船载电视跟踪仪与陆基电视跟踪仪的主要区别是跟踪测量受到载体运动的干扰。船体在海面上受风、浪、流的影响而发生周期性的横摇、纵摇和艏摇运动。直接安装在甲板上的电视跟踪仪将跟随船体发生同样幅度的摇摆运动,从而使视轴摆动,造成电视图像模糊,甚至丢失目标。为了保证电视跟踪仪海上跟踪测量的平稳性和准确性,必须采取稳定措施隔离船体摇摆对电视跟踪仪视轴的扰动。因此,当直接把电视跟踪仪安装在甲板上并且与惯性导航系统刚性连接时,电视跟踪仪的自稳定问题就成为这种测控方案的关键所在。 本文简要介绍了电视跟踪仪外弹道测量原理,详细分析了船体横摇、纵摇和艏摇运动对电视跟踪仪跟踪性能的影响。基于惯性导航系统给出的横摇和纵摇位置数据,建立了忽略艏摇的两自由度船摇自稳定数学模型,并且在MATLAB6.5仿真环境中采用前馈控制技术进行了两自由度船摇自稳定系统的数字彷真,指出了两自由度船摇自稳定模型的局限性。 本文通过严密地推导,首次建立了包含艏摇的完整的三自由度船摇自稳定模型,弥补了现有资料只针对横摇和纵摇建模的不足。在建模过程中提出并证明了一个新的规则-左乘规则,为船摇自稳定模型的建立和应用提供了一种坐标变换方法的指导规则。通过编写船摇自稳定建模的MATLABS函数实现了三自由度船摇自稳定系统的仿真,其隔离度能够达到40 dB。这在实际中可以提高电视跟踪仪的跟踪精度和平稳性,也有利于增加作用距离,使电视图像清晰,能够实现船载电视跟踪仪的自稳定功能。