[发明专利]一种光电跟踪仪复合轴控制系统控制精度测试方法

说明书

本发明公开了一种光电跟踪仪复合轴控制系统控制精度测试方法，利用主轴角位置数据对主轴陀螺进行消偏及初始对准处理，然后依据目标的运动特性生成目标运动轨迹，复合轴主轴以虚拟目标角位置为输入，主轴角位置反馈进行位置闭环，同时以虚拟目标位置与主轴陀螺积分值的差值为主轴跟踪残余误差，子轴以该残余误差为输入进行位置闭环，该残余误差与子轴的角位置差值即为复合轴控制系统的控制精度。该方法可以在无测试目标配合条件下，并且在主轴测角精度不足以支撑子轴高精度测试的情况下，通过数字虚拟目标模拟测试目标，主轴陀螺数据积分值代替主轴角位置的方式，进行复合轴跟踪系统控制精度的测试，极大地减小了复合轴控制系统控制精度测试对设备和场地的依赖。

技术领域

本发明属于信号测试技术领域，主要涉及一种光电跟踪仪复合轴控制系统控制精度测试方法，尤其涉及一种使用数字目标替代测试目标以及陀螺积分替代主轴位置，对子轴是由“快速反射镜”构成的复合轴控制系统控制精度测试方法。

背景技术

为了提高光电跟踪仪的跟踪精度，光电跟踪仪会采用复合轴系统，光电跟踪仪复合轴系统(示意图见图2)是在主机构上安装一个水平、高低均可微动的子机构，子机构一般采用快速反射镜，用以控制发射和接收光轴的方向。主机构称为主轴系统，简称主轴；快速反射镜系统称为子轴系统，简称子轴；主轴与子轴可分别控制。主轴工作范围较大，带宽较窄，精度较低；子轴工作范围较小(小有限转角)，带宽高、响应快、精度高。子轴弥补了主轴带宽低、精度不足的缺陷，而其工作范围小的缺点由主轴予以克服，两者作用合成，便可实现大范围的高精度跟踪。

快速反射镜是利用反射镜面在光源和接收器之间控制光束的一种装置，与大惯量机架结构的主轴系统共同构成复合轴系统，在各种光学系统中用于控制光束，它实际上是由镜体(玻璃或者金属)、柔性支撑架和驱动器(压电陶瓷、音圈电机、力矩器)三部分组成，其优点是结构谐振频率高、响应速率快、零摩擦、动态滞后误差小等优点，缺点为工作范围小、一般以反射镜自身位置反馈进行闭环，该装置在公开文献中有介绍。

在已公开发表的文章中可见，复合轴光电跟踪系统主轴采用精度较低的大范围探测器测量目标相对与光轴指向的偏差，该偏差由主轴响应，使目标进入精度较高的小范围子轴探测器测量范围，子轴探测器获得目标相对与光轴指向的偏差，该偏差由子轴响应，子轴对该偏差的跟随误差即为复合轴光电跟踪系统的控制误差，该控制原理见附图3。

在上述技术原理的基础上，如果想对相应系统进行控制精度测试，直观上需要完成全系统搭建，并存在真实目标的条件下才可以进行，但在设计过程往往难以协调进行真实条件下的控制精度测试。

发明内容

为解决现有技术中难以在设计过程对相应系统进行控制精度测试的问题，本发明提出一种光电跟踪仪复合轴控制系统控制精度测试方法，在该方法中用于光电跟踪仪复合轴测试的目标是由数字生成的，而为了获得等效于子轴探测器的高精度数据，采用主轴陀螺的积分替代了空间光轴位置，并通过数字航迹的方式获得子轴输入偏差。采用本发明对复合轴控制系统的控制性能进行验证，为全系统产品交付、外场试验提供必要技术支撑。

本发明的技术方案为：

所述一种光电跟踪仪复合轴控制系统控制精度测试方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：初始化参数T、i、k、σ、λ、κ、N；其中，T为控制系统的运算周期；i代表主轴陀螺零偏计算时，主轴陀螺输出角速率数据的序号；k代表控制系统第k个运算周期；σ为主轴调转到位阈值；λ为子轴校正范围；κ为测试结束判断阈值；N为主轴陀螺零偏计算需要采集数据个数的上限；

步骤2：依据设定的目标运动轨迹计算目标起始跟踪点角位置θ_{tgt_init}以及目标终点角位置θ_{tgt_end}；

步骤3：将光电跟踪仪主轴调转至目标起始跟踪点角位置θ_{tgt_init}，同时将子轴锁定在子轴零位位置；