新型机载光电激光干扰吊舱复合轴控制技术
新型机载光电激光干扰吊舱复合轴控制技术
发表时间：2020-01-07T15:43:38.080Z 来源：《科技新时代》2019年11期 作者： 吕春雷1, 栗高峰2,周俊鹏1，李焱1 ，刘彦文3
[导读] 为了提高光束控制精度和伺服系统带宽，同时抑制传统光电吊舱四框架结构造成的图像旋转，提出了俯仰-俯仰结构FSM（快速反射镜）复合轴控制技术。
吕春雷1, 栗高峰2,周俊鹏1，李焱1 ，刘彦文3
（1）中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033 （2）上海机电工程研究所，上海，201108 （3）东北师大理想软件股份有限公司，吉林 长春 130033
摘要：为了提高光束控制精度和伺服系统带宽，同时抑制传统光电吊舱四框架结构造成的图像旋转，提出了俯仰-俯仰结构FSM（快速反射镜）复合轴控制技术。本文首先给出了新型光电吊舱系统组成和陀螺稳定平台隔离机理；其次设计了FSM复合轴控制系统，最后分析
了FSM光束控制精度。仿真和试验结果表明：子系统伺服带宽可达到，比传统光电吊舱提高一个数量级。经过快速反射镜补偿后的方位光
束控制精度提高了，俯仰控制精度提高了，远优于普通机载光电吊舱。
关键词：俯仰-俯仰结构；复合轴控制；激光干扰
1.引言
搭载在飞机上的光电吊舱用以实现侦测和跟踪任务，带有激光干扰的惯导平台是其重要组成部分。传统的惯导平台结构有两
轴两框架结构和两轴三框架结构，但是存在自锁现象和控制困难的问题，均不如两轴四框架结构控制灵活。
本文有别于传统光电吊舱，采用俯仰-俯仰结构，研究内、外框架角速度分量对横滚方向转动造成的影响，通过结构的变换抑制了滚转造成的图像旋转；增设快速反射镜系统构成六自由度复合轴控制，提高光束控制精度的同时，提高伺服系统的带宽。
本文意在通过两轴四框架和二维摆镜光路校准来保证激光打击效果，具有实际意义。
2.两轴四框架吊舱结构
2.1 四框架系统组成
系统硬件由外框架、内框架、光纤陀螺仪、旋变、圆光栅、长焦相机和短焦相机组成。其中光纤陀螺仪敏感内框架角速度，旋变测量内、外框架角度差值，圆光栅测量外框架角度值，跟踪远距离小视场目标时选择长焦相机跟踪，跟踪近距离大视场目标时选择短焦相机跟踪。带有快速反射镜的吊舱头基本结构如图所1示。
图1 光电吊舱结构 Fig.1 Photoelectric pod structure schematic diagram
2.2 俯仰-俯仰结构角速度欧拉矩阵 将图1抽象为五个坐标系如图2所示。
图2 四框架坐标系 Fig. 2 four gimbal coordinate system 图2中 为载机坐标系、为外滚转框架坐标系、为外俯仰框架坐标系、为内俯仰框架坐标系，为内方位框架坐标系。从图2中可知，载机坐标系绕外横滚轴旋转角后坐标系转移到外滚转框架，外滚转框架绕外俯仰轴旋转角后坐标系转移到外俯仰框架，外俯仰框架绕内俯仰轴
旋转角后坐标系转移到内俯仰框架，内俯仰框架绕内方位轴旋转角后坐标系转移到内方位框架。
