一种陀螺稳定平台瞄准线漂移的惯性补偿方法

针对陀螺稳定平台系统中地球自转引起的瞄准线漂移问题，提出一种基于惯性姿态信息的瞄准线漂移补偿方法。该方法根据惯导系统解算得出的平台地理坐标和姿态信息计算出地球自转角速率在光电稳定平台坐标系上的投影，稳瞄控制单元利用该投影信息自动补偿平台上的速度反馈数据，消除由地球自转造成的瞄准线漂移。试验结果显示，使用该补偿方法后的方位漂移及俯仰漂移分别是1.69 mrad/h和1.84 mrad/h，远小于不加该补偿方法时的方位漂移6.89 mrad/h及俯仰漂移7.32 mrad/h，证明该方法可有效补偿瞄准线漂移。     

两轴四环架稳定系统抗扰性能分析

两轴四环架稳定是一种高精度的陀螺稳定方案,广泛应用于机载光电侦察吊舱等侦察监视设备中.分析了两轴四环架稳定平台的主要扰动源及其对系统的影响,根据多框架光电稳定平台的结构推导出各框架的运动学耦合方程,并且分析了该光电稳定平台在抗扰性能方面的主要优点.对两轴四环架系统控制模型的仿真计算表明两轴四环架稳定系统的稳定精度为0.04mrad.     

车辆寻北车长镜的设计与实现

 描述了一种车辆寻北车长镜的设计,采用2个光纤陀螺和2个加速度计,解决了惯性测量组件力学编排结构设计与寻北、瞄准线稳定共享陀螺信息的问题,设计系统控制流程和组合算法,在保障车长镜瞄准线稳定精度的同时,增加了车体方位平台非调平状态下任意位置的寻北功能,寻北方法是：车长镜方位固定四位置转动,每个位置点停止、延迟、数据采样、存储,四位置转动完毕后,对存储数据组合、滤波、解算,输出寻北结果。对方案设计、实现途径和解算推导方法作了详细论述,性能测试验证设计实现达到预期效果。     

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...     

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。     

大俯仰角度的两轴两框架平台稳定技术

为了解决大俯仰角度方位平台稳定性能降低的问题,利用两轴两框架稳定平台稳定原理,分析在传统方位陀螺安装方式下,大俯仰角度时方位平台稳定性能降低的原因以及正割补偿带来的噪声等问题,提出在方位平台上安装2个正交的方位、横滚陀螺,解算出瞄准线方位惯性角速度,从而实现大俯仰角度下的方位稳定控制方法。仿真实验验证了该方法可以提升大俯仰角度下两轴两框架平台的方位稳定控制性能,减小陀螺噪声对控制性能的影响,在同等条件下,方位稳定误差峰峰值由450 urad减小为250 urad。     

一种线性速度估计器在光电跟踪系统伺服控制中的应用

高性能的伺服控制除了需要高质量的控制器,还需要高质量的反馈信息。对于光电跟踪系统,通过位置和电流传感器可以提供位置和电流信息,而速度信息则需要通过处理测量信息得到。传统的差分方法会放大位置信息中的量化噪声,从而降低光电跟踪系统的精度。介绍了全维状态观测器及其基本原理,结合伺服控制系统电机模型架构,设计了一种线性速度估计器,并讨论了其参数选择问题。采用抗积分饱和PI控制器和积分分离PI控制器作为三环控制回路的控制器,在某型号光电跟踪系统对该算法进行了实验。实验结果证明,采用该算法的伺服控制系统基本无超调,上升时间0．43s,稳定时间0．65s,跟踪精度为1．78″,完全满足实际工程要求。     

