红外与激光工程
2023, 52(11): 20230151
1 中国科学院 光束控制重点实验室, 成都 610209
2 中国科学院 光电技术研究所, 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
为了提升高精度光电跟踪系统(ETS)的跟踪精度和其处理不确定性的能力, 设计了一种1型模糊滑模控制方法, 模糊控制用于在线自适应调整滑模控制(SMC)切换项参数; 并采用区间2型模糊滑模控制(IT2FSMC)方法来提高系统处理不确定性的能力,进而提升跟踪精度, 同时降低SMC抖振; 此外, 用粒子群优化算法来保证选取的SMC参数相对最优, 并对提出的各种控制方法进行了理论分析和实验对比。结果表明, IT2FSMC能在降低SMC抖振的同时将SMC的稳态误差降低54.43%。仿真和实验分析验证了所提出控制方法在ETS中的有效性。
激光技术 高精度光电跟踪系统 模糊滑模控制 抖振抑制 参数优化 laser technique high precision electro-optical tracking system fuzzy sliding mode control chattering reduction parameters optimization
1 陆军工程大学石家庄校区电子与光学工程系, 河北石家庄 050003
2 中国人民解放军 32181部队, 河北石家庄 050000
3 石家庄铁道大学电气与电子工程学院, 河北石家庄 050043
为实现在光电跟踪系统条件下的高精度测量并且满足复杂环境下高精度目标匹配, 本文选用去均值归一化互相关匹配算法。为提高匹配速度以及跟踪实时性, 利用和表法计算公式中图像求和、平方和图像匹配互相关来简化计算复杂度；采用小波分层金字塔法作为搜索策略, 并将模板质心作为参考点进行十字形搜索, 引入终止阈值减少误匹配点进一步提高搜索速度。为验证该算法的有效性, 实验中将光电跟踪系统放置在二维转台上, 调整转台利用该算法跟踪目标靶板。实验结果表明, 目标脱靶量控制在 3个像素以内, 该算法在光电跟踪系统上可实现高精度稳定跟踪。
模板匹配 光电跟踪系统 归一化互相关匹配 和表法 小波金字塔 image matching optoelectronic tracking system normalized cross correlation sum-table scheme wavelet pyramid
夏文强 1,2,3何秋农 1,2,3段倩文 1,2,3周翕 1,2,3[ ... ]毛耀 1,2,3,*
1 中国科学院光束控制重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
3 中国科学院大学，北京 100049
在一类仅安装MEMS加速度计和图像传感器的光电跟踪系统中，等效加速度前馈控制方法能够有效提高系统的跟踪能力。但是，加速度计低频噪声、目标合成轨迹延迟和运动模型不确定性，会对跟踪效果带来限制。因此，本文提出一种基于传感器优化与鲁棒预测的等效加速度前馈方法，来进一步提升系统的跟踪能力。使用加速度计测量值和系统加速度模型计算值进行频域融合，可以优化加速度计的低频性能；而采用鲁棒预测算法，能够减弱目标合成轨迹延迟及运动模型不确定性的影响，获得更准确的加速度前馈值。实验结果表明，该方法可以提高系统在0.1 Hz~4.5 Hz的跟踪能力。
等效加速度前馈 传感器优化 鲁棒预测 光电跟踪系统 equivalent acceleration feedforward sensor optimization robust prediction photoelectric tracking
1 中国科学院光束控制重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
3 中国科学院大学，北京 100049
对于光电跟踪系统来说，图像传感器例如电荷耦合器件(CCD)只能够探测脱靶量即偏差信息，而无法得到目标运动轨迹，所以，大多数情况下在目标跟踪回路不能直接实现前馈控制，这限制了系统的闭环跟踪性能。本文采用了一种基于误差观测器的等效前馈控制方法来提高运动平台光电跟踪系统的跟踪性能。该方法是在原有的反馈控制回路的基础上加入一个观测前馈通路，通过优化前馈滤波器提高闭环性能。由于是基于最终的视觉误差的观测，该方法对目标跟踪和扰动抑制同时起作用，既可以应用到地基跟踪也可以应用于运动平台上。前馈滤波器没有采用简单的一阶低通滤波器而是选择Q31滤波器。仿真和实验表明，与传统控制方法相比，这种基于误差观测器的控制方法能够有效提高系统的低频跟踪性能。
