机载稳瞄控制系统模型及仿真分析

瞄准线高精度稳定是机载光电稳瞄系统的主要指标和关键技术。根据四框架稳瞄系统的工作原理，以手动跟踪模式为主要研究对象，建立了稳瞄伺服控制系统模型。考虑到直升机扰动特点，对线扰动、角速率扰动、摩擦力矩、弹性力矩等各种扰动因素也建立相应的数学模型，同时在各种扰动因素作用下利用Matlab对机载高精度稳瞄系统的手动跟踪控制模式进行了仿真设计分析和理论研究，设计出适合的控制器。此模型在实际系统中获得验证，对稳瞄伺服控制系统的设计具有参考意义。     

机载光电系统的地面多目标定位算法

传统的单目标地理定位方法无法适应现代战场态势实时多变、目标数量多的情况。为了提高目标定位效率,在单目标地理定位的基础上,给出一种适用于机载光电侦察系统的半主动多目标定位算法。通过建立初始东北天坐标系、飞机东北天坐标系、飞机机轴坐标系、光电稳瞄坐标系和多目标投影坐标系,同时结合目标相对方位、俯仰角度,得到了一系列欧拉角坐标转换公式,可以同时计算出多个地面目标的经纬度。计算机仿真结果表明:该算法能够对同一视场内的多个目标同时进行定位,即具有多目标定位功能。由于像素偏差增加了坐标转换累积误差,次目标定位精度略低于主目标定位精度。     

直升机载光电稳瞄系统可靠性研究与分析

 稳瞄系统可靠性对直升机载武器系统可靠性具有重要影响。通过对产品可靠性概念和军用光电系统可靠性、直升机载稳瞄系统的功能和组成单元的阐述,给出了舰载直升机光电稳瞄系统的可靠性框图和数学模型。研究了舰载直升机稳瞄系统的可靠性影响因素和系统故障模式,探讨了稳瞄系统结构、光学和电气可靠性,提出通过计算机仿真对稳瞄系统可靠性进行预计分析的方法。某舰载直升机稳瞄系统在96 h可靠性试验过程中出现故障2次,达到MTBF≤32 h的可能性指标要求。对系统可靠性提前进行预估并采取相应的设计措施,保证产品可靠性达到设计要求,提高设计质量,缩短研制周期。     

基于导航系统的光电吊舱补漂方法

稳定精度是光电吊舱稳瞄系统的重要指标,为了减少在稳瞄控制中陀螺漂移对稳定精度的影响,需对陀螺漂移进行补偿。提出一种基于导航系统的光电吊舱测漂和补漂方法,即在光电吊舱测漂阶段,通过机载导航系统的位置数据、姿态数据及吊舱轴角值计算地球自转在平台中的分量,测量出更加准确的陀螺漂移;在稳定控制回路中,通过导航系统分别补偿陀螺漂移及地球自转分量。该方法可将陀螺测漂过程中的地球自转分量和陀螺漂移有效分离,并在稳定控制回路中实时调整地球自转分量,从而提高稳瞄系统稳定精度。试验结果表明:通过对比10 min常规测漂和基于导航系统的测漂结果,稳定控制漂移累积误差中俯仰角由常规方法的1.80°减少到0.04°,航向角由0.77°减少到0.04°。     

机载光电成像平台的多目标自主定位系统研究

为同时对多个目标实施实时或准实时定位,建立了机载光电成像平台多目标自主定位系统,针对该系统提出一种基于像元视线向量的多目标自主定位模型。通过目标检测算法得到视场中各目标的像素坐标,根据单面阵电荷耦合器件(CCD)传感器的成像原理,构造各目标的视线向量并计算其与图像中心主目标的像元视线角,结合已测得的主目标相对光电平台的方位角、高低角和距离,计算出各目标与机载光电平台的角度与距离关系,应用全球定位系统(GPS)、航姿测量技术获取载机的位置姿态信息,通过齐次坐标变换方法计算出单幅图像中多个目标的大地坐标。针对镜头畸变引起的定位误差,提出基于畸变率的方法进行畸变修正。在1100 m高空对地面目标定位时,多目标定位的圆概率误差(CEP)约为28.74 m,大地高定位误差约为18 m,能同时对50个目标进行实时地理定位。当镜头畸变率为2%时,畸变修正后圆概率误差减小了7%。该多目标自主定位方法具有效率高,便于工程应用的优点。     