机载光电稳瞄系统实时被动测距方法研究

针对现有直升机机载光电稳瞄系统高精度角度测量和角速率测量的特点,提出一种利用测量目标相对角度和角度变化率等参数实现目标实时被动测距的方法。建立了机载稳瞄平台对地面固定目标定位的数学模型,提出利用系统旋转变压器测量目标角度,利用惯性速率陀螺测量目标角度变化率。该方法使得目标角度变化率的测量精度(优于0.1 mrad/s)比一般光学方法提高了一个数量级。利用扩展卡耳曼滤波(EKF)算法提高目标距离估算精度,保证测量结果的稳定性。理论仿真和外场验证实验结果表明,该方法可以实时估算目标相对载机的距离,适合于武装直升机快速实时目标定位。     

惯导辅助单历元解算模糊度测姿方法

GNSS与INS在测姿方面的组合理论上可以提升精度，但实际中有时会由于GNSS模糊度固定率低、固定出错、易受干扰等原因导致其精度相对INS过低，以至于组合精度不佳。针对以上问题，提出一种用惯导辅助解算模糊度的方法（IAACM），利用惯导信息辅助解算模糊度浮点解，在固定模糊度后得出更精准稳定的GNSS载体姿态，该姿态可与INS姿态再次组合有效提升测姿精度。该方法在解算模糊度层面引入了惯导信息，具有不受卫星数量限制，单历元固定模糊度，误差稳定等优势。利用高精度GNSS接收机与光纤惯导组合搭建试验平台，在城市道路环境中进行跑车测试，验证模糊度固定情况及测姿精度。试验表明，该方法可提供更精准的模糊度浮点解，并可单历元固定模糊度，有效提升模糊度固定率，使测姿精度大幅提高。     

最优控制在车载惯性平台稳定回路中的应用

在分析车载惯性平台数学模型的基础上,针对平台的扰动特性，提出了稳定伺服回路的一种改进型线性二次高斯 (LQG) 控制方法。该方法在反馈中加入了积分项，可以消除稳态偏差，并且依据滤波器收敛性的判据，分别利用Sage Husa自适应滤波算法和强跟踪Kalman滤波器进行状态估计,既保证了估计精度，又具有跟踪突变状态的能力。仿真和实验表明：该方法在一定程度上降低了对系统模型误差和噪声统计特性误差的要求。     

On the role of shot noise in carrier‐envelope phase stabilization

This paper represents a systematic investigation of detection shot noise in carrier‐envelope phase (CEP) stabilization. Numerical simulations are conducted to calculate the influence of shot noise in laser oscillators. These results are compared with experimental results for Ti:sapphire lasers. It is found that shot noise imposes a limitation for obtaining sub‐100 mrad CEP jitters. Careful interferometer design is necessary to push this limit toward 10 mrad. In contrast to oscillator stabilization, shot noise appears to play a much more restrictive role in amplifier stabilization. Using spectral interferometry together with spectral broadening in sapphire, it already appears practically challenging to reach sub‐100 mrad jitters. Adaption of the optical nonlinearity in the broadening step appears key to further improvements of the CEP jitter of amplified systems. We believe that these improvements open a perspective for currently unfeasible applications of CEP stabilized pulses. Moreover, our considerations can be easily adapted to CEP stabilization of other laser types beyond Ti:sapphire.     

移动特征靶标的摄像机径向畸变标定

针对成像测量系统中镜头径向畸变影响测量精度的问题,提出了一种基于物面移动同心圆特征靶标的径向畸变标定方法。该方法先将固定在二维精密平台上的同心圆靶标置于垂直物面的特定位置,然后采集靶标图像,同时用最小二乘法以拟合得到的圆直径为条件,按一定方式移动特征靶标,直到拟合值达到极值或者在一定误差范围内。记录该幅图像,则其拟合得到的圆心坐标便是畸变中心,同时利用该幅图像,根据等差值半径和摄像机成像模型的半径的成像关系求出其畸变多项式系数。为提高特征靶标的移动效率,提出了坐标轮换最优化移动的方案。实验结果表明,该方法对畸变中心的标定精度可达0.6pixel,畸变多项式系数有效数字重复误差小于0.02,并可实现两者的一靶标定,且利用该法获得的参数能实现对畸变图像的准确校正。     

