[發(fā)明專利]一種旋轉(zhuǎn)雙棱鏡快速平滑跟蹤目標(biāo)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210248793.3
• 申請(qǐng)日: 2022-03-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114625179B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李錦英;夏華陽(yáng);夏運(yùn)霞;袁良柱;溫飄;張文雪;黃永梅;包啟亮;馬浩統(tǒng);雍立煒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G05D3/12
• 分類號(hào): G05D3/12
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 江亞平

本發(fā)明公開(kāi)了一種旋轉(zhuǎn)雙棱鏡快速跟蹤目標(biāo)方法，該方法通過(guò)將旋轉(zhuǎn)雙棱鏡非線性問(wèn)題近似線性化，減小因非線性帶來(lái)的對(duì)目標(biāo)跟蹤能力的影響。其核心在于將系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)閉環(huán)跟蹤的控制器增益設(shè)計(jì)為以目標(biāo)俯仰角為自變量的函數(shù)，以克服目標(biāo)在接近旋轉(zhuǎn)雙棱鏡系統(tǒng)盲區(qū)和最大視場(chǎng)附近時(shí)導(dǎo)致的棱鏡速率大，跟蹤能力下降的問(wèn)題。本發(fā)明旋轉(zhuǎn)雙棱鏡快速跟蹤目標(biāo)方法能夠?qū)δ繕?biāo)進(jìn)行快速平滑閉環(huán)跟蹤。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電跟蹤領(lǐng)域，具體涉及一種旋轉(zhuǎn)雙棱鏡快速平滑跟蹤目標(biāo)方法。

背景技術(shù)

在光電跟蹤領(lǐng)域通常采用萬(wàn)向架和快反鏡作為目標(biāo)跟蹤的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，萬(wàn)向架機(jī)構(gòu)可進(jìn)行大角度偏轉(zhuǎn)，適用于對(duì)運(yùn)動(dòng)范圍大的目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，但萬(wàn)向架結(jié)構(gòu)體積大，慣性大、動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差。快反鏡響應(yīng)速度快，跟蹤精度高，但偏轉(zhuǎn)角度小，不適用于運(yùn)動(dòng)范圍較大的目標(biāo)。

旋轉(zhuǎn)雙棱鏡通過(guò)兩個(gè)棱鏡共軸排列獨(dú)立旋轉(zhuǎn)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、指向精度高、體積小，動(dòng)態(tài)性能強(qiáng)、可實(shí)現(xiàn)大口徑光束大角度偏轉(zhuǎn)等特點(diǎn)，作為目標(biāo)跟蹤的執(zhí)行機(jī)構(gòu)相對(duì)于傳統(tǒng)萬(wàn)向架等機(jī)構(gòu)有一定優(yōu)勢(shì)。

傳統(tǒng)的目標(biāo)跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)萬(wàn)向架和快反鏡，其光束指向與機(jī)構(gòu)偏轉(zhuǎn)角度為線性關(guān)系，而旋轉(zhuǎn)雙棱鏡系統(tǒng)光束指向與棱鏡旋轉(zhuǎn)角度之間為非線性關(guān)系。在先技術(shù)(參見(jiàn)李錦英等專利：CN106802672A)提出了旋轉(zhuǎn)雙棱鏡用于目標(biāo)實(shí)時(shí)跟蹤的閉環(huán)控制方法，但所提出的方法中并不涉及旋轉(zhuǎn)雙棱鏡系統(tǒng)因非線性帶來(lái)的目標(biāo)跟蹤能力下降的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)的應(yīng)用難題是：旋轉(zhuǎn)雙棱鏡系統(tǒng)中光束指向與棱鏡旋轉(zhuǎn)角度之間有著非線性關(guān)系，且在目標(biāo)位于旋轉(zhuǎn)雙棱鏡系統(tǒng)盲區(qū)和最大視場(chǎng)附近，非線性關(guān)系增強(qiáng)，棱鏡旋轉(zhuǎn)速率增大，導(dǎo)致系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)時(shí)跟蹤動(dòng)態(tài)響應(yīng)下降，跟蹤能力不足。由于非線性因素的存在，采用傳統(tǒng)的閉環(huán)控制方法，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的快速平滑跟蹤。

本發(fā)明產(chǎn)生的實(shí)際意義為：通過(guò)將傳統(tǒng)閉環(huán)控制器的增益設(shè)計(jì)為目標(biāo)俯仰角的自變量函數(shù)，以適應(yīng)目標(biāo)位于旋轉(zhuǎn)雙棱鏡系統(tǒng)不同視場(chǎng)位置帶來(lái)的非線性影響。當(dāng)非線性增強(qiáng)棱鏡速率增大跟蹤誤差大時(shí)，控制器比例增益增大，加快系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)。當(dāng)非線性影響小棱鏡速率變化不大跟蹤誤差小時(shí)，減小控制器比例增益，保證系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。變?cè)鲆婵刂破骺梢允沟眯D(zhuǎn)雙棱鏡系統(tǒng)局部線性化，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的快速平滑跟蹤。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種旋轉(zhuǎn)雙棱鏡快速平滑跟蹤目標(biāo)方法，具體步驟如下：

步驟1)、旋轉(zhuǎn)雙棱鏡用于目標(biāo)跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)目標(biāo)跟蹤時(shí)，根據(jù)目標(biāo)引導(dǎo)方位角Θ、俯仰角Φ，采用一階近軸近似理論反解得到棱鏡旋轉(zhuǎn)角度θ₁和θ₂：

其中，δ₁、δ₂為光束依次通過(guò)兩棱鏡后的折射角度，只與兩棱鏡的折射率n₁、n₂和頂角α₁、α₂有關(guān)：

δ₁＝α₁(n₁-1)???(3)

δ₂＝α₂(n₂-1)???(4)

步驟2)、電機(jī)帶動(dòng)兩棱鏡旋轉(zhuǎn)角度θ₁和θ₂，目標(biāo)依次通過(guò)兩棱鏡折射后到達(dá)圖像探測(cè)器上，此時(shí)圖像探測(cè)器上存在脫靶量，將脫靶量送入到控制系統(tǒng)中，作為閉環(huán)控制器的輸入信息。將控制器的比例增益設(shè)計(jì)為以目標(biāo)俯仰角為自變量的函數(shù)，比例增益分為俯仰角誤差比例增益K_E、方位角誤差比例增益K_A：