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光电测量设备(以下简称光测设备)是现代化靶场中最常见的一种测量仪器,它主要用于测量和记录目标的弹道数据及飞行姿态。与靶场其他测量设备相比,它具有测量精度高,目标直观性好和抗干扰能力强等特点。随着光电技术的不断发展和测控技术的不断完善,光测设备在舰载平台上的作用日益凸显出来。
舰载条件下伺服控制系统不仅要保证设备对快速运动目标的跟踪和测量,还要克服船摇引起的视轴晃动,这就对伺服控制系统设计提出了更高的要求,增加了系统设计的难度。以此问题为出发点,本文重点研究了基于惯导系统的舰载光测设备伺服控制系统的设计问题。
本文首先建立了基于惯导系统的船姿数据视轴稳定模型,结合复合控制方法来说明模型的具体应用;以本文所依托课题选用的惯导系统为对象,详细说明其安装方式,提出了标校原理及方法解决了安装后存在的对准误差问题,同时采用UKF算法对惯导系统直接输出的陀螺数据进行滤波,降低了陀螺的随机噪声,保证了视轴稳定模型的准确性。然后,对设备技术指标进行了精度分析,采用频率法设计控制系统校正参数,在MATLAB环境下建立系统仿真模型来验证参数的合理性,并着重考核了船摇条件下视轴稳定模型的隔离度;在电视自动跟踪回路设计时,提出一种基于α-β-γ滤波器的捕获跟踪控制算法来改善系统对快速运动目标的捕获能力。最后,针对伺服控制系统的功能和外部接口,构建了以DSP+FPGA为核心的伺服控制器。在硬件和软件设计过程中,充分利用模块化设计来提高系统的可靠性和可维护性。完成系统调试后,在实验室环境下进行了固定基座实验和摇摆台实验,结果表明系统的跟踪精度与仿真结果相符合,达到了设备的指标要求,对实验与仿真存在差异的地方进行了合理性分析。
本文将惯导系统应用于舰载光测设备中,实现了舰载平台下光测设备对快速运动目标的跟踪和测量,所采用的方法和思想同样适用于其他动基座平台下光测设备伺服控制系统的设计,值得进一步研究和推广。