一种采用干涉仪测量光电稳瞄系统稳定精度的方法研究

为了满足未来高精度光电稳瞄系统rad级稳定精度的测试需求,提出一种基于干涉仪测量的稳定精度测试方法。基于泰曼格林干涉仪中同源两光束光程差对干涉条纹的影响,利用CCD观察干涉条纹的微小变化,实现稳定精度测试。采用该测试方法对快速转向镜（fast steering mirror,FSM）的指向精度和某型光电稳瞄产品稳定精度进行了测试研究,结果表明,该方法对稳定精度的测量精度可以达到0.2 rad。     

一种高精度测量坦克炮塔动态转角的方法

坦克炮塔相对底盘转角的测量精度直接决定了稳瞄系统与惯导系统的精度。目前,国内的主战坦克所配备的坦克炮塔,其相对底盘的转角测量装置的测量精度低,仅解决坦克车体的转向问题。针对稳瞄系统与惯导系统对坦克炮塔相对底盘转角的精度要求问题,提出了一种由光电定位系统、机械传动系统和旋转变压器组成的动态高精度测角装置,介绍了其工作原理和工作过程,对该测角装置进行光电自准直标定并对误差进行理论分析,最后通过上车实验证明该测角系统能够满足实际需求。实践证明:该测量系统能够在通电瞬间确认位置,具有绝对零位记忆功能,其测角精度为42。     

机载光电观瞄系统的瞄准线指向线性运动补偿方法

为方便操作员快速捕捉并瞄准目标,提出一种适用于机载光电观瞄系统的线性运动补偿方法。该方法借助地面目标相对载机在初始东北天坐标系下的速度矢量进行分解,得出目标相对光电系统在惯性坐标下的角速度,并根据解算出的角速度值实时进行伺服补偿,驱动光电转塔于手动模式下,当操作员不操控光电转塔时,系统的瞄准线能够自动地指向地面目标区域。该方法已在某型无人机用光电观瞄系统挂飞试验中进行了验证,结果表明:在电视观瞄具的小视场（0.70.5）下,地面目标点、瞄准线指向点相对载机点的张角在方位和俯仰方向均小于该视场的1/6。     

一种快速高精度激光CCD自准直仪圆目标中心的定位方法

为满足高精度测量和瞄准跟踪系统中对激光CCD自准直仪的测量精度和实时性的要求,提出一种快速高精度激光CCD自准直仪圆目标中心的定位方法。首先利用变结构元广义形态学边缘检测算法,充分提取图像边缘细节信息的同时抑制图像噪声的影响,然后采用多项式插值算法对圆目标轮廓进行快速亚像素定位,最后利用最小二乘拟合方法实现了圆目标中心的精确定位。实验结果表明,该定位方法稳定性好,定位精度高且实时性强,应用该方法改进后激光CCD自准直仪的测量精度由2″提高到±0.25″,且单次测量时间小于0.23s,可满足激光CCD自准直仪在小角度测量和瞄准跟踪等领域的高精度实时测量需求。     

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。     

地理跟踪过程中光电吊仓惯性定位技术研究

探讨了地理跟踪过程中光电吊仓惯性定位的技术途径。在随机调转的光电稳瞄平台上增设加速度计，使之与陀螺组成惯性测量组件，同时向稳瞄系统和导航系统提供信号；光电稳瞄平台在运动中完成瞄准的同时，解算出平台的姿态矩阵；通过平台环架转动夹角的角度量，获得吊仓姿态矩阵，以此得出吊仓的加速度在导航坐标系上的分量，最终完成航迹推算。理论分析和验证试验表明：利用光电吊仓中的惯性组件可以获得光电吊仓的位置和姿态。     

石英玻璃紫外波段折射率测量

 折射率是光学材料基本参数之一,采用直角照射法折射率测量原理,以光电瞄准法紫外光信号探测、气浮轴承构成精密测角仪角度精确测量、锁相放大器微弱信号检测、软件分析角度值与光强度变化的数据处理模型、计算机自动控制等手段,完成了一套光学材料紫外波段折射率测量仪,实现了光学石英玻璃紫外波段折射率自动测量,并实际测量得到了250 nm~450 nm波长下光学石英玻璃的折射率值。     