当外方位框架坐标系绕横滚轴旋转时，载体坐标系惯性角速度向量分解到外框架俯仰方向和方位方向角速度向量如式(1)所示。外框架横滚扰动角速度。
外方位框架坐标系绕外俯仰轴旋转时，外方位坐标系角速度向量分解到外横滚方向和外方位方向角速度向量如式(2)所示。为外俯仰扰动角速度。
外俯仰框架坐标系绕外俯仰轴旋转时，内俯仰坐标系角速度向量分解到内方向和内俯仰角速度向量如式(3)所示。为内俯仰扰动角速度。
内俯仰框架坐标系绕内方位轴旋转时，内方位坐标系角速度向量分解到内俯仰和内横滚角速度向量如式(4)所示。为内方位扰动角速度。
（1）假设外方位角速度，由外方位和外俯仰转移矩阵关系可得到外方位框架转动引起的外俯仰框架角速度矢量：。
（2）外方位角速度运动时，由外方位引起的内俯仰角速度为：
（3）外方位角速度运动时，由外方位引起的内方位角速度为： （4）外俯仰框架速度运动时，由外俯仰引起的内俯仰角速度为：
（5）外俯仰框架速度以速度运动时，由外俯仰引起的内方位角速度为： （6）内仰框架以速度运动时，由内俯仰引起的内方位角速度为：
最后，通过叠加理论，可以得到内方位角速度相对载体坐标系角速度为：
其中。
同理，可得外俯仰框架和内俯仰框架相对于载体坐标系的角速度和分别为：
2.3陀螺稳定平台隔离机理
此系统运动方式为外框架跟随内框架运动，而且内外框架相互独立。为了抵消内俯仰框架中的俯仰轴上的角速度，可利用俯仰方向陀螺仪测得式（3）中角速度，同时令俯仰电机转动角度为方向与方向相反，即式（3）中得
（5） 将式（5）代入式（4）中，可得到式（6） 从式（6）可知，可由内方位电机旋转消除内方位角速度分量即，内方位角速度分解到俯仰方向的角速度分量为可由内俯仰速度陀螺仪测得，同样需要转动内方位电机抵消此项，假设内方位电机转动角速度为，而引起的内方位
角速度如式（7）所示。
（ （7）
由式（7）可得
其中由俯仰陀螺仪测得，角可由内方位角度编码器测量，从而能够得到精确的内俯仰电机旋转角速度。联合（6）和（7）式可到式（8）
由式（8）可知，转动内方位和内俯仰电机可以抵消内方位和内俯仰耦合角速度，但是由内方位角产生的内框架耦合滚转角速度分量无法隔离，受内方位角度控制，由于实际工程中本系统为外随内动系统，始终保持外框架跟随内框架运动，所以，滚转角速度分量不在受
到角度制约，而传统光电吊舱滚转角速度分量受到俯仰角度的影响[15-16]，需要增加图像消旋系统。
3.复合轴控制技术
带有快速反射镜的二轴四框架光电激光干扰吊舱复合控制结构图如图3所示
图3 复合轴控制框图 Fig3. Compound axis control
图3中,为陀螺测得的速度。为引导角,为外框架输出角度,为内框架输出角度,为FSM系统输出角度，其中位置调节器和速度调节器均采
用滞后超前控制方式。内框架位置和速度调节器分别为，。, 母系统带来的高频干扰，应尽量增大系统的增益和带宽,但速度回路的带宽受到系统谐振频率和编码器采样频率的限制，增加FSM系统即可提高伺服系统带宽。快速反射镜系统位置和速度调节器分别为,。由光电吊舱调节器和快速反射镜调节器可得到系统速度开环BODE图4和图5.
