【摘要】：運(yùn)動載體光電跟蹤系統(tǒng)廣泛應(yīng)用在監(jiān)控搜索、靶場測量、激光通信中,它的基本原理是依靠CCD傳感器測量的脫靶量信息使目標(biāo)盡可能的保證在視軸中心,但由于外界干擾、載體振動的影響,載體的穩(wěn)定能力是不夠的,需要額外的慣性傳感器輔助穩(wěn)定,其測量信號是包含了目標(biāo)跟蹤信號、載體擾動信號、測量噪聲的混合信號,通過跟蹤系統(tǒng)對擾動閉環(huán)抑制能力來隔離擾動。但是當(dāng)載體擾動劇烈時,仍然無法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)視軸的高精度穩(wěn)定。為了在源頭上克服擾動的影響,本文將借助信號處理的方式,把混合測量信號的各組成信號單獨(dú)分離出來,然后結(jié)合控制的方式分別對載體擾動信號和噪聲進(jìn)行單獨(dú)控制,進(jìn)而消除擾動對系統(tǒng)的影響,提高運(yùn)動載體光電跟蹤系統(tǒng)的擾動抑制精度。目前對混合慣性測量信號的處理方法主要集中在信號消噪方面,一般方法是通過信號濾波提取有用信號。但該方法無法對混合慣性測量信號中的各組成信號進(jìn)行同時分離,且該方法需要依賴信號的先驗(yàn)知識建立模型和設(shè)置參數(shù),自適應(yīng)性差。盲源分離算法則可以在組成信號的模型未知,組成信號的傳輸通道參數(shù)也未知的情況下,只通過混合的慣性測量信號同時恢復(fù)出信號中的各組成信號,更適合用于處理系統(tǒng)中先驗(yàn)知識未知的復(fù)雜慣性測量信號。于是,本文采用盲源分離方法,對混合信號中的目標(biāo)跟蹤信號、載體擾動信號和噪聲信號進(jìn)行同時、單獨(dú)的分離。針對光電跟蹤系統(tǒng)中慣性測量信號數(shù)目不足,不滿足盲源分離假設(shè)條件的問題,本文基于過采樣和局部均值分解,提出了兩種通道重構(gòu)盲分離方法,通過多通道重構(gòu)的方式將單路的慣性測量信號轉(zhuǎn)換為多路信號,再進(jìn)行盲源分離處理,恢復(fù)出信號中的多路組成信號。通過不含噪聲的實(shí)測慣性測量信號分別對這兩種方法進(jìn)行仿真,結(jié)果表明,兩種方法都能實(shí)現(xiàn)混合信號中目標(biāo)跟蹤信號和載體擾動信號的分離。搭建實(shí)驗(yàn)平臺對通道重構(gòu)盲分離方法的有效性進(jìn)行驗(yàn)證,在平臺中分別添加目標(biāo)跟蹤信號和載體擾動信號,采用基于過采樣的慣性測量信號盲分離方法,對平臺輸出的混合FOG信號進(jìn)行分離,得到的2個分離信號與2個添加信號的相關(guān)系數(shù)為0.9327、0.9976,且分離信號間頻譜混疊程度低,分離結(jié)果準(zhǔn)確,并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與小波濾波方法結(jié)果進(jìn)行對比分析,結(jié)果表明通道重構(gòu)盲分離方法相對于小波濾波方法具有更好的分離效果。當(dāng)系統(tǒng)使用的慣性傳感器精度不高時,慣性測量信號由3路信號混合組成:目標(biāo)跟蹤信號、載體擾動信號、噪聲信號。針對目前沒有成熟的算法對混合慣性測量信號中多路組成信號進(jìn)行同時分離的問題,提出一種多源慣性測量信號精細(xì)盲分離方法,對慣性測量信號中的3路組成信號進(jìn)行單獨(dú)分離。本文通過合成信號仿真驗(yàn)證了該方法的有效性,并將該方法的合成信號仿真結(jié)果與EEMD_ICA方法、小波濾波方法結(jié)果進(jìn)行對比分析,本方法得到的組成信號與分離信號間相關(guān)系數(shù)為0.8712、0.9716、0.9994,EEMD_ICA方法得到的結(jié)果為0.7987、0.9379、0.9474,小波濾波方法為0.8133、0.5829、0.7697,本方法得到的相關(guān)系數(shù)更高,分離結(jié)果更好,另外,本文通過實(shí)測數(shù)據(jù)仿真和平臺實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了該方法的可實(shí)現(xiàn)性。
【圖文】：

