随着长焦共光路成像组件广泛应用于光电侦察吊舱, 长焦共光路光路中快反镜在复合轴稳像等方面的技术开发成为必然的趋势。文章介绍了长焦共光路成像组件的主要组成, 基于快反镜实现复合轴控制与回扫补偿控制的策略, 其工作时序和关键参数分析计算。开发了基于长焦共光路成像组件的快反镜, 一帧图像时间内同时实现二次稳像和回扫补偿的功能。提升了中高空光电侦察吊舱的侦察作用距离、稳像精度和搜索效率。

与U型台相比, T型转台具有高度低, 质量轻等优点, 但由于负载不均衡, 它的控制器较难设计。介绍了一种T型转台复合轴控制系统的设计与优化, 转台速度环采用“PI+超前算法”, 提高系统穿越频率, 改善系统动态性能, 同时针对周期性低频扰动进行实时动态补偿, 降低扰动对误差的影响。位置环小误差范围采用“PI+多重滞后环节”串联校正, 低频增益提高。并分析T型转台的复合轴控制方法, 在高精度跟瞄系统中仿真验证, 最终应用于某光电跟瞄转台, 跟踪精度优于10 μrad(RMS)。

为了提高光电跟踪系统的跟踪精度, 提出对粗跟踪环节设计共轴跟踪系统的方法, 在此基础上对精跟踪系统控制方法进行研究, 设计出自适应反演滑模控制器, 并将其运用于精跟踪系统构成基于共轴跟踪的双重复合轴系统。采用计算机模拟生成3种反舰导弹航路数据, 对该复合轴系统的跟踪效果进行仿真。仿真结果表明, 该系统均能精准、稳定地跟踪目标, 达到了舰载激光**跟瞄系统的精度要求。

为满足高机动装甲车辆对光电瞄准系统视轴高稳定精度的要求, 设计了光路中嵌入快速反射镜的反射镜式光电系统复合轴稳定平台。首先, 利用施奈尔反射镜定律的矢量方程, 构建系统视轴矢量方程, 研究其运动特性、稳定补偿原理; 然后, 分析了控制方法、控制系统频率特性, 分析结果显示, 传统稳定平台控制系统的截止频率26 Hz, 而复合控制系统的截止频率为215 Hz, 控制系统带宽提升了8倍以上; 最后, 构建了复合轴稳定平台实验装置、测试装置, 介绍了实验方法、稳定精度测试原理, 开展了复合轴平台与传统平台的稳定精度比较实验。实验结果表明, 在相同的实验条件下, 复合轴平台较传统平台的稳定精度提高了5倍以上, 反射镜式光电系统光路内嵌复合轴稳定平台能够实现光电瞄准镜的高精度稳定。

与双探测型复合轴系统相比，单探测型复合轴系统具有结构简单、成本低、可靠性高等优点，但它的控制解耦复杂程度是一大技术挑战。在激光对抗领域的高精度跟瞄系统中，控制解耦的复杂程度主要体现在粗精带宽的解耦匹配及粗精指向对准两个方面，文中重点突破技术核心难点之一——主子轴的对准关系转换问题，它的准确度决定了跟踪与瞄准的系统误差实时修正是否最优，直接影响到跟瞄精度。以两种常用的单探测型方式为例，阐述了单探测型复合轴系统组成原理，主子轴指向对准的重要性，并提出采用数据最小二乘拟合计算与专用仪器验证相结合的方法，实现高精度对准参数的确定。通过将解耦矩阵与控制器融合，实时进行粗精解耦控制来实现高精度跟瞄。外场试验测试和验证结果表明，该方法准确度达到系统要求，满足单探测型复合轴系统精跟踪优于2″的使用要求，并验证了单探测型复合轴系统能达到很好的跟瞄效果。

在单探测器型复合轴系统中, 子轴跟踪启动后, 主轴因没有适当的控制输入而处于开环状态, 易导致目标脱离视场。为了避免这种情况, 需要系统将精确的压电陶瓷(PZT)位置反馈给主轴。单独使用PZT振镜的开环系统时, 无法对PZT振镜的倾斜角度进行较高精度的控制, 若辅以检测补偿系统, 则可以提高系统的控制精度。目标位置检测对于振镜控制具有重要的作用, 它为开环状态下的伺服系统提供精确的控制信息, 以保证目标始终在视轴的中心位置。根据PZT振镜的物理结构特点, 研究单探测器型复合轴系统中振镜位置的检测方法, 给出电路的设计原理, 同时提出一种新的利用光学自准直仪的标定方法; 给出控制公式, 并重复进行多组实验, 以对控制公式进行验证。实验结果表明, 控制误差可以保证在20 μrad以内。该研究结果为单探测器型复合轴的控制系统设计提供了基础。

针对高速运动的车辆对光电系统的需求, 提出利用快速反射镜代替原有平面反射镜, 构建上反射镜式光电系统复合轴稳定平台, 并通过理论分析, 推导出该平台的瞄准线矢量方程, 分析瞄准线的运动特性、复合轴稳定补偿原理及控制方法, 并且比较了其与传统一级稳定平台在系统带宽、隔离度方面差异, 最后, 针对实际工程应用, 研究复合轴二级平台轴系安装误差对系统误差的影响。研究结果表明: 上反射镜式光电系统稳定复合轴平台实现了对一级平台稳定误差的补偿, 系统带宽接近快速反射镜带宽, 约为200 Hz, 大幅度提升了系统稳定精度, 但是系统对二级平台的安装误差相对比较高, 其误差需要小于0.05 mrad。

复合轴跟踪系统能够有效提高光束定向系统的跟踪稳定性和跟踪精度, 它的实体仿真模型可以分解为场景模型、成像模型、预测模型和跟踪控制模型等。基于组件化仿真软件EasyLaser友好的用户建模方法和代码自动生成技术, 提出了复合轴跟踪系统的组件化仿真方法。研究了基于Matlab引擎, 通过Simulink环境嵌套方式调用求解器, 确保控制环节仿真的可靠性。融合复合轴光电系统仿真中运动、控制、光学传输等相关内容, 提出了若干辅助组件, 能够基于数值方法自动模拟仿真过程中控制量驱动的解耦过程, 解决了结构和光路布局具有多样性的复合轴系统的组件化仿真难题。通过与自适应光学系统联合的仿真实例, 表明了复合轴跟踪系统组件化仿真技术的可靠性、便利性和适应性。