[發明專利]適用于光電跟蹤系統的精跟蹤控制算法驗證系統及方法

有效

• 申請號: 201710639053.1
• 申請日: 2017-07-31
• 公開（公告）號: CN107272664B
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發明（設計）人: 劉永凱;張玉良;高世杰;王建立;盛磊;傘曉剛;曾飛;耿天文;陳云善;張興亮
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所(普通合伙) 22210
• 代理人: 陶尊新

適用于光電跟蹤設備的精跟蹤算法驗證系統及驗證方法涉及一種精跟蹤控制算法的驗證系統及方法，該系統包括：半導體激光器、發射光纖、離軸長焦平行光管、擾動模擬器、擾動模擬器驅動器、擾動控制電路板、精跟蹤執行機構、精跟蹤驅動器、精跟蹤控制電路板、主控計算機、同軸望遠鏡系統、CMOS圖像傳感器和光斑圖像顯示器。擾動控制電路板擾動，精跟蹤控制電路板依待驗證控制算法進行跟蹤，分別記錄光斑位置信息，并計算未跟蹤脫靶量K與跟蹤后脫靶量V，計算隔離度評價該算法的有效性，本發明應用于需要使用精跟蹤系統的光電設備，使用者可在不具備實際設備調試條件下，進行精跟蹤跟蹤控制算法實物驗證，且系統簡單，使用性高。

技術領域

本發明涉及一種精跟蹤控制算法的驗證系統及方法，具體涉及一種適用于光電跟蹤設備的精跟蹤算法驗證系統及驗證方法。

背景技術

許多光電系統，如激光通信、激光測距、深空觀測和激光對抗等都對系統跟蹤目標的精度有著極高的要求，一些系統需要達到角秒級跟蹤精度才能正常工作。然而在實際使用環境中，由于工作距離遠、大氣湍流的影響、平臺振動以及系統自身諧振特性低等原因使得角秒級目標跟蹤技術較難實現，尤其是對于一些高頻抖動的小目標來說。

一般的單軸光電系統，由于跟蹤架慣量大、結構諧振頻率低，不能滿足系統對高頻抖動目標精確跟蹤的需求，因此引入復合軸系統，即采用具有高諧振頻率和控制帶寬的二級跟蹤軸系作為精跟蹤系統，采用傳統跟蹤架軸系作為一級粗跟蹤系統。這樣系統由粗、精跟蹤軸系組成復合軸控制系統，可實現對目標角秒級的跟蹤。

對于不同的復合軸光電系統，其使用目的、應用場合也不盡相同，因此需要針對其跟蹤目標特性的不同的使用不同的跟蹤控制算法及策略。很多時候，伺服控制人員需要在系統聯調前對其控制模型及算法的有效性進行必要的驗證，以減少系統聯調時間，提高設備調試效率。在不具備實物驗證的情況下，一般常采用計算機仿真的方法來驗證其控制算法的有效性，然而這種仿真驗證的方法與實際光路驗證的等效程度還不是很高，一些參數，如器件固有特性、環境擾動等因素仿真驗證方法不能很好的體現，因此有必要提出一種適用于復合軸光電跟蹤系統的精跟蹤控制算法驗證平臺，為精跟蹤控制算法提供一種合理、有效、便捷的驗證方法。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，本發明針對需要使用精跟蹤系統的光電設備，提供一種正確有效的方法驗證其精跟蹤控制系統算法的有效性，使伺服調試人員在不具備實際設備調試條件的情況下，可對精跟蹤控制算法進行實物驗證。

本發明解決技術問題所采用的技術方案如下：

適用于光電跟蹤系統的精跟蹤控制算法驗證系統，該系統包括：半導體激光器、發射光纖、離軸長焦平行光管、擾動模擬器、擾動模擬器驅動器、擾動控制電路板、精跟蹤執行機構、精跟蹤驅動器、精跟蹤控制電路板、主控計算機、同軸望遠鏡系統、CMOS圖像傳感器和光斑圖像顯示器；

半導體激光器發出的光束經發射光纖發射，經離軸長焦平行光管整形擴束輸出，經擾動模擬器和精跟蹤執行機構反射后進入同軸望遠鏡系統，經同軸望遠鏡系統聚焦后成像在CMOS圖像傳感器上，CMOS圖像傳感器所采集到的成像信息經精跟蹤控制電路板傳輸至主控計算機與光斑圖像顯示器，主控計算機對成像信息記錄與設置，光斑圖像顯示器實時顯示成像信息；主控計算機選擇擾動模式，通過擾動控制電路板生成擾動數據，經擾動模擬器驅動器生成擾動信號，擾動模擬器根據擾動信號對光束擾動，主控計算機將用戶編寫的待驗證控制算法導入精跟蹤控制電路板，經精跟蹤驅動器驅動精跟蹤執行機構對光束跟蹤。

適用于光電跟蹤系統的精跟蹤控制算法驗證系統的驗證方法，所述驗證方法包括如下步驟：

步驟一：打開半導體激光器，發射光纖調節至離軸長焦平行光管的焦點處，調試擾動模擬器和精跟蹤執行機構至保持零位，依次調節擾動模擬器、精跟蹤執行機構、入望遠鏡系統和CMOS圖像傳感器，使光束在CMOS圖像傳感器上成像，主控計算機記錄成像光斑的位置信息，并設置為零位；