图5 FSM BODE图 Fig.5 FSM BODE diagram
从图4和图5可知，光电吊舱速度开环剪切频率为，快速反射镜速度开环剪切频率为，可见伺服系统带宽得到提高。
4.试验与分析 某次试验电视相机稳定跟踪目标时如图6所示，该目标飞行高度为1200米，飞行速度为。主控计算机记录1884组方位和俯仰脱靶量码值，采样频率为，将这1884组原始数据输入到MATLAB中得到图7和图8。
图6 典型目标 Fig.6 typical target
图8 俯仰脱靶量 Fig.8 pitch miss-distance code
从图7中可知剔除野值后脱靶量最大码值方位偏差为个码值，图13中俯仰最大偏差为个码值。实测脱靶量码值与19位角编码器码值量纲转换系数为5.33，方位需要正割补偿，正割补偿角度为该时刻俯仰角度值。补偿后脱靶量12个码值对应的角度为
，俯仰6个码值对应的角度为。
其它条件不变，跟踪同一架飞机，光电吊舱加入快速反射镜系统校正激光光路，主控计算机记录1788组数据输入到MATLAB中，可得到补偿后的方位和俯仰脱靶量，如图9和图10所示。
图10 俯仰脱靶量 Fig.10 pitch miss-distance code
从图9和图10中可知补偿后方位脱靶量最大码值为个码，俯仰脱靶量最大码值为个码。对应于角度偏差分别为方位、俯仰。可见快速反射镜补偿后光束控制精度方位提高了，俯仰提高了。
5.结论
传统光电干扰吊舱中，由于受到俯仰角度制约，引起横滚轴转动，造成图像旋转需要消旋系统加以抑制，并且缺少二次光束修正系统。本文采用俯仰-俯仰结构，内外框架小角度差值一定程度上抑制了横滚转动，取消了图像消旋系统，降低了工程成本。试验结果可知，
采用FSM复合轴控制技术，方位光束控制精度提高了，俯仰提高了，系统稳定性得到提高的同时，系统带宽得到提高。
参考文献
[1]董登峰，周维虎，纪荣祎等.激光跟踪仪精密跟踪系统的设计[J].光学精密工程，2016,24（2）：309-318. Dong D F,Zhou W H, Ji R Y,et al..Design of precise tracking system of laser tracker[J]. Optics and Prcision Engineering, 2016,24（2）：309-318. (in Chinese)
[2]刘娇月， 杨聚庆， 董登峰等激光跟踪仪的光电瞄准与定位系统[J].光学精密工程,2015,23(6):1558-1564. Liu J Y,Yang J Q, Dong D F,et al.. Optoelectronic aiming and orientation system of laser tracker[J]. Optics and Prcision Engineering,2015,23(6):1558-1564.( in Chinese).
[3]彭树萍,陈 涛, 刘廷霞等.激光发射系统快速反射镜的光线反射过程[J].2015,23(2):378-386.
作者简介：
吕春雷 (1980-)，通讯作者，男，浙江东阳人，副研究员，2009年于中国科学院长春光机所获得博士学位，主要研究方向为电子学设计、舰载光电系统伺服控制、舰载光电对抗设备总体设计等技术研究。 E-mail: kevindlmu@163.com
栗高峰（1980—），男，汉族，上海市人，硕士，上海机电工程研究所，高级工程师，研究方向：自动化控制
刘彦文（1972—），男，汉族，吉林长春市人，硕士，东北师大理想软件股份有限公司，助理研究员，研究方向：计算机软件与理论
激光武器复合轴跟踪瞄准的稳定性分析
激光武器复合轴跟踪瞄准的稳定性分析
陈少金;王宏柯;郑磊刚;杨博
【期刊名称】《火力与指挥控制》
【年(卷),期】2012(037)004
【摘 要】复合轴跟踪技术是激光武器精确跟踪瞄准目标的关键技术之一,掌握这门关键技术至关重要.对复合轴跟踪切换的视场匹配和系统设计时的粗、精跟踪系统的带宽比进行分析,从仿真结果得出在设计激光武器复合轴跟踪系统时要对粗、精跟踪系统的带宽和跟踪视场合理分配,选择合适的带宽比以达到跟踪切换的平滑性,实现对目标的精确跟踪.为复合轴跟踪控制系统的设计提供了一些参考思路,也对实现激光武器对目标的精确瞄准有一定的科学参考价值.
