[发明专利]一种二维指向镜成像跟踪的图像伺服控制方法

说明书

一种二维指向镜成像跟踪的图像伺服控制方法，首先采集二维指向镜的方位轴角度值、俯仰轴角度值作为角位置测量反馈信号，采集CCD相机焦面目标的偏移量作为图像信息反馈，然后计算二维指向镜的轴跟踪目标所需的增量，并建立跟踪微分器，将音圈电机定子线圈模型简化为RL网络，定义二维指向镜轴参数估计偏差，最后计算得到速度等价控制量、角速度跟踪误差、轴电流等价控制量，进而得到二维指向镜的轴电压控制量，生成驱动信号并完成伺服控制。本发明方法通过采用基于图像反馈信息的跟踪控制方法，相比单纯的二维指向镜角位置伺服控制，增加了图像反馈信息，提高了测量精度，具有更高控制精度的优点。

技术领域

本发明涉及伺服控制技术领域，特别是一种二维指向镜成像跟踪的图像伺服控制方法。

背景技术

近年来国内外发射的许多光学遥感仪器上都采用了指向或扫描装置用以增加视场和减少重返时间，且在轨运行状态良好。美国GOES(地球同步环境卫星)系列是地球同步静止轨道的气象卫星、美国Landsat(陆地卫星)系列是太阳同步轨道资源卫星，Landsat-4、5上的TM(主体测绘仪)、法国SPOT-5太阳同步轨道地球资源遥感卫星搭载的两台相同的HRG(高分辨率几何)相机、国际合作项目地球观测系统(EOS)携带的先进空间热发射和反射辐射仪(ASTER)均搭载了扫描机构通过摆扫或推扫的方式进行成像。国内第一代极轨气象卫星FY-1(风云一号)携带的扫描辐射计采用了45°旋转反射机构扫描方式、中巴地球资源卫星(CBERS)携带的红外多光谱扫描仪(IRMSS)采用了摆动扫描机构扫描方式。

随着遥感应用技术的发展，光学系统中的扫描机构不再局限于单自由度的摆扫或推扫运动，通过采用具有两轴正交的二维指向机构可以实现对空间一定范围内的指向控制和目标跟踪，结合面阵CCD成像元件能够实现对地观测的凝视成像和目标跟踪。

二维指向镜的成像跟踪控制和指向控制是互为相反的两个过程，指向控制的驱动信号是给定的两轴电机转角，而成像跟踪控制的驱动信号是由地物在CCD相机焦面上像在成像坐标系下的偏移量提供的，成像跟踪控制将指向控制作为内环，外环增加了图像伺服闭环，而二维指向镜成像的非线性特性增加了控制的难度。目前，国内外论文中的对二维指向镜的成像特性分析大多基于45°镜假设，能够获得视轴转角与电机转角的直接解析关系，而一旦非45°镜成像就无法获得成像模型的解析形式，而工程上由于光学系统的复杂和多反射结构无法保证45°位置关系，因此此时的成像跟踪控制将变得困难。目前，国内外对二维指向镜均实现了基于角位置反馈信息的位置伺服控制，通过采集测角传感器输出的角位置信息作为反馈量与当前的指令角度信号作比较，将偏差信号送入角位置控制器，再由控制器计算输出控制电压信号，通过驱动电路输出相应的驱动信号驱动执行机构实现角位置指向控制。但采用图像反馈信息进行跟踪控制的文献和应用很少，而基于二维指向镜的图像跟踪控制是在角位置闭环控制的基础上增加了图像信息反馈，而图像位置信息的测量精度高于一般测角器件的精度，目前基于角位置测量信息的指向控制精度大约为1mrad，而基于图像信息反馈的跟踪控制精度能达到0.1mrad，具有明显的精度优势。所以采用图像位置闭环控制能够增加系统的跟踪精度。专利《基于二维转镜的星载目标跟踪系统及方法》(CN200910226500.6)、《用于航空航天成像领域的快速反射镜扫描跟踪系统及方法》(CN201410020863.5)均采用与本专利相似的执行机构，但本专利采用基于图像反馈信息的导引律和参数自适应反步法控制器实现图像跟踪控制，与上述专利采用的控制方法不同。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种二维指向镜成像跟踪的图像伺服控制方法，解决了现有的基于角位置测量信息的控制技术精度不高的问题，具有较好的使用价值。

本发明的技术解决方案是：一种二维指向镜成像跟踪的图像伺服控制方法，包括如下步骤：