为了评估光电平台系统激光照射器对目标的照射精度, 理论分析和数值计算了由大气湍流效应引起的激光照射误差; 同时结合光电平台系统和激光光斑测量设备, 对光电平台系统自身可见光瞄准分系统和激光照射分系统的光轴不平行度引起的照射误差进行了实验实测, 三次实验测得的照射误差依次为0.352 5 mrad、0.521 9 mrad和0.511 3 mrad。结果表明: 随着照射距离和湍流强度的增加, 系统的照射误差迅速增大; 平台自身光轴不平行度引起的照射误差在毫弧度量级, 远大于大气湍流效应引起的照射误差。该结果为光电平台系统激光照射精度的误差量化分析提供技术支撑。

针对两轴两框架光电平台电机存在的非线性以及方位与俯仰轴系之间互相影响产生的耦合对控制精度的影响,提出一种基于逆系统的光电平台非线性解耦控制方法。根据两轴光电平台方位与俯仰框架的动力学模型,建立状态空间方程,然后设计逆系统,获取系统的状态变量,并将逆系统与原系统进行串联得到一个伪线性系统,使原来的单个耦合非线性多输入多输出系统转换为两个线性解耦单输入单输出子系统,以消除方位俯仰轴系之间存在的非线性强耦合。在Matlab中建立系统仿真平台,仿真结果表明,所设计的基于逆系统的光电平台非线性解耦方法可以有效减小方位与俯仰轴系之间的耦合,提升平台系统的稳定精度。

采用陀螺仪直接测量光电平台内部载荷的惯性角速度构建反馈，可以在运动载体上控制视轴惯性角速度，实现稳定成像。陀螺捷联惯性稳定控制能够构建前馈，有效提高系统带宽、减小控制误差，但对陀螺安装位置有要求。本文提出了在陀螺直接反馈的机械安装条件下等价捷联稳定的控制方法，并考虑平台基座约束条件建立了动力学模型。该模型显露了光电平台基座安装刚度引入的 谐振问题。针对被控对象中的一对谐振和反谐振环节，基于稳定的零极点对消设计滤波器消除谐振。综合利用陀螺直接测量的框架惯性角速度和编码器测量的机械框架相对转角构建等价捷联惯性稳 定回路。在等价捷联惯性稳定回路中，采用内回路干扰抑制结合基于逆模型前馈的复合控制方法，有效拓展控制带宽，提高对指令的跟踪精度和对载体姿态晃动的隔离性能。仿真和实验结果表明： 该方法有效抑制了安装基座弹性约束力矩的谐振，且与陀螺直接反馈控制相比性能更优。对幅值为1 (°)/s、频率为1 Hz的典型正弦角速度指令进行跟踪，均方根误差由1.75 (°)/s减小到0.23 (°)/s，在1 Hz处扰动隔离度由18%减小到2%。

针对影响光电平台控制精度的载体速度扰动以及测量噪声等因素, 设计了扰动自抗扰以及滤波控制的两部分控制策略。首先, 通过分析光电平台伺服系统速度稳定环的数学模型中扰动作用原理, 等效各个扰动作用并提出扰动总和思想, 设计了基于降阶扩张状态观测器的自抗扰控制器。其次, 利用卡尔曼滤波器对系统中测量噪声进行了滤波处理, 降低了扩张状态观测器的估计误差。最后, 详细地进行了传统PI控制系统与文中设计的卡尔曼自抗扰控制系统的对比实验。实验结果表明, 在设计带宽相同的情况下, 卡尔曼自抗扰控制系统相比PI控制系统的阶跃响应稳定时间减小32.53%, 超调幅值减小72.73%; 当使用摇摆台引入幅值为1°频率、在2.5 Hz以内的正弦扰动时, 卡尔曼自抗扰控制系统较PI控制系统的扰动隔离度提升了54.67%以上; 在系统模型参数改变±15%范围内, 卡尔曼自抗扰控制系统仍具有优异的扰动隔离性能, 表现出较强鲁棒性, 满足光电平台视轴稳定的性能要求, 对提升视轴稳定精度有较高实用价值。