【总页数】4页(P94-96,100)
【作 者】陈少金;王宏柯;郑磊刚;杨博
【作者单位】空军工程大学工程学院,西安 710038;空军工程大学工程学院,西安
710038;空军工程大学工程学院,西安 710038;空军工程大学工程学院,西安
710038
【正文语种】中 文
【中图分类】TP273
【相关文献】
1.机载激光武器跟踪瞄准精度、误差源及控制分析 [J], 聂光戍;刘敏;聂宜伟;徐保伟 2.激光武器光电跟踪瞄准与控制技术 [J], 张赛金
3.激光武器的精密跟踪瞄准控制技术 [J], 王毅;王贵文
4.三轴跟踪瞄准装置的机电动力学仿真 [J], 蒋威威;贾建援
5.舰载激光武器复合轴跟踪控制系统仿真分析 [J], 杨修林;陆培国;刘小强;梁晓东
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某中型无人机光电侦察吊舱升降装置设计与实现
总720期第二十二期
2020年8月河南科技
HenanScienceandTechnology
某中型无人机光电侦察吊舱升降装置设计与实现
张博今
（中国空空导弹研究院，河南洛阳471000）
摘要：对某中型无人机光电侦察吊舱升降减振装置的传动机构、减振系统等进行设计并进行机械运动性能
计算分析。通过采用螺旋传动机构和二级减振设计，实现了复杂环境条件下宽频段、大衰减率地隔离因无人
机发动机振动以及空气动力等因素产生的强烈振动，解决飞行过程中光电侦察吊舱工作时图像模糊、跟踪抖
动及目标丢失等问题，有效提高光电侦察吊舱的成像质量、跟踪精度。关键词：光电侦察吊舱；升降装置；传动机构
中图分类号：V279文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）22-0038-03
DesignandImplementationfortheLiftingMechanism
ofMidsizeUAVOpto-electronicReconnaissancePod
ZHANGBojin
（ChinaAirborneMissileAcademy，LuoyangHenan471000）
Abstract:Inthispaper,thetransmissionmechanismandvibrationdampingsystemofamediumUAVphotoelectricreconnaissancepodweredesigned,andthemechanicalmotionperformancewascalculatedandanalyzed.Byadopt⁃
ingspiraltransmissionmechanismandtwo-stagedampingdesign,thestrongvibrationcausedbyUAVenginevibra⁃
tionandaerodynamicfactorscanbeisolatedinawidefrequencybandandwithalargeattenuationrateundercom⁃
机载光电跟踪陀螺稳定技术
机载光电跟踪陀螺稳定技术
摘要：机载光电平台系统是装载到飞机上的系统。其中，所面对装载飞机有着多种姿态的变化，并存在振动问题，在飞行的过程中也会受到风阻力矩的影响，从而出现轴指向不稳定的问题。如此一来，便影响机载光电平台系统中观测设备的正常运行，不能够保证成像的清晰度。对此，为有效避免这些问题的出现，需要做好稳定分系统的建设，促进装载飞机中运动、振动与光学传感器中视轴的隔离。确保视轴能够在固定的惯性空间方向中达到相对稳定的效果。同时，为保证被观测的目标可进行跟踪观测，同样需要机载光电平台系统能够在明确指令的指导下，进行规定运用。由此可见，从伺服控制的角度来看，机载光电平台系统其本质上是一种跟踪系统和视轴稳定，需要做好精心设计。
关键词：机载；陀螺；稳定平台
引言
结合具体的情况分析，在装载飞机中，需要保证光电目标的精准搜索、捕获、识别，需要建立其指示系统和传感器，包括但不限于更高精度的导航、毫米波雷达等，以此来满足实际需求。在光电仪器安装中，应保证其安装平台的稳定性，可通过对陀螺稳定平台进行应用的方式，对载机振动进行隔离，以此来获取一个相对惯性空间稳定的平台。之后，基于控制指令，完成对光电载荷下目标的定位跟踪、搜索捕捉。由此可见，通过对机载陀螺稳定平台的合理应用，一方面是实现了空间的稳定，另一方面是实现了对目标的跟踪。
一、预测滤波技术分析
（一）预测滤波技术的意义
