[发明专利]一种滚摆式导引头跟踪回路角增量优化方法

说明书

技术领域

本发明属于光学跟踪平台伺服控制系统设计及应用领域，具体涉及一种适用于滚转-摆动结构成像导引头的，滚摆式导引头跟踪回路角增量优化方法。

背景技术

目前常用的两轴成像导引头稳定平台多采用俯仰-方位结构和滚转-摆动结构。俯仰-方位结构导引头通常以俯仰框架为内框，以方位框架为外框，其优点是简单紧凑，两通道相互独立、耦合少，控制及跟踪算法较为成熟；不足之处是由于空间结构的约束以及大离轴角的盲区的限制，这种平台的离轴角很难突破±60°。滚转-摆动结构形式的导引头稳定平台以滚转框架为外框，以摆动框架为内框。摆动方向的离轴角可以达到±90°，滚转方向则可以达到0～360°，如果使用滑环，还能够实现连续旋转，很容易覆盖整个头罩前半球空间范围，可以实现对目标的大离轴角探测与跟踪。这种滚转-摆动式平台结构能同时满足对导引头体积小、质量轻和离轴角大等多项要求。但是，滚转-摆动式导引头的不足之处是跟踪回路的控制角位置指令提取及优化存在一定的困难。

在滚转-摆动式导引头中，图像处理器输出的脱靶量信息是直角坐标形式，而导引头的框架结构是极坐标形式，由直角坐标脱靶量到极坐标控制指令的解算过程中，可以有很多种途径，依据使用的输入量和求解函数不同主要分为三种方法。第一种方法是综合陀螺的角速度信号、探测器的俯仰和方位脱靶量、滚转和摆动角位置信息，分别使用反正切和反余弦函数求解滚转和俯仰角增量。第二种方法同样是综合陀螺的角速度信号、探测器的俯仰和方位脱靶量、滚转和摆动角位置信息，使用反正切函数求解滚转和俯仰角增量。第三种方法是综合探测器的俯仰和方位脱靶量、滚转和摆动角位置信息、弹目距离信息，使用Paden-Kahan子问题求解方法获得滚转和俯仰框架的角位置指令，并依据最小角增量准则优化控制指令。

上述三种方法中，前两种方法需要的输入信息较多，并且针对具体应用没有提出反三角函数数值多解指令优化方法；第三种方法虽然提出了指令优化准则，但是求解角增量过程中，除了要用到前两种方法中的信息，还需要用到弹目距离信息，在导引头测试和应用中都会造成系统复杂和成本上升。

发明内容

本发明要解决现有技术中的技术问题，提出一种用于滚转-摆动式导引头角位置指令提取及优化的，滚摆式导引头跟踪回路角增量优化方法。

为减少摩擦和噪声，本发明所提出方法的工程背景为滚转框不应用滑环，且以零位为基准，顺时针和逆时针均可以旋转360°；摆动框架的离轴角范围为±90°。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

一种滚摆式导引头跟踪回路角增量优化方法，包括以下步骤：

当滚转框的相对运动范围绝对值小于等于π/2时，直接输出解算得到的滚转和摆动框的角位置指令；

当滚转框的相对运动范围绝对值为(π/2,3π/2]时，将摆动框的角位置指令取负号，然后控制滚转框的相对运动范围绝对值小于π/2；

当滚转框的相对运动范围绝对值为(3π/2,2π)时，示滚转框的限位情况优化输出指令。

在上述技术方案中，应用该方法时：

在失调角度比较小的情况下，滚转和摆动框架的控制角增量均可以用反正切函数来表示，