[發(fā)明專利]一種高精度的傳感器視軸伺服控制系統(tǒng)及其方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010554710.4
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN111880482A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱利鋒;盧華平;吳衛(wèi)邦;劉偉;邱云明;陳正飛;蔡君;劉易
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍陸軍軍事交通學(xué)院鎮(zhèn)江校區(qū)
• 主分類號: G05B19/414
• 分類號: G05B19/414
• 代理公司: 鎮(zhèn)江基德專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32306
• 代理人: 鄧月芳

本發(fā)明公開了一種高精度的傳感器視軸伺服控制系統(tǒng)，包括平臺穩(wěn)定機(jī)構(gòu)、目標(biāo)圖像跟蹤機(jī)構(gòu)和主控系統(tǒng)，所述的平臺穩(wěn)定機(jī)構(gòu)包括數(shù)字速率陀螺和陀螺反饋驅(qū)動器；所述的目標(biāo)圖像跟蹤機(jī)構(gòu)包括有紅外熱像儀、可見光攝像機(jī)和目標(biāo)跟蹤驅(qū)動器；所述的主控系統(tǒng)中裝載有陀螺穩(wěn)定程序和目標(biāo)圖像跟蹤程序。本發(fā)明中采用平臺穩(wěn)定機(jī)構(gòu)作為粗調(diào)的一級穩(wěn)定來消除船搖，并構(gòu)建有效計算的基礎(chǔ)，并采用目標(biāo)圖像跟蹤機(jī)構(gòu)作為精調(diào)的二級穩(wěn)定來保證跟蹤精度保證傳感器視軸的穩(wěn)定性。能夠?qū)崿F(xiàn)高可靠性、高精度的傳感器視軸伺服控制，有效保障了該傳感器視軸伺服控制系統(tǒng)應(yīng)用于光電/雷達(dá)一體化火控系統(tǒng)中面對復(fù)雜化、信息化、動態(tài)化的戰(zhàn)場環(huán)境時具有平衡的性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明具體涉及一種高精度的傳感器視軸伺服控制系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)

雷達(dá)/光電一體化火控系統(tǒng)通過高融合和集成，可以實現(xiàn)任務(wù)功能完備、穩(wěn)定精度高、操作使用方便等優(yōu)點，能適應(yīng)各類海上偵察、威懾和監(jiān)視等多任務(wù)的功能需求。而實現(xiàn)雷達(dá)/光電一體化火控系統(tǒng)高度依賴于伺服控制系統(tǒng)對各類光電傳感器視軸的控制，在現(xiàn)有技術(shù)中，一般采用以一個環(huán)架系統(tǒng)作為光電傳感器的整體穩(wěn)定控制方式，通過在平臺上放置陀螺來測量平臺的運(yùn)動，陀螺感測姿態(tài)角的變化經(jīng)過放大以后反饋給力矩電機(jī)，通過力矩電機(jī)驅(qū)動平臺使光電傳感器保持穩(wěn)定。但是完全依靠穩(wěn)定平臺來穩(wěn)定瞄準(zhǔn)線，受到的各種干擾較多，限制了穩(wěn)定精度的提高，無法實現(xiàn)在高度復(fù)雜化、信息化、動態(tài)化的場景中實現(xiàn)精密、迅捷的偵查和跟蹤效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種高精度的傳感器視軸伺服控制系統(tǒng)，包括平臺穩(wěn)定機(jī)構(gòu)、目標(biāo)圖像跟蹤機(jī)構(gòu)和主控系統(tǒng)，所述的平臺穩(wěn)定機(jī)構(gòu)包括數(shù)字速率陀螺和陀螺反饋驅(qū)動器，所述數(shù)字速率陀螺的帶寬為105Hz；所述的目標(biāo)圖像跟蹤機(jī)構(gòu)包括有紅外熱像儀、可見光攝像機(jī)和目標(biāo)跟蹤驅(qū)動器；所述的主控系統(tǒng)中裝載有陀螺穩(wěn)定程序和目標(biāo)圖像跟蹤程序。

為了有效計算和抵消船搖所需的控制量，所述的陀螺穩(wěn)定程序采用PID控制算法，所述的PID控制算法采用如下公式

式中，

k——采樣循環(huán)序號，k＝0，1，2……；

e(k)——第k個采樣時刻的速度偏差；

α——權(quán)值。

本算法實質(zhì)上是將本次控制量與前次控制量u(k-1)進(jìn)行加權(quán)平均。

于本實施例中，目標(biāo)圖像跟蹤必須通過選擇合理的跟蹤算法實現(xiàn)，為了保證跟蹤精度并減少計算量，所述的圖像跟蹤程序采用最小遠(yuǎn)距離匹配算法(MinimumFarDistance)，設(shè)當(dāng)前匹配過程中采用的閾值為T0，依據(jù)當(dāng)前的匹配點數(shù)量N和匹配置信度G，在[Tmin，Tmax]范圍內(nèi)動態(tài)調(diào)整下一幀匹配時采用的閾值T1，包括以下兩步：

步驟一：若N＞1，則T1＝max(Tmin，T0/2)，否則T1＝min(Tmax，T0+1)；若出現(xiàn)匹配點不唯一的情況時，迅速減小閾值，提高下一幀匹配的精確度；若當(dāng)匹配點只有一個時，逐漸增加閾值以獲得更好的抗噪聲和局部遮擋。

步驟二：當(dāng)G＜0.7，T1＝Tmax；當(dāng)0.7≤G＜0.8，T1＝max(Tmax－3，T0)；若當(dāng)前匹配信度很低，很可能是目標(biāo)區(qū)域出現(xiàn)了形變，則直接將閾值設(shè)為較大或最大。

本算法實質(zhì)上是一種動態(tài)調(diào)整像素相似性閾值的算法。當(dāng)出現(xiàn)N＞1的情況時，必須在幾個匹配點中選擇一個，隨機(jī)選取或順次選取是最簡單的，但對于減小模板漂移來說不是好的辦法。一般是在這幾個匹配點中再進(jìn)行一次篩選。由于點的數(shù)量很少，并且不是每次匹配過程都會運(yùn)行，因此計算量增加的代價并不大。雖然N＞1的情況無法避免，但它出現(xiàn)的概率已大大降低，并且由于采用了更好的篩選方法，因而模板漂移能夠顯著減緩。上述算法在具有較高的對抗噪聲和目標(biāo)形變能力，同時兼顧計算量的負(fù)載，是一種性能平衡且可靠性高的方案。