为了进一步提高光电平台伺服控制系统的抗扰动能力，提出一种基于自抗扰控制器的改进型速度稳定回路。首先，分析了平台视轴稳定回路的数学模型并引入电流环对其进行了化简，通过伺服控制系统中扰动作用原理，引入扰动总和的思想。然后，设计含有降阶扩张状态观测器的自抗扰控制器，对扰动总和实时观测并进行线性化前馈补偿。最后，以某型车载光电平台为控制对象，进行了PI控制器与自抗扰控制器的对比实验。实验结果表明，采用自抗扰控制器伺服控制系统相比PI控制法的阶跃响应速度更快，超调幅值仅为PI控制法的26.98%。使用摇摆台引入的频率为2.5 Hz的正弦扰动，系统稳态误差幅值仅为PI控制法的9.76%。在系统模型参数改变±15%范围内，自抗扰控制器仍具有良好的抗扰能力，表现出很强的鲁棒性，满足光电平台的性能要求，对提升平台抗扰能力有着较高的实用性。

针对一种新型舰载三轴自稳定光电平台控制系统, 在指定的空间光电指向和光电设备安装方式条件下, 通过坐标变换, 建立了一种三轴自稳定平台载体扰动补偿模型, 用以实时补偿船体的艏摇、横摇、纵摇对光电指向精度的影响。在此基础上, 建立了控制系统模型。为抑制控制系统的低速非线性, 提高舰载自稳定系统的指向精度, 设计了扰动观测器。仿真结果表明, 扰动观测器方法在补偿系统非线性方面具有很好的效果, 整个控制系统可行性良好。

为保证光电平台视轴稳定精度, 在装配阶段需要通过配平来最小化其静不平衡力矩。为降低某两轴四框架形式机载光电平台的静不平衡力矩, 建立了一种多传感器布局优化设计方法。以各传感器的布局位置为变量, 基于有限包络圆方法实现各传感器间的不干涉约束, 快速得到具有较小静不平衡力矩的传感器布局方案。该方法成功将某光电平台关于内方位、内俯仰运动轴系的静不平衡力矩分别降低了45%和68%, 有效降低了配平质量, 提高了光电平台性能。

为消除机载光电平台视轴横滚运动导致的视频图像旋转, 提出一种基于FPGA处理平台的实时图像消旋方法。针对每一帧视频图像, 先锁定光电平台惯导系统当前输出横滚角, 利用快速图像消旋算法对视频图像进行反向旋转, 完成机载光电平台视频图像消旋。整个消旋处理系统仅采用单片FPGA实现, 能够实现分辨率为1 024×1 024任意角度旋转的机载光电平台视频图像30 frame/s的实时消旋处理, 消旋角度分辨率为01°, 消旋位置误差小于1个像素。

分析了随机振动对调制传递函数的影响,指出角位移是影响航空成像质量的主要因素.研究了特定条件下可容许的MTF下降,并转变为稳定系统的设计参量,用来指导稳像系统的设计.利用空间机构学及平行四边形平动原理,研制了一种新的无角位移减振稳像平台,满足既无角位移又达到减振要求.根据设计理论给出了设计实例,对频率高于100 HZ的振动,衰减达34 dB,并利用动力学软件进行测试仿真,仿真曲线验证无角位移减振的正确性,同时对无角位移机构进行光学测试,结果耦合角度小于8″,可以满足航空成像要求.

伺服控制是光电稳定平台的关键技术之一。提高控制刚度能够增强隔离载体扰动的效果，但同时可能导致系统不稳定。论文结合理论和试验建立了光电稳定伺服控制系统的简化数学模型，推导出系统控制刚度表达式，指出提高控制刚度的方法；利用劳斯判据求解出系统稳定的解析条件式，描述了稳定性与控制刚度之间的矛盾，并指出陀螺是矛盾关键。论文研究结论得到了仿真和试验验证，对工程实践具有参考价值。