视轴偏差 运动平台 前馈控制 光电跟踪系统 line of sight error moving platforms feedforward control optic-electro tracking systems
强激光与粒子束
2020, 32(8): 081001
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
为了进一步提高光电跟踪系统的目标捕获和跟踪性能, 提出了一种基于变增益趋近律的级联滑模控制方法。基于反双曲正弦函数和幂次项设计了新型变增益滑模趋近律, 在提高滑模面趋近速度的同时抑制滑模抖振现象; 基于变增益滑模趋近律设计速度环和位置环滑模控制器构成级联滑模控制, 以提高系统的动态响应性能和鲁棒性, 提高系统对目标的捕获能力和跟踪精度。最后, 以某球形光电跟踪系统的方位轴作为控制对象, 进行了传统级联PI控制和级联滑模控制方法的对比分析。实验结果表明, 相比于传统级联PI控制, 捕获速度为1 (°)/s的目标时, 级联滑模控制可以将目标捕获时间减小32%; 跟踪等效最大速度为4 (°)/s和最大加速度为2 (°)/s2的正弦引导信号, 可将跟踪误差RMS值减小31%, 采用级联滑模控制可有效提高跟踪系统的控制性能。
光电跟踪系统 变增益趋近律 级联滑模控制 目标捕获 目标跟踪 photoelectric tracking system variable gain reaching law cascade sliding mode control target acquisition target tracking
1 江苏工程职业技术学院机电学院,江苏 南通 226014
2 东南大学自动化学院,南京 210096
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。
舰载光电跟踪系统 永磁同步电机 非线性干扰 干扰观测器 扰动补偿 ship-based EOTS PMSM nonlinear disturbance disturbance observer disturbance compensation
1 中国科学院光束控制重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京100049
4 成都理工大学 旅游与城乡规划学院, 四川 成都 610059
针对三轴光电跟踪系统对空间目标捕获方案的设计问题, 首先分析了影响三轴光电跟踪系统捕获空间目标存在的误差源并对主要误差进行了误差估计, 即轨道预报误差和三轴指向误差。接着建立了主要误差到不确定区域(Field of uncertain, FOU)的误差传递关系, 利用所建的传递关系计算出了不确定区域, 并根据不确定区域的大小、形状以及分布类型设计搜索扫描方式。以不确定区域形状为椭圆且服从二维正态分布为例, 设计的搜索扫描方式为分行螺旋扫描。最后对该扫描捕获方法进行了数值仿真, 验证了该方法的正确性。经过仿真计算, 在捕获概率为98%的情况下, 目标的平均捕获时间为10.52 s。该方法为三轴光电跟踪系统捕获空间目标提供了一定的理论基础。
计算机仿真 搜索扫描方式 不确定区域 三轴光电跟踪系统 computer simulation search scanning mode field of uncertain three-axis photoelectric tracking system 红外与激光工程
2018, 47(12): 1217003
1 长春理工大学, 吉林 长春 130012
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
1 000 mm口径主镜的光机装调质量直接影响望远镜光学系统的成像效果。为了改善大口径光电跟踪系统的成像质量, 本文对主镜的装调技术进行了研究。首先, 对影响主镜面形精度的误差进行分配; 其次, 结合具体的主镜支撑结构的形式, 采用典型装调方法对800 mm口径主镜进行详细的装调研究, 实时测得主镜的面形精度; 最后, 综合分析产生装调误差的来源, 提出了一种加工、检测、装调一体化的高精度装调方法。该方法使得1 000 mm主镜在装调后的面形精度波像差RMS值达到了λ/40, 在提高装调质量的情况下显著提高了装调效率。
光电跟踪系统 主镜支承结构 大口径 装调技术 photoelectric tracking system primary mirror bearing structure large aperture alignment technology