基于船姿测量的舰载光电经纬仪视轴稳定方法研究

利用船姿测量仪和光学编码器测出视轴稳定初始时刻的纵横摇角度和经纬仪方位俯仰角度,通过坐标变换技术将稳定点从甲板坐标系转换到大地坐标系中.实时测量由舰船摇摆引起的纵横摇角度变化量和编码器角度变化量,计算出视轴稳定点在大地坐标系中的偏离误差.利用伺服控制系统有效地补偿该误差,由此达到舰载光电经纬仪视轴稳定的目的.实际舰载跟踪试验证明了本文设计的视轴稳定系统准确度高,能够较好地隔离船摇对经纬仪视轴稳定的影响.     

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。     

基于天顶观测的光学系统精确标定方法

针对光学系统在实际应用中与载体坐标系协调的问题,将光学系统基准面放置于站心地平坐标系水平面上并摄取星图,对星图处理获取星像坐标,应用天体自动辨识技术和恒星视位置计算技术得到对应天体的赤道坐标,以天顶点为原点建立天球切平面基准坐标系,把星体赤道坐标转化为所对应的基准坐标,利用天顶点切平面与站心地平坐标系的对应关系,将天体基准坐标转换为站心像平面坐标,建立星体站心像平面坐标与星图像平面坐标的标定方程,解算光学系统综合标定参数。实验结果表明:标定精度达到角秒量级,实现光学系统像平面坐标系到载体坐标系的高精度转换。     

Study on fast linear scanning for a new laser scanner

In the field of lidar system design, there is a need for laser scanners that offer fast linear scanning, are small size and have small a rotational inertia moment. Currently, laser scanners do not meet the above needs. A new laser scanner based on two amplified piezoelectric actuators is designed in this paper. The laser scanner has small size, high mechanical resonance frequencies and a small rotational inertia moment. The size of the mirror is 20 mm×15 mm. To achieve fast linear scanning performance, an open-loop controller is designed to compensate the hysteresis behavior and to restrain oscillations that are caused by the mechanical resonances of the scanner's mechanical structure. By comparing measured scanning waveforms, nonlinearities and scan line images between the uncontrolled and controlled scanner, it was found that the scanning linearity of linear scanning was improved The open-loop controlled laser scanner realizes linear scanning at 250 Hz with optical scan angle of ±12 mrad.     

基于xPC的光电平台系统半实物实时仿真

为了便捷高效地设计和调试光电平台系统的稳定、跟踪控制算法,基于Matlab的xPC Target环境设计开发了半实物实时仿真系统。阐述了系统的总体设计方案,给出了系统软、硬件实现方法。通过半实物仿真,完成了平台的模型结构参数辨识,设计并测试了比例积分控制器、校正控制器和综合控制器。对半实物仿真系统进行摇摆实验以评估所设计的控制系统的视轴稳定精度。实验结果显示,校正控制器因其在低频段具有更高的增益从而使系统获得了最高的稳定精度,通过实验结果可有效地选择出扰动抑制特性最优的控制器设计。     

机载光电平台目标定位与误差分析

根据机载光电平台的特点,建立了6个坐标系统,进行了8次线性变换,构建了从光电平台成像系统像面坐标系到大地地理坐标系的目标定位数学模型。计算了目标在大地地理坐标系的经纬度和高程坐标,分析了各种测量参数对目标定位精度的影响。通过建立误差模型和仿真数据进行目标定位实验,采用蒙特卡罗方法统计目标定位误差。实验结果表明,载机经纬度误差、载机姿态角度误差及光电平台指向角度误差是影响目标定位精度的主要因素,其中载机经纬度误差直接传递到目标定位误差,载机姿态角度误差和光电平台指向角度误差大体上以10-4～10-2比例作用到目标定位误差。本文方法有效可行,对机载光电平台目标定位具有实用价值。