水面运动平台下高精度红外成像跟踪关键技术研究

发布时间：2017-05-25 03:08

  本文关键词：水面运动平台下高精度红外成像跟踪关键技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：红外跟踪系统具有隐蔽性好、全天时工作等优点,能探测低空以及水面运动目标,与雷达系统形成良好的互补。舰载红外跟踪设备由于其运动平台的特点,对伺服控制提出了更高的要求:要求在搜索、捕获、跟踪等阶段克服船摇的扰动影响,提高系统跟踪稳定性。此外,由于目标对象的飞行速度、机动性不断提高,需要研究更加高效的伺服跟踪算法,以提高系统的跟踪精度和动态响应能力。本文针对工程应用需求,开展了相关关键技术研究,并研制了实验样机。本文首先介绍了红外跟踪系统的功能和主要技术要求,然后介绍了系统的主要组成部分和总体设计思路。分析了舰船载体的运动规律,通过复杂的空间坐标系转换建立了三自由度视轴扰动模型,把舰船的三自由度运动姿态转换为对红外跟踪设备的两维视轴扰动量。惯性导航系统测得的船摇姿态数据是视轴稳定技术的基础,测量数据的精度直接决定了船摇隔离度的高低。本文提出了一种结合卡尔曼滤波和粒子滤波的综合算法,对惯导数据进行了预测滤波,提高了姿态测量的精度,有效的弥补了传统卡尔曼滤波容易发散的不足。针对总体设计的要求,提出了一种加速度滞后补偿与模糊自适应PI控制相结合的伺服控制算法,不仅有效提高了系统的跟踪精度,同时在提高动态响应能力的前提下,降低了超调量。此外针对数引跟踪转自动成像跟踪时由于目标机动性过大导致跟踪失败的问题,提出了改善系统跟踪稳定性的方法与措施。最后本文开展了伺服控制系统的电子学设计,完成了实验样机的研制。仿真分析和性能测试说明系统在克服平台运动扰动的基础上实现了高精度和快速响应的目标跟踪,能够满足工程应用需要。
【关键词】：伺服控制 卡尔曼滤波 加速度滞后补偿 模糊自适应PI控制算法 成像跟踪
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(上海技术物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN216
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 课题研究的背景和意义10
• 1.2 光电跟踪系统的国内外发展状况10-16
• 1.3 本文主要研究内容16
• 1.4 论文章节安排16-18
• 2 红外跟踪系统组成和总体设计18-42
• 2.1 功能描述18-20
• 2.2 系统组成20-21
• 2.3 设计思路21-41
• 2.3.1 光学系统22-23
• 2.3.2 红外探测器23-24
• 2.3.3 信号处理系统24-25
• 2.3.4 伺服控制系统设计25-41
• 2.4 关键技术研究41
• 2.5 本章小结41-42
• 3 运动平台姿态建模及运动预测滤波算法42-62
• 3.1 引言42
• 3.2 载体动力学分析42-45
• 3.2.1 舰船在复杂海况下的旋转运动规律43-44
• 3.2.2 舰船旋转运动对跟踪性能的影响44-45
• 3.2.3 舰船平移运动分析45
• 3.3 空间坐标系的建立45-51
• 3.3.1 坐标系及船摇参数定义46-47
• 3.3.2 船摇姿态模型建立47-51
• 3.4 惯性导航系统误差分析51-53
• 3.5 摆动平台运动预测滤波处理53-61
• 3.5.1 滤波算法的分析及选择53-60
• 3.5.2 滤波算法的仿真60-61
• 3.6 本章小结61-62
• 4 伺服控制算法研究62-81
• 4.1 引言62
• 4.2 提高跟踪精度的现有途径与方法62-68
• 4.2.1 前馈控制方法62-63
• 4.2.2 双模跟踪技术63-64
• 4.2.3 速度滞后补偿和加速度滞后补偿64-65
• 4.2.4 模糊自适应PI控制算法65-68
• 4.3 加速度滞后补偿与模糊自适应PI控制结合的算法68-78
• 4.3.1 算法实现69-73
• 4.3.2 跟踪算法半实物仿真73-78
• 4.4 大机动目标数引跟踪转成像跟踪的策略78-80
• 4.5 本章小结80-81
• 5 伺服控制电路的设计与实现81-98
• 5.1 硬件设计81-91
• 5.1.1 伺服控制器81-89
• 5.1.2 伺服驱动器89-91
• 5.2 软件设计91-97
• 5.2.1 DSP软件设计91-95
• 5.2.2 FPGA软件设计95-97
• 5.3 本章小结97-98
• 6 系统性能测试与分析98-106
• 6.1 动态光学靶标跟踪精度测试98-101
• 6.2 伺服系统动态响应能力测试101-103
• 6.2.1 方位与俯仰电机的调转曲线101
• 6.2.2 数引跟踪转成像跟踪动态响应能力测试101-103
• 6.3 船摇隔离度半实物仿真实验103-104
• 6.4 真实目标跟踪实验104-105
• 6.5 本章小结105-106
• 7 总结与展望106-108
• 7.1 总结106-107
• 7.2 展望107-108
• 参考文献108-115
• 攻读博士学位期间发表的论文115

【参考文献】

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本文编号：392576