS陀螺和欧拉角进行采样,将其采样结果经超前一滞后控制算法输出PWM给直流伺服电机,对平台进行实时控制;针对光轴偏移的问题,提出控制模式切换法,即瞬态工作域采用单闭环速度环控制和稳态工作域采用双闭环位置,速度控制消除了光轴漂移现象。最后给出系统仿真及试飞试验结果,结果表明该平台具有良好的抗扰能力和较强的跟踪能力,满足系统的要求。     

基于前馈补偿的并联型光电设备稳定平台伺服控制

以并联稳定平台作为研究对象,介绍了并联型光电设备稳定平台的工作原理。根据交流伺服矢量控制原理,建立了并联稳定平台控制系统的数学模型。为提高系统的响应速度和跟踪特性,引入了基于速度和加速度补偿的前馈控制算法,并进行了并联稳定平台控制算法的仿真研究。结果表明前馈控制应用在并联稳定平台系统中可提高系统的响应速度,跟踪微分器和α-β-γ滤波补偿比位置差分具有更好的跟踪效果。     

两轴四框架光电稳定平台的稳定解算

光电稳定平台常采用两轴四框架的结构形式扩大稳定跟踪范围和提高跟踪精度,内外框架之间由于机械结构连接产生耦合,为建立稳定解算方程,分析两轴四框架光电稳定平台的工作原理,通过各框架转轴坐标旋转关系,利用转移矩阵,推导出稳定解算方程和甲板坐标系的角位移解算公式,在典型工程实际条件下,比较公式计算的理论值与直接利用测角量累加值...     

光电跟踪系统控制回路一体化设计方法

为提高搭载于运动平台之光电跟踪系统控制回路的设计效率,以运动平台角扰动、目标运动特征以及系统跟踪误差指标为边界条件,基于系统建模和参数辨识,提出一种控制回路一体化设计方法,给出各环路控制器的解析表达及一组经验公式,并以某半实物仿真系统进行验证。在等效正弦125sin(0.4t) (mrad)角扰动环境下,对正弦输入200sin(t)/3 （mrad）的跟踪误差峰值不大于0.5 mrad,满足均方误差小于0.5 mrad的指标要求,表明该控制回路一体化设计方法的有效性。     

舰载光电经纬仪预测跟踪技术研究

研究了舰载光电跟踪设备的稳定跟踪技术,提出了一种基于机动平台预测跟踪方案.利用坐标转换将前几帧合成角数据转换到大地坐标系,并利用合成角轨迹预测当前帧合成角数据,然后将预测结果转换到甲板坐标系,实现了机动平台的稳定跟踪;给出了该预测结果与在甲板坐标系直接预测结果的比对,证明该预测技术更为精确,有利于实现机动平台的稳定跟踪.     

车载光电稳定跟踪平台自抗扰伺服系统设计

为了提高光电稳定跟踪平台伺服性能,针对车载光电稳定平台的扰动特点,依据自抗扰控制算法的分离特性,提出一种含有积分补偿项的自抗扰控制伺服系统,系统对指令信号安排过渡过程,即采用最速控制方案。实际摇摆测试结果表明:设计的自抗扰控制伺服系统既保证了车载光电稳定平台稳定误差为0.129 mil（1）,又提高了平台的自动跟踪性能,是一种可应用在稳定跟踪平台系统中的理想控制器。     

一种用于舰载无人机通信的天线伺服系统设计

为克服舰载设备使用稳定平台的可靠性问题,提出并设计了一种脱离稳定平台用于舰载无人机通信的天线伺服系统。该天线伺服系统用于舰艇对舰载无人机的实时跟踪,具有自动跟踪和手动跟踪两种工作模式,并且结构简单、工作稳定、响应速度快。从系统设计原理出发,阐述了系统的机电作动机构、角度跟踪算法、系统硬件电路设计以及伺服电机控制策略。实验表明,该伺服系统能够实时对舰载无人机进行精确跟踪,从而保障舰艇与无人机的有效通信。     

Mean-shift跟踪算法及其在光电跟踪系统中的应用

针对光电跟踪系统中实时提取运动目标脱靶量的应用需求,设计了一种基于灰度直方图的Mean-shift 图像跟踪算法,对算法中目标模型与候选模型的建立进行了改进,抑制了背景像素对目标跟踪产生的影响。算法在系统上位机Visual C+ + 6.0平台上实现,当光电跟踪系统捕获到运动目标后,利用Mean-shift图像跟踪算法跟踪运动目标,并实时将运动目标脱靶量作为伺服控制系统的输入信号,驱动跟踪器跟踪目标。实验结果表明：设计的算法可以实时、准确、有效地跟踪运动目标,使稳定后的脱靶量换算得到的角偏差量控制在30"之内。     

