为了进一步提高复合轴航空光电稳定平台的性能, 文中首先在硬件电路中采用电流环将复杂的电机模型简化为一阶模型, 同时保证电机的输出力矩稳定; 然后在PD控制器的基础上, 引入了自适应鲁棒控制器, 对快速反射镜进行位置控制和扰动抑制; 最后分别通过带宽测试实验、扰动抑制实验、视轴稳定实验和鲁棒性实验对其性能进行测试, 并采用DOB型音圈式-快速反射镜和压电陶瓷式-快速反射镜做对比。实验结果表明: 相比于传统的DOB型音圈式-快速反射镜系统, 本文控制方法的参数鲁棒性更强; 相比于传统的压电式-快速反射镜, 本文控制方法不仅视轴稳定精度与其不相上下, 还具有更大的行程。除此之外, 在80 Hz以内任意频率扰动的影响下, 基于ARC型音圈式-快速反射镜的复合轴航空光电稳定平台的视轴稳定精度均可以控制在5 μrad(RMS)以内; 同时在-40 ℃~50 ℃的温度条件下依然可以保持该性能, 远远优于DOB型音圈式-快速反射镜的效果。本文控制方法完全满足高精度航空光电稳定平台的性能要求, 对提高航空光电稳定平台控制系统的抗扰动性能具有较高的实用价值。

对航空光电稳定平台模型进行分析并利用电流环简化了平台模型。阐述了影响平台稳定性的扰动及抑制扰动的方法, 提出一种基于预报修正的自抗扰控制系统。首先, 提出了一种预报修正方法, 采用"先预报, 后修正"的方法来减小扰动观测值的滞后和超调; 然后, 设计了基于二阶扩张状态观测器的自抗扰控制系统, 对扰动进行线性化动态补偿; 最后, 在振动平台上对系统进行了速度稳定实验、目标跟踪实验和鲁棒性分析。结果表明, 与经典的平方滞后超前控制方法相比, 本文设计的控制方法对扰动的隔离度至少提高了5.88 dB。另外, 设计的系统具有很强的鲁棒性, 在系统参数改变±15%的范围内, 仍得到很好的控制效果。由于所设计的控制系统具有很强的实用性和鲁棒性, 在工程实际应用中提高了航空光电稳定平台的抗扰动性能。

为了提高光电陀螺稳定平台的隔离度, 改善其在速度扰动情况下的稳定精度和跟踪精度,将分数阶PIλ控制器引入到光电陀螺稳定平台的速率环控制中。首先, 说明了采用常规PI控制提高系统精度的弊端, 介绍了分数阶微积分和分数阶PIλDμ控制, 提出采用分数阶PIλ控制器来提高控制系统的控制精度。然后, 针对采用电流环的等效一阶纯积分控制对象, 提出基于稳定裕度和剪切频率的设计方法, 该方法同样适用于整数阶PI控制器。最后, 以机载光电陀螺稳定平台为研究对象, 分别采用分数阶PIλ和整数阶PI控制器进行了阶跃响应、速度扰动隔离和稳定精度的实验研究。实验结果表明, 采用分数阶PIλ控制器的系统具有阶跃响应超调量小的优点, 在幅值为3.14(°)/s, 频率为0.5 Hz的速度扰动下, 速度扰动隔离度提高了约38%, 稳定精度提高了约40%。实验表明, 与整数阶PI控制器相比, 采用分数阶PIλ控制器可在保证稳定裕度的前提下提高系统的控制精度, 且与整数阶PI控制器一样具有易于工程实现的优点。

航空遥感相机每秒传输的图像数据流很大, 在将图像数据存储到硬盘过程中,产生丢帧现象。为解决此问题, 文章以灵巧型双波段航空遥感相机为例,介绍了一种硬盘高速存储图像数据技术及具体实现方法。从多角度对图像数据丢帧现象进行了详细的理论分析; 在理论分析的基础上, 通过实验所得数据证明了分析的正确性, 明确指出图像数据在传输、存储过程中速率瓶颈所在; 在理论分析和实验数据基础上, 针对图像数据存储丢帧问题在硬件和软件两个方面提出了具体解决方法, 最终成功解决了图像数据丢帧问题, 图像数据无丢帧存储由8 帧/s提高到24 帧/s, 硬盘工作效率由51.6%提高到78.3%。

在动基座光电稳定平台伺服系统中引入了加速度反馈闭环以提高其动态性能。考虑准确建立动基座光电稳定平台控制对象模型难度很大，该加速度反馈闭环没有基于控制对象模型，而是通过直接测量角加速度信号来实现。仿真、分析结果表明，加速度反馈闭环的引入有效提高了伺服系统动态力矩刚度，并改善了伺服系统起动、制动性能。引入加速度反馈闭环后，动基座光电稳定平台伺服系统对摩擦力矩抑制能力明显提高; 对周期性扰动抑制能力提高了9.3 dB; 对速度阶跃响应超调量降低了4.9%，同时过渡过程也有极大的改善。该伺服系统不仅结构简单，鲁棒性强，且有较好的通用性。

应用变结构控制策略时,由于系统存在时间滞后、空间滞后、死区等不利条件,会导致系统运行到相平面中滑动面时出现不期望的抖振现象。本文分析了抖振对系统性能的影响及产生原因,针对伺服控制系统存在随机干扰和随机噪声的特性,提出一种基于卡尔曼滤波的指数趋近律滑模变结构控制算法,很好地抑制了抖振。仿真算例表明,与普通滑模控制算法相比,基于该算法的控制器无论在抖振抑制上还是在伺服系统动态品质改善上都具有良好效果。

机载光电平台光学镜头前的通光窗口须选用内外球心重合的等厚球形玻璃球罩，这是由于球罩在加工过程中产生的内外表面球心不重合会给视轴指向精度带来附加误差。本文根据光路图推导出了产生这种误差的数学表达式，分析了内外球心偏离对视轴指向精度的影响，进行了相关实验并对实验数据进行处理。实验结果表明，实测数据与数学理论推导结果吻合得很好。当某机载光电平台球罩的内外表面球心沿视场中心线的偏离达到0.26 mm时,45°视场处的视轴指向误差实测值达到0.075°,超出了0.029°(0.5 mrad)的允许值。为了将球罩加工误差带来的视轴指向偏差减小到理想值0.017°(0.3 mrad)以内，内外球心偏离必须控制在0.10 mm以内。根据分析结论重新加工了球罩内外表面，将球罩内外球心偏离控制在0.1 mm以内后，视轴误差均满足要求。

以高分辨力和抗电子干扰为突出特点的光电平台已成为近代军用飞机的必备装备与显著标志。本文根据近年来国外公开发表的资料,围绕21世纪服役的无人机光电载荷,有人固定翼飞机、有人旋翼飞机的光电吊舱和多传感器平台,尤其是配置在新一代联合攻击机F-35、“同温层堡垒”低空突防轰炸机B-52H、“枪骑兵”战略轰炸机B-1B、“扑食者”无人侦察/攻击机RQ-1A/B等当今活跃在局部战争中的军用飞机上的光电装备,分析了近代军用飞机光电系统的主要优点,指出了相关光电技术与设备的瓶颈与不足,论述了机载军用光电平台的发展趋势,探讨了当前急需解决的若干技术难点,期望以此为我国军用飞机光电平台的快速发展,以及早日赶上发达国家的相应水平尽献微力。