预测滤波技术实际应用的过程中，一方面能够对跟踪目标中的各项数据信息进行提供，包括但不限于目标的速度信息、目标的加速度信息、目标的精准位置信息等。另一方面也能够开展预测外推处理，在跟踪系统中对下一个目标进行提前预知，把握下一个目标中速度、加速度、位置等重要信息。如此一来，更有利于保证控制系统的应用可达到更理想的跟踪速度与更快速的能力。其中，当目标信号出现了丢失问题，通过对跟踪控制系统进行合理应用，同样能够完成对目标位置移动方面的有效预测，从而在跟踪的过程中达到更好的连续性和更好的稳定性。另外，通过对预测滤波技术进行合理应用，也可更高精度的数据信息进行获取，在对跟踪的方式进行切换时，仅仅是对数据进行切换，有效避免了伺服系统的抖动问题，针对多种跟踪手段的切换均进行了改善优化。由此可见，当前还需要切实做好预测滤波技术的分析与研究，切实发挥出预测滤波技术的价值和作用，包括在精密跟踪中的价值作用，在快速捕获中的价值和作用等。
机载光电吊舱无角位移隔振设计_王平
机载光电吊舱无角位移隔振设计
王平1,2，张国玉1，刘家燕2，高玉军2，黄猛2
(1.长春理工大学光电工程学院，吉林长春130022；
2.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春130033)
摘要：为减小振动对机载光电吊舱成像质量和稳定精度的影响，依据平行四边形原理、隔振理论及
吊舱模态分析数据设计了无角位移隔振装置，该隔振装置能够将载机振动引起的角位移转化成线位
移并有效地抑制线振动。对无角位移隔振装置进行了动态仿真分析，仿真结果显示最大线位移仅为
0.7mm，并能够在较短时间内迅速地衰减。利用光学测量法测量了无角位移隔振装置的减振效果，测
量结果表明无角位移隔振装置最大角位移为10″，与以往采用金属减振器的隔振方式相比减振效果
提高了一个数量级，基本实现了无角位移，减振效果非常明显。外场试飞图像效果也验证了无角位移
隔振装置减振的有效性。
关键词：无角位移；光电吊舱；角振动；被动隔振；仿真分析
中图分类号：V241.02文献标志码：A文章编号：1007-2276(2012)10-2799-06
Irrotationaldisplacementvibrationisolationonairborne
optoelectronicpod
WangPing1,2,ZhangGuoyu1,LiuJiayan2,GaoYujun2,HuangMeng2
(1.SchoolofPhoto-electronicEngineering,ChangchunUniversityofScienceandTechnology,Changchun130022,China;2.ChangchunInstituteofOptics,FineMechanicsandPhysics,ChineseAcademyofSciences,Changchun130033,China)
Abstract:Toreducetheairbornevibrationinfluenceofairborneoptoelectronicpodonqualityand
机载光电吊舱控制系统设计
机载光电吊舱控制系统设计
机载光电吊舱控制系统设计
随着航空技术的不断发展，机载光电吊舱在现代航空中的应用越来越广泛。光电吊舱作为一种重要的航空设备，能够完成航空器的远程侦察、监视和打击任务，具有重要的军事和民用意义。机载光电吊舱控制系统是光电吊舱能够有效工作的关键，本文将从系统设计的角度来探讨机载光电吊舱控制系统的设计。
机载光电吊舱控制系统由传感器、数据处理器、指令发出器和执行器等组成。传感器模块主要负责对吊舱周围环境进行感知，包括图像传感器、红外传感器和激光测距传感器等。数据处理器模块接收传感器模块传来的数据，并进行处理和解码，将图像信息和其他数据提取出来。指令发出器模块接收处理器模块的指令，并发送给执行器模块进行舵机、电动机等的控制。执行器模块根据指令发出器模块的指令，实时改变吊舱的姿态和位置，以呈现所需的观测角度和视野。
在机载光电吊舱控制系统的设计中，需要考虑多个关键因素。首先是吊舱的稳定性和精确性。吊舱在高空飞行中会受到各种外界因素的干扰，如风速、气候条件等，因此吊舱控制系统需要具备良好的稳定性和精确性，能够在复杂环境下保持良好的工作状态。
其次是控制系统的实时性。机载光电吊舱需要能够实时响应指令并调整姿态和位置，以满足实时的任务需求。因此，控制系统的反应时间需要极短，并能够确保姿态和位置调整的精确度。