是用在飛機(jī)、輪船的定位導(dǎo)航，以及光電跟蹤系統(tǒng)（如圖 1.1 所示）的當(dāng)中[1]。需要指出的是，由于外界干擾、傳感器噪聲漂移、載體振動的影測量系統(tǒng)給出的測量信號并不是目標(biāo)單純的運(yùn)動信息，而是一個包含了、噪聲的混合信號[2]，在精度需求不高的情況下，可以忽略，但是當(dāng)在蹤這種精確指向的應(yīng)用當(dāng)中，如何在包含了各種擾動的混合信號中分離有用信號進(jìn)行精確處理，是一個非常值得研究的課題。本文研究的是運(yùn)電跟蹤系統(tǒng)的慣性信號處理問題，跟蹤機(jī)架跟隨目標(biāo)運(yùn)動，不僅包含了動信息，，還會受到來自基座的擾動以及外界噪聲的影響。傳統(tǒng)的擾動抑通過跟蹤系統(tǒng)對擾動的閉環(huán)抑制能力來隔離擾動，但是當(dāng)載體干擾劇依靠反饋閉環(huán)的抑制能力是不夠的。為了在源頭上克服擾動的影響，考信號、有用信號、噪聲信號的不同特征，本文將借助信號處理的方法，號和噪聲單獨(dú)分離出來，然后分別進(jìn)行處理，理論上可以完全消除擾動

飛機(jī)、汽車、艦船、衛(wèi)星等移動平臺上，慣性測量技術(shù)被廣泛統(tǒng)中進(jìn)行目標(biāo)跟蹤、航海測繪和天文觀測等工作[5]。載體光電跟蹤系統(tǒng)，其跟蹤機(jī)架上安裝慣性角速度傳感器，用載體相對于慣性空間的角速度。當(dāng)載體靜止時，系統(tǒng)中慣性角測量載體相對于慣性空間的目標(biāo)跟蹤信號。當(dāng)載體處于運(yùn)動動以及外界噪聲的影響，系統(tǒng)中慣性角速度傳感器測量信號、載體擾動信號、和測量噪聲相對于慣性空間形成的混合信號聲會引起跟蹤視軸與目標(biāo)運(yùn)動方向的偏離。傳統(tǒng)的擾動抑制方平臺（如圖 1.2 所示[6]），通過跟蹤系統(tǒng)反饋閉環(huán)進(jìn)行擾動動劇烈時，傳統(tǒng)的擾動抑制方法不能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高精度穩(wěn)定統(tǒng)擾動抑制能力，本文通過信號處理的方式對混合慣性測量信進(jìn)行單獨(dú)分離，然后對分離出的載體擾動信號和測量噪聲進(jìn)行擾動對系統(tǒng)的影響。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN911.7

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1 董緒榮;慣性測量數(shù)據(jù)的最優(yōu)實(shí)時處理方法[J];解放軍測繪學(xué)院學(xué)報(bào);1989年01期

2 孟慶福,黃德嗚;慣性測量系統(tǒng)誤差分析[J];哈爾濱船舶工程學(xué)院學(xué)報(bào);1989年03期

3 ;慣性測量技術(shù)[J];能源與節(jié)能;2018年07期

4 鄭巍;尚捷;顧啟泰;;運(yùn)動參數(shù)慣性測量模擬彈設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)[J];中國慣性技術(shù)學(xué)報(bào);2006年02期

5 ;慣性測量儀器[J];全球定位系統(tǒng);2002年01期

6 朱昀p

本文編號：2705485