[发明专利]一种运动载体光电跟踪系统快速目标跟踪控制方法

说明书

本发明提供一种运动载体光电跟踪系统快速目标高跟踪控制方法，在机架方位轴和俯仰轴上安装两只单轴角速率陀螺，分别敏感机架方位轴和俯仰轴在惯性空间的角速率。陀螺信号用于实现惯性稳定控制，同时，利用陀螺测量信号与图像探测器脱靶量合成目标的空间位置。对目标空间位置进行卡尔曼滤波获得目标空间角速度并进前馈，从而提高运动载体上光电跟踪系统对快速目标的跟踪能力。本发明不需要额外的传感器，通过控制算法的改进构成运动平台上的复合跟踪控制，具有结构简单稳定性能高、利于工程实现的特点。

技术领域

本发明属于光电跟踪领域，具体的涉及一种运动载体光电跟踪系统快速目标跟踪控制方法，用于提高运动载体上光电跟踪系统对快速目标的跟踪能力。

背景技术

光电跟踪系统采用图像传感器闭环对目标进行跟踪，由于受限于图像探测器帧频和硬件平台处理能力，使得用于跟踪控制的脱靶量总是和真实目标存在较大的滞后。脱靶量滞后极大的限制了跟踪回路的带宽，而快速目标要求系统有高的跟踪带宽和在目标运动频率具有高的跟踪增益。为了解决对快速目标的高精度跟踪问题，地基光电跟踪系统快速目标跟踪技术相对成熟，包括预测、共轴跟踪、速度前馈、加速度前馈等。这些技术都有一个共同的、核心的技术，就是利用编码器和脱靶量合成目标空间位置。但是，与地基光电跟踪系统不同高，运动载体光电跟踪系统由于载体的运动，导致编码器数据与脱靶量合成的目标位置并不能代表真实的目标空间位置，还应解算叠加运动载体的影响量。因此需要姿态测量、坐标系解算，这不但运算复杂，且在解算过程中，坐标系之间的转换，存在解算误差，各个坐标系之间的标定过程中，还存在标定误差。因此，对于运动载体光电跟踪系统采用编码器和脱靶量合成目标空间位置需要增加额外的传感器，且计算复杂，精度有限。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术不足，在不增加额外传感器的情况下，提供一种运动载体光电跟踪系统快速目标跟踪控制方法，利用惯性传感器和脱靶量直接合成目标空间位置，并将目标高阶信息进行前馈控制从而提高对快速目标的跟踪能力。

本发明解决上述技术问题提供的技术方案为：一种运动运动载体光电跟踪系统快速目标跟踪控制方法，该方法的步骤如下：

步骤(1)跟踪机架方位轴和俯仰轴上安装角速率陀螺，测量机架在惯性空间的角速度；机架方位轴和俯仰轴采用陀螺信号反馈闭环，构成速度回路，并作为跟踪回路的内回路，速度回路闭环带宽一般在几到几十赫兹，跟踪回路等效被控对象传递函数为其中ω为速度回路闭环无阻尼自然频率；ξ为速度回路闭环特性阻尼比；

步骤(2)机架方位轴和俯仰轴采用图像传感器给出的脱靶量进行闭环，构成跟踪回路，跟踪误差为：其中：s为拉普拉斯算子；E(s)为跟踪误差；R(s)为目标位置；G_{C_track}(s)为跟踪控制器；P(s)为速度回路闭环特性再乘以积分器，G_{P_VEL}(s)为机架速度特性，G_{C_VEL}(s)为机架速度回路控制器；

步骤(3)在图像跟踪的基础上，将陀螺测量信号积分之后与脱靶量合成目标空间位置，对合成的目标空间位置进行Kalman滤波，得到目标空间角速度，经过前馈控制器G_C2(s)计算出控制量U_track2，将前馈控制量U_track2和跟踪控制量U_track1相加作为速度回路的给定量ω_in，构成运动载体上光电跟踪系统的复合跟踪控制，从而提高系跟踪能力，跟踪误差为：

其中，步骤(3)所述的利用陀螺信号和脱靶量合成目标空间位置，可根据系统具体情况，也可使用其它惯性传感信号和脱靶量合成目标空间位置，如加速度计传感器，需要将惯性传感器信号处理之后得到和脱靶量一样的量纲。