此外，机载光电吊舱控制系统还需要具备较高的抗干扰能力和可靠性。航空器在飞行中容易遭受到雷击、电磁干扰等外部因素的影响，因此控制系统需要承受较大的外界干扰，获得稳定可靠的工作。
控制系统的软件设计也是机载光电吊舱控制系统设计的重要一环。软件设计需要考虑吊舱控制的算法、指令解码和处理方法等。如姿态控制算法需要能够根据各种传感器信息进行实时调整，同时需要考虑到各种外界干扰因素。指令解码和处理方法需要能够高效快速地解析处理处理器发送的指令。
光电吊舱稳定控制方法研究
光电吊舱稳定控制方法研究
发布时间：2023-02-28T09:05:38.840Z 来源：《科技新时代》2022年第19期 作者： 张明、冉承平
[导读] 吊舱涉及精密机械、光学设计、传感器技术、信号处理、图像处理、自动控制等多个专业领域工作。坦克胶
张明、冉承平
中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 河南洛阳 471000
摘要：吊舱涉及精密机械、光学设计、传感器技术、信号处理、图像处理、自动控制等多个专业领域工作。坦克胶囊在军事领域发挥着重要作用，在民用领域也有相当大的发展，能够在许多应用领域迅速有效地应对突发情况，执行侦察、搜索等任务对研究至关重要。
关键词：光电吊舱；稳定控制；方法研究引言
光电吊舱一般安装陀螺仪，该算法允许惯性空间通过伺服驱动算法进行角度偏移。当梁的角度偏移时，可通过伺服驱动算法控制光通量的分量，以确保惯性空间的稳定性，并实时将光体的光波对准目标。但是当承运人在空中进行直线高速运动时，光电阴极视线无法补偿
由载波线性运动引起的视线偏移，光电阴极的光轴方向和成像视场可能随着线性运动而迅速变化 这对目标图像识别、目标跟踪、目标激光
照射制导等功能的实现有不好的影响。
一、光电吊舱简介
光电吊舱是一种机载光电探测系统，集成了可见光、红外、激光等多传感器，可以在白天和晚上对目标进行遥感成像、跟踪、激光照射、损伤效果评估等，是战斗机定位、监控、识别等重要设备总体而言，光电舱是模块化设计的，分为头部、线圈段、环形段和电子摄像
机4的大部分，这样可以通过飞机和MIL-STD-1553B数据总线传输数字信息，如图1所示。视景、红外视频图像通过复合视频传输到驾驶舱
中的显示器，用于驾驶员夜间和恶劣天气条件下的飞行和攻击。
二、研究背景及意义
光电吊舱用作通常安装在飞机外部(即机身下方)的光路的底盘。为了减少吊舱在航空母舰上暴露在空气中的阻力，外壳通常采用流线型结构。衰减使用户可以根据灯光照明设备中包含的灯光照明设备对目标进行检测、定位、跟踪和动态监视。例如，使用可见的高清摄像
科技成果——高精度多框架光电吊舱
科技成果——高精度多框架光电吊舱
技术开发单位
中国航天科技集团公司北京航天控制仪器研究所
技术简介
高精度多框架光电吊舱广泛应用于边界巡逻、海岸巡防、安全搜救、执法安全、森林防火、环境监视、输油管道检查、高压线检查、影视航拍等工作。多框架光电吊舱采用多框架架构技术，基于陀螺稳定原理，通过数字化和先进驱动技术，利用内外两层框架实现稳定控制，有效隔离载体运动向内部载荷平台的传导。机载多框架光电吊舱适用于直升机、固定翼等多种类型的有人/无人飞机，在强振动、大风阻等不利扰动环境下，保持吊舱内部载荷平台微弧级精度稳定。
机载多框架光电吊舱根据配备的载荷（如高清摄像机、红外传感器、激光测距仪、激光指示器等），完成影视拍摄、昼夜侦察、目标跟踪与定位及武器导引等功能。本项目的目标是研制配备高清摄像机的高精度五框架影视吊舱，并在高精度多框架控制技术成熟的基础上研制警用/军用吊舱，形成完整的多框架光电吊舱研发、生产与市场开拓体系。
技术指标
（1）稳定平台性能指标
方位轴：360°×n（连续）；俯仰轴：-20°到100°（光轴水平为0°）；最大角速度：≥60°/s；最大角加速度：≥60°/s2；光轴稳定精度：≤10μrad（RMS）； （2）综合要求
系统重量：≤45kg；工作海拔高度：＜6000m；直流电压：
23.5-29.5V；平均功耗：平均≤200W；最大：≤500W。
（3）环境条件
工作温度：-15℃到45℃；存储温度：-40℃到65℃；振动：正旋扫频，垂直轴向5g（20Hz-500Hz），水平方向2g（20Hz-500Hz）；电磁兼容性：根据GJB151A要求，保证与载机系统兼容工作。
技术特点
（1）高性能惯性器件的应用技术；
（2）多框架光电吊舱的数学模型建立与分析技术；
（3）多框架光电吊舱的先进控制技术；
（4）多框架光电吊舱的载荷应用与集成技术；
（5）多框架光电吊舱的高可靠性设计技术。
利用复合控制提高机载光电成像跟踪系统的跟踪精度