基于DETR的道路环境下双目测量系统

DETR(detection transformer)算法是一个基于Transformer的目标检测算法,具有检测速度快、检测效果好的优势。介绍了一种利用DETR算法及双目视觉原理对道路环境下的人、车、自行车、信号灯等目标进行构建的测量系统。分析了双目测距、相机标定、目标检测以及目标匹配的原理,并以此为基础构建了测量系统。采用目标检测算法检测视野中的目标,利用双目视觉原理对检测到的目标进行测距,同时分析了测量系统中测量误差的来源,并计算其对结果的影响。该算法在KITTI数据集及现实环境中进行测试,测量系统基线为45 cm,对15 m～80 m的指定目标检出率高于90.6%,测距误差小于5.8%,在RTX 2080Ti平台上能够实时运行。     

一种测量电视跟踪系统摄像头分辨率的新方法

提出了利用“辐射状分辨率图案”测量电视跟踪系统摄像头分辨率的新方法，它取了“分辨率板法”的优点，避免了目视分辨率板法的缺点。介绍了一种基于图像时空域特征的数字化测试系统。该系统利用图像采集卡实时采集电视跟踪系统摄像头输出的视频图像信号，通过数据和图像处理后计算出摄像头的分辨率。测试过程实现了自动化，试验重复性好，测试结果客观可靠，能够更加合理、准确地反映电视跟踪系统摄像头的成像质量。     

轧钢加热炉燃烧工况在线测控系统

针对某大型钢厂轧钢加热炉系统在线实时性不强,采集数据不足,现场管理不便等问题,提出了构建加热炉燃烧工况在线测控系统。利用烟道气分析仪,在加热炉加热段增设多个燃烧气氛采集点,结合PLC和上位机组态软件,可以在线测量炉内不同区段残氧量与可燃物浓度,实现空气过剩系数的在线调整优化。同时,开发了节能量与氧化烧损两个模块,可用于实时估算可实现节能量与钢坯氧化烧损量。项目实施结果表明,炉燃烧工况在线测控系统可以实现加热炉内燃烧状况精确控制,有效降低燃气消耗。     

具有终端角度约束的自主水下航行器鲁棒制导律

针对具有末端角度约束的自主水下航行器(Automatic Underwater Vehicle,AUV)的制导问题,提出一种变结构导引方法。综合考虑自主航行器与目标的交会几何关系,采用近似零化视线角速度和随距离接近末端角度快速收敛向约束要求的准则,设计滑模控制器,实现对视线角速度和末端角度的控制。仿真证明了设计的制导算法可以实现水下自主航行器在具有末端角度约束条件下与目标的高精度交会,系统对目标机动具有较好的鲁棒性。      

具有终端角度约束的自主水下航行器鲁棒制导律（英文）

Based on robust control design method,a variable structure guidance method is proposed for autonomous underwater vehicle(AUV) during the guiding course with terminal impact angle constraint.Considering the intercept geometry,a sliding mode controller is proposed for controlling the hne of sight angle rate and the impact angle,based on the principle which controls the line of sight angle rate to approach zero and the terminal angle to approach the expected value more quickly as the distance decreases.Simulation results show that,with the application of the proposed method,small miss distance is achieved and the expected impact angle is reached.In addition,the system is robust to the target maneuvering.     

光电经纬仪测量精度指标的确定

光电经纬仪测量元素误差是外弹道测量中最主要的误差源。为了保证外弹道的测量精度，就应对光电经纬仪的测量精度进行合理设计。通过数学解析的方法，推导建立了2个简洁的公式：1）单站定位体制下弹道点位精度和光电经纬仪测角、测距精度以及目标斜距、高角之间的数学表达式；2）对称交会测量体制下弹道点位精度和光电经纬仪测角精度以及目标斜距、交会角之间的数学表达式。这2个公式为光电经纬仪精度指标的设计论证提供了理论依据。     

扫描成像跟踪激光雷达

设计了一种基于激光图像跟踪的激光雷达系统来实现目标的跟踪测量。该系统通过激光光束二维扫描,形成包含距离和角度信息的三维图像,由测量视场内运动目标的几何中心与视场中心的角度偏差获得脱靶量,利用脱靶量驱动伺服机构使目标几何中心处于雷达扫描视场中心,从而实现目标的实时跟踪,并输出目标距离和角度信息。实测结果表明：采用设计的激光雷达系统对距离900 m的目标进行测量,测距精度优于0.25 m,角跟踪精度优于0.07°,角跟踪能力优于1.2（°）/s,实现了快速捕获目标、高精度跟踪测量和系统小型化等既定目标。