为了降低扰动转矩变化对导引头伺服控制系统的影响, 提出了一种基于扰动转矩估计的自适应内模控制方案。首先建立导引头伺服控制系统的数学模型, 设计系统的内模控制器; 接着采用扰动转矩估计的方法, 辨识导引头伺服控制系统转动惯量的变化情况; 最后根据转动惯量的变化、通过线性自适应率自动调整内模控制器的参数, 从而确保控制器的控制性能。实验结果表明, 该控制方案对系统工况变化有着很强的自适应性, 提高了导引头伺服控制系统的抗干扰性能和鲁棒性, 取得了较好的控制效果。

光电搜跟系统在低速跟踪状态工作时, 由于转轴之间存在非线性摩擦力矩, 会引起跳动或“爬行”现象, 非线性摩擦力矩还会降低角分辨率和重复精度, 对跟踪精度的影响很大。对此, 提出了一种基于遗传算法的摩擦建模与补偿方法: 首先, 选取Stribeck摩擦模型, 利用遗传算法辨识光电搜跟系统的Stribeck摩擦模型, 以获得较高的模型拟合程度, 降低拟合误差; 在此基础上, 对所辨识出的摩擦进行前馈补偿, 以减小非线性摩擦力矩对光电搜跟系统性能的影响; 仿真和实物实验证明了所提方案的有效性, 提高了光电搜跟系统的控制性能, 取得了较好的补偿效果。

设计了一种永磁同步电机驱动的舰载光电跟踪系统, 利用光纤陀螺实时检测光电跟踪器的运动状态, 由永磁同步电机通过齿轮间接驱动光电跟踪系统, 使其在惯性空间保持稳定。不同于陆基光电跟踪系统, 舰船受风浪影响所产生的摇摆运动会耦合到舰载光电跟踪系统, 对其跟踪性能产生较大的影响。为了减小舰船摇摆带来的影响, 降低齿轮间隙、死区、摩擦、系统模型失配等扰动的影响, 设计了舰载光电跟踪系统的干扰观测器(DOB), 利用DOB观测出包括舰船摇摆所造成的各种扰动, 将其作为补偿信号前馈到控制输入端, 减小非线性扰动对系统的影响。实验结果表明, 该方法能提高光电跟踪伺服控制单元的抗干扰能力, 有效提升系统的控制性能。

初始的光学隐蔽深度模型(OCD)是在海水光学性质均匀的条件下建立的,针对光学性质均匀水体假定条件下的光学隐蔽深度模型缺乏普适性的缺点,基于海水中对比度传输方程,在垂向方向上把海水划分为多个光学性质相似的均匀层,并依此建立非均匀海水条件下光学隐蔽深度(OCD_LAYER)模型。计算并分析了观测天顶角、海水体衰减系数和潜器表面反射率对非均匀海水条件下光学隐蔽深度模型的影响。使用潜模和光学隐蔽深度测量系统在近岸完成模型的实验验证和效果分析。使用3 m水柱漫衰减系数均值,OCD模型的平均均方根误差为1.19 m,平均绝对误差为1.19 m,平均相对误差为48.77%,OCD_LAYER模型的平均均方根误差为1.05 m,平均绝对误差为0.89 m,平均相对误差为36.18%。实验结果表明,OCD_LAYER模型准确性更高,误差更低,结果更可靠。

为采用卫星遥感数据反演的方法获取水下潜行器的光学隐蔽深度，实现时间和空间上大范围、大尺度的测量，为水下航行器搭载的光学隐蔽深度测量装置提供新的校验途径，提出了一种基于准分析算法的光学隐蔽深度卫星反演方法。根据光学隐蔽深度模型，使用Aqua-MODIS以及Terra-MODIS卫星的日网格化遥感反射比数据，先对数据进行预处理，完成遥感反射比数据的质量控制和Aqua、Terra卫星数据的交叉校准，再根据准分析算法和Doron算法建立卫星反演光学隐蔽深度模型，制作特定海区光学隐蔽深度融合产品。在模型中输入443，488，555 nm波段的遥感反射比数据，数据等级为L3m，空间分辨率为4 km，数据的经度范围为100°E~125°E，纬度范围为10°N~38°N。结果表明：基于准分析算法的光学隐蔽深度卫星反演技术路径可行，开拓了光学隐蔽深度获取的新方式，为水下光学隐蔽深度测量装置提供了校验方法，并为水下光学隐蔽深度相关探测与反探测等**应用提供了重要的理论支撑。

为实现水下对航行器光学探测，研究了水下环境光学特性测量机理，确立了海洋下行辐射、海洋上行辐射测量方法。在分析海洋下行辐射分布规律的基础上，简化了海洋下行辐射模型，建立了Janus海洋下行辐照度测量模型，设计了辐照度光学探头，确定了海洋上行辐射测量方法，并完成光学探头的响应度定标设计。分析表明，下行辐照度由标量辐照度、散射系数、体积衰减系数和漫衰减系数共同决定，均匀角分布入射辐射率，当入射角小于70°时，余弦误差小于5％，采用的Janus设计优化了海洋下行辐照度的测量。海洋下行辐射、海洋上行辐射测量方法的建立，为水下实现目标环境光学特性测量奠定了技术理论支撑。

为了保障航行器水下航行时对可见光波段光学隐蔽的需求, 以及实时测量其所在位置的光学隐蔽深度, 设计了小型化可见光波段的光学隐蔽深度测量系统。根据光学隐蔽深度模型, 优化设计了海水上行辐照度、海水下行辐照度、海水漫衰减系数、海水体衰减系数的测量方法。优化设计后的系统有21个测量通道, 测量光谱为390～667 nm, 工作深度可达50 m。进行了海上试验, 试验结果显示: 在天气良好的条件下, 水下航行器在520～560 nm可见光波段内存在暴露窗口, 同时测得特征长度为0.75 m的模型的光学隐蔽深度为3.5 m。得到的结果表明, 设计的小型化可见光波段光学隐蔽深度测量系统可以实现光学隐蔽深度的测量, 测量装置具有体积小、重量轻、系统性能稳定等优点, 适用于水下航行器搭载, 可为下一步实现可自主升降的光学隐蔽深度测量系统设计提供理论技术支撑。

为了实现对水下航行器光学隐蔽深度的实时测量，研制了水下航行器光学隐蔽深度测量系统。根据目标背景对比度的传输理论，分析了目标背景对比度在海水、大气、海面的传输特性，建立了水下航行器光学隐蔽深度模型。基于该模型分析了测量水下航行器光学隐蔽深度所需要的参数，设计了测量海水上行辐照度、海水下行辐照度、海水体衰减性系数、海水漫衰减性系数和水下航行器表面反射率的测量方法，并完成一次海上试验。试验测得良好天气情况下特征尺度为12 m的水下航行器的光学隐蔽深度为25～35 m。试验结果表明，设计的测量系统可以实现对水下航行器光学隐蔽深度测量，并适用于各类潜艇。由于改变了传统的在水面进行深度测量的方式，该系统工作稳定可靠，提高了隐蔽性和对海域测量的准度，可为水下作战决策提供帮助。