空间光通信ATP系统设计中的基本概念及关键参数探讨

空间光捕获、跟踪、对准(ATP)技术的采用是为了保证空间光通信系统建立可取通信链路，它是实现空间光通信需要首先突破和解决的关键技术。空间光通信ATP子系统中的瞄准误差等关键参数直接影响系统总体性能以及对总体设计指标的确定，在一定程度上还决定了空间光通信系统的重量、体积以及系统制作的复杂程度。因此，开展对ATP技术的研究对实现空间光通信有着重要的现实意义。简单介绍ATP系统的典型结构，分析ATP系统瞄准误差的产生、计算以及ATP跟瞄精度对系统整体设计的影响，同时给出对ATP系统的部分仿真结果。     

空间激光通信系统动态跟瞄参数测试方法研究

跟瞄精度是空间激光通信系统捕获、跟踪和瞄准(acquisition,tracking and pointing, ATP)分系统的重要指标参数之一,其准确测量是评估空间激光通信系统远距离通信性能的关键。介绍了空间激光通信系统ATP分系统跟瞄精度的测试方法,设计了一种基于平行光管法的空间激光通信系统动态瞄参数测量装置,分析和讨论了影响动态跟瞄精度测量不确定度的因素。试验表明,该测量装置在100 Hz振动频率条件下,ATP分系统稳定精度测量不确定度达到1.9 μrad(k=2),可用于空间激光通信系统ATP分系统跟瞄参数检测以及远距离激光通信性能评估。     

线加速度计辅助高精度稳定跟踪

 介绍了在运动基座条件下捕获、跟踪和瞄准系统的复合轴惯性视轴稳定方案及实验室演示验证实验。使用动力调谐速率陀螺测量惯性角速率稳定转台，实现大动态范围的粗稳定，使用线加速度计测量惯性姿态角稳定视轴基准，实现小动态范围的精稳定。使用视轴基准稳定误差与视轴基准平台相对其基座的转角合成粗稳定位置误差的方式，实现粗稳定和精稳定的级联。实验结果表明，复合轴稳定方案可以实现(″)级稳定精度。     

空间激光通信移动平台的自抗扰视轴稳定控制

分析空间激光通信移动平台角运动和框架偏转之间的速度耦合关系,给出克服移动平台角运动的视轴稳定方法,针对视轴稳定系统中存在的非线性、多干扰问题,应用自抗扰控制法对三轴视轴稳定系统进行分散独立控制,采用模糊理论对自抗扰控制器的相关参量进行自整定.仿真和模拟实验表明:在1Hz条件下,相对于参量辨识控制法,模糊自抗扰控制法的抗扰动隔离度提高了7.4dB;在模拟扫频实验条件下,将1~2Hz与2~4Hz的扰动实验区间进行比较,模糊自抗扰控制法的抗扰动隔离度下降仅2.2dB.模糊自抗扰控制具有较好的快速响应性、较小的超调和频率适应性,能够满足系统稳态准确度的要求,并能克服平台角运动耦合、不确定性扰动问题.     

机载光电系统稳定精度测试方法研究

提出了一种实时高频角位移测量的新方案，采用该方案可对机载光电系统动态稳定精度进行测试。该方案采用激光自准直测量，以及高精度、高响应频率PSD探测器传感稳定平台的角位移，有效解决了频率达500Hz角振动状态下的稳定精度测量。与传统的脱靶量测试方法相比，精度提高了几个数量级，优于10μrad。该方法可用于机载高精度稳定平台稳定精度的实时测量。     

光电跟踪仪光轴平行性要求分析和误差分配

光电跟踪仪光轴平行性要求与跟踪瞄准精度、激光测距传感器照射激光光束发散角、激光回波接收系统探测视场有关，尤其是对于小目标，还与激光测距作用距离和探测概率有关。从光电跟踪仪激光测距原理和指标要求出发，分析照射光束能量分布特点，考虑温度、振动等环境因素和变调焦引起的光轴稳定性误差，提出了光电跟踪仪光轴平行性要求的计算方法。同时根据工程实践考虑光电传感器原位更换和现场标校的维修性，建立了光轴平行性误差分配模型，讨论了各随机误差项、各标校残余误差项的一般控制要求和估计方法，为光电跟踪仪设计分析、制造工艺、维修性改进提供参考。     

机载光电跟踪系统的电子稳像算法研究

为了解决机载光电跟踪系统高准确度陀螺平台成本高、难度大的问题，在深入分析视轴晃动与图像关系的基础上，利用机载平台的特点，确定了图像运动矢量的关系，忽略了次要因素，进一步简化了运算，提高了算法的准确度．将此算法应用于某歼击机的图像进行稳定试验，结果表明：该算法具有快速、稳定等优点，能够实现实时准确地稳定歼击机图像序列．