第４４卷 ２０１１正 第５期 ５月 截专机 ＭＩＣＲＯＭＯＴＯＲＳ Ｖｏ１．４４．Ｎｏ．５ Ｍａ ．２０１１
利用复合控制提高机载光电成像跟踪系统的跟踪精度
王蕾，吉书鹏
（中国空空导弹研究院，洛阳４７１００９）
摘要：跟踪精度是机载光电成像跟踪系统的重要性能。为了提高系统的跟踪精度，采用复合控制对跟踪回路进行 设计。首先，对跟踪系统中速度回路进行设计，然后分别对跟踪回路未加前馈和加前馈的控制方法进行设计。通过 对两种设计方法仿真表明：复合控制将跟踪系统的跟踪精度由３ 提高到０．０３ 。该方法已成功应用于某型机载光电 侦察设备，提高了系统的跟踪精度，具有较好的使用效果。 关键词：机载光电成像跟踪系统；复合控制；速度回路；前馈控制；跟踪回路；跟踪精度 中图分类号：ＴＭ４７６．５ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００１—６８４８（２０１１）０５．００９３．０４
Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ Ｔｒａｃｋｉｎｇ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｆｏｒ Ａｉｒｂｏｒｎｅ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｉｍａｇｉｎｇ
Ｔｒａｃｋｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｂｙ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ
ＷＡＮＧ Ｌｅｉ，ＪＩ Ｓｈｕｐｅｎｇ
（Ｃｈｉｎａ Ａｉｒｂｏｒｎｅ Ｍｉｓｓｉｌｅ Ａｃａｄｅｍｙ，Ｌｕｏｙａｎｇ Ｈｅｎａｎ ４７ １ ００９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｒａｃｋｉｎｇ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ａｉｒｂｏｒｎｅ ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ． Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ｔｒａｃｋｉｎｇ ｌｏｏｐ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂｙ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｃｏｎｔｒｏ１．Ｆｉｒｓｔ，ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｌｏｏｐ，ｔｈｅｎ ｗｉｔｈｏｕｔ ｆｅｅｄｆｏｒｗａｒｄ ａｎｄ ｗｉｔｈ ｆｅｅｄｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｌｏｏｐ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｗａｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｆｒｏｍ ３ ｔｏ ０．０３ ｂｙ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｃｏｎｔｒｏ１．Ｔｈｉｓ ｗａｙ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｃｅｒｔａｉｎ ａｉｒｂｏｒｎｅ ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｃｏｎｎａｉｓｓａｎｃｅ ｄｅｖｉｃｅ，ｔｒａｃｋｉｎｇ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｗａｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ａｎｄ ａｐｐｌｙｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔ ｗａｓ ｇｏｏｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｉｒｂｏｒｎｅ ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ；ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｌｏｏｐ；ｆｅｅｄｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｔｒａｃｋｉｎｇ ｌｏｏｐ；ｔｒａｃｋｉｎｇ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ
我国引进ELM2032雷达项目
我国引进EL M 2032雷达项目
歼-7FS战斗机及配备的EL/M-2032雷达，注意此时歼-7FS仍旧采用单三角
翼
在近日出现的我国歼-7系列战机图片中，首次公开歼-7FS配备了引进EL/M-2032脉冲多普勒雷达，这是我国首次证实曾经引进此型雷达。
EL/M-2032(图片中误将型号登为LE/M-2032)是由以色列ELTA系统公司研制的多功能机载火控雷达，其中EL就是ELTA的开头字母，M是代表着军用-
Military
罗马尼亚的米格-21枪骑兵配备的EL/M-2032雷达，天线注有ELTA(IAI指的是以色列飞机公司)
对于ELTA系统公司和EL/M-2032雷达，可能读者觉得陌生，如果笔者说费
尔康预警机，大家就会比较熟悉，其中费尔康预警机的有源相控阵雷达就是由ELTA系统公司研制的，编号为EL/M-2075，ELTA公司是以色列飞机工业公司
((IAI)的子公司，主要负责雷达及航空电子系统的研制，ELTA是目前国际上最
大的雷达研制、生产厂商之一，其产品包括机载、舰载、地面雷达、电子战、
通信及数据链甚至侦察卫星等，做为ELTA目前主要的机载雷达，以色列空军一
直要求在引进的F-16战斗机配备EL/M-2032雷达-其性能可见一斑，甚至在采购F-16I时以色列空军罕见的公开指责该机配备的AN/APG-68V-9雷达性能不达
标，以此要求换装EL/M-2032，不过美国人的态度明确而坚决-美制雷达是采购
美国战机的前提条件，做为对以色列的补偿，美国空军采用了以色列拉斐尔武
器发展局研制的LITENING光电瞄准吊舱，根据美国惯例美国空军装备的该吊舱
由美国诺格公司生产，编号为AN/AAQ-28。
著名的费尔康有源相控阵雷达就是ELTA的产品，编号EL/M-2075
从上世纪60年代起，以色列开始发展自己的航空工业，研制幼狮式等型号战斗机，做为重要的配套系统，ELTA开始研制装备这些飞机的雷达及火控系统，
机载光电跟踪系统的模糊自适应控制
第２９卷第６期 ２００９年１２月 西安工业大学学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｘｉ’ａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｖｏ１．２９ Ｎｏ．６ Ｄｅｃ．２００９
文章编号：１６７３—９９６５（２００９）０６—５６５—０５
机载光电跟踪系统的模糊自适应控制
高嵩，徐晓霞，肖秦琨，李智军
（西安工业大学电子信息工程学院，西安７１００３２）
摘 要： 为了提高机载光电跟踪伺服控制系统的控制性能，提出了一种基于模糊推理的变论 域自适应控制算法．详细论述了稳定跟踪系统的数学模型，并对变论域控制算法的原理进行了 详细介绍．采用变论域控制算法能够有效的避免对伸缩因子函数模型和模型参数的选择，同时 能够降低系统论域的反复调节，提高系统的收敛速度和控制精度．为了验证控制性能，利用经 典ＰＩＤ控制、模糊控制、模糊自适应ＰＩＤ控制三种算法对机栽光电稳定跟踪系统进行仿真比
较．仿真结果表明模糊自适应ＰＩＤ控制算法和经典ＰＩＤ控制相结合，在保持原有系统精度的
前提下，使机载光电跟踪伺服控制系统的动态性能得到了改善，不仅可以满足系统的精度要 求，还具有较强的自适应能力和鲁棒性． 关键词：机载光电跟踪系统；模糊控制；自适应；变论域
中图号：ＴＰ２７３ 文献标志码：Ａ
机载光电跟踪控制系统本身存在着不能精确 建模的非线性环节，在机载条件下，由于载机的振 动及机动目标的随动干扰，从而引起系统参数的变
化．而且随着被测目标性能的提高，对机载光电跟 踪设备的快速性提出了更高的要求．目前新的控制 算法不断出现，文献［１］采用多模控制技术来提高
直流伺服系统的快速性；文献［２］提出了关于模糊 控制的方法；文献［３］采用线性与ｐａｎｇ—ｐａｎｇ相结 合的“双模控制”方式，提高了飞行模拟器图像补偿
控制系统的动态性能，但是该系统属于一种计算机 引导控制，没有考虑到电视跟踪器对系统动态性能 的影响．综合考虑，经典的滞后超前控制算法很难