[發明專利]一種運動平臺地平式光電跟蹤系統抗滾動軸擾動方法

有效

• 申請號: 201811193249.3
• 申請日: 2018-10-14
• 公開（公告）號: CN109375651B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 毛耀;張超;于偉;李志俊;劉瓊;扈宏毅
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種運動平臺地平式光電跟蹤系統抗滾動軸擾動方法。安裝在運動平臺上的光電跟蹤系統，受到運動平臺姿態角振動的影響，引起視軸的不穩定。傳統的穩定視軸的方法是在機架俯仰和方位軸向上安裝角速率陀螺，通過閉環穩定機架的俯仰和方位軸的指向。而運動平臺的振動通常分布于俯仰、方位、滾動三個軸向上，高仰角條件下，平臺滾動軸的角振動會對視軸的穩定產生影響，而俯仰和方位軸陀螺由于正交關系無法測出滾動軸角振動，因而也就無法抑制其對視軸的擾動。本發明通過在光電跟蹤系統俯仰軸系上增加一個角速率陀螺，測量平臺滾動軸角振動引起的角速度ω_Z3，進而抑制其對視軸穩定的影響。

技術領域

本發明屬于光電系統跟蹤控制領域，涉及安裝在運動平臺的光電跟蹤系統抑制來自運動平臺姿態角振動引起的擾動的方法，具體來說就是安裝在運動平臺上的地平式光電跟蹤系統抑制平臺滾動軸角振動帶來的擾動的方法。

背景技術

安裝在運動平臺(車輛、艦船、飛機、衛星)的光電跟蹤系統，難免會受到載體姿態角振動帶來的對視軸的擾動。對于地平式光電跟蹤系統而言，目前傳統的穩定視軸的方法是在機架俯仰和方位軸向上安裝角速率陀螺，測量機架俯仰和方位軸的相對于慣性空間的角速度，進而通過閉環控制技術穩定機架俯仰和方位軸的指向(姬偉，《陀螺穩定光電跟蹤平臺伺服控制系統研究》，東南大學博士論文，2006年12月；劉翔，《艦載光電跟蹤視軸穩定技術》，中國科學院光電技術研究所碩士論文，2013年5月)。而運動平臺的姿態角振動通常分布于俯仰、方位、滾動三個軸向上，低仰角條件下，平臺滾動軸的角振動對視軸穩定的影響非常小，可以忽略不計；而高仰角條件下，平臺滾動軸的角振動對視軸穩定影響則明顯增加。對于地平式光電跟蹤系統而言，方位軸陀螺由于正交關系無法測出滾動軸的角振動，因而也就無法抑制其對視軸的擾動。本發明提出的方法可以解決地平式光電跟蹤系統不能抑制運動平臺滾動軸角振動對視軸的擾動這一問題。

目前沒有公開發表的文獻探討地平式光電跟蹤系統抑制載體平臺滾動軸角振動引起的擾動問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：克服運動平臺地平式光電系統現有的視軸穩定技術的不足，提供對運動平臺滾動軸角振動帶來的擾動的抑制能力。具體的，地平式光電跟蹤系統的機架通常由三個部分組成：基座、方位軸系、俯仰軸系，基座一般安裝在運動平臺上，二者之間存在隔振環節；方位軸系是光電跟蹤系統中可以圍繞方位軸的旋轉運動、但不隨俯仰軸運動的部件總稱；俯仰軸系則是光電跟蹤系統中可以圍繞俯仰軸進行旋轉運動的部件總稱。跟蹤目標時，地平式光電跟蹤系統的工作原理如附圖1所示，控制系統通過控制方位軸系和俯仰軸系的旋轉角度調整光電跟蹤系統的視軸(LOS,line of sight)，使視軸與目標視線(LOT,line of target)重合。基座和運動平臺間雖然存在隔振環節，但是平臺的姿態角抖動仍然會通過隔振環節對基座造成一定的擾動，進而影響視軸的穩定。

有關坐標系的定義如附圖2所示。定義運動平臺光電跟蹤系統所在地的地理坐標系為參考坐標系B₀，由于目標跟蹤過程時間很短，在這一過程中可以忽略地球自轉和公轉影響，該坐標系可以近似認為是一個慣性坐標系。

定義與運動平臺固聯的平臺坐標系B₁：坐標原點O₁取在基座質心；O₁Z₁軸與平臺方位軸(Yaw Axis)平行，O₁X₁軸與平臺俯仰軸(Pitch Axis)平行、O₁Y₁軸與平臺滾動軸(RollAxis)平行。穩定狀態下B₁和B₀之間存在姿態變換關系，可以用三軸姿態角描述，分別是載體俯仰角θ_pitch、偏航角θ_yaw、滾動角θ_roll。按照3-1-2的旋轉次序定義系統的姿態余弦矩陣C₁：