發(fā)布時(shí)間：2019-04-03 21:18

【摘要】：現(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭(zhēng)瞬息萬(wàn)變,準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地獲取目標(biāo)位置信息是情報(bào)偵察裝備最核心的任務(wù),因此新一代的航空相機(jī)不僅要具有對(duì)熱點(diǎn)區(qū)域的廣域偵察能力,而且要具有對(duì)熱點(diǎn)目標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)視能力。動(dòng)態(tài)掃描凝視成像方式由于可以在一個(gè)成像系統(tǒng)中同時(shí)實(shí)現(xiàn)寬覆蓋高分辨成像和高幀頻凝視監(jiān)視,已經(jīng)成為新一代機(jī)載成像系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。然而由于當(dāng)前的像移補(bǔ)償方式無(wú)法滿足動(dòng)態(tài)掃描凝視成像方式對(duì)掃描像移補(bǔ)償精度和補(bǔ)償帶寬的要求,因此研究高精度、寬頻帶的掃描像移補(bǔ)償技術(shù)是當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題�？焖俜瓷溏R由于具有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、定位精度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于激光通信、精密跟蹤瞄準(zhǔn)、視軸穩(wěn)定等光學(xué)系統(tǒng)中。將快速反射鏡應(yīng)用于掃描像移補(bǔ)償,可以提高像移補(bǔ)償?shù)木群蛶?從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)掃描凝視成像。本文圍繞著基于快速反射鏡的高精度、寬頻帶掃描像移補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行了以下研究工作:提出了動(dòng)態(tài)掃描凝視成像方式,利用快速反射鏡的周期性回掃運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償外框架連續(xù)勻速掃描引起的掃描像移,從而縮短了幀與幀之間的穩(wěn)定時(shí)間,提高了成像系統(tǒng)幀頻,進(jìn)而提高了掃描效率。分析了該成像方式的工作原理和伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),建立了參考坐標(biāo)系并給出了掃描控制指令的計(jì)算方法,并對(duì)該成像方式進(jìn)行了仿真。建立了快速反射鏡控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,并以偽隨機(jī)二進(jìn)制序列作為輸入信號(hào),采用最小二乘法對(duì)快速反射鏡控制系統(tǒng)的模型進(jìn)行了辨識(shí)。分析了機(jī)械諧振和數(shù)字控制對(duì)快速反射鏡性能的影響,并采用引入速度反饋的方法增大系統(tǒng)的阻尼系數(shù),從而達(dá)到消除機(jī)械諧振的目的。提出將基于干擾觀測(cè)器和零相差跟蹤控制器的控制方法應(yīng)用于快速反射鏡控制系統(tǒng):內(nèi)環(huán)路采用干擾觀測(cè)器抑制外界干擾和提高系統(tǒng)的魯棒性,閉環(huán)系統(tǒng)采用零相差跟蹤控制器作為前饋控制器提高系統(tǒng)的跟蹤精度。分析了干擾觀測(cè)器的性能和魯棒穩(wěn)定性,對(duì)低通濾波器的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。在此基礎(chǔ)上分析了基于干擾觀測(cè)器的二自由度控制系統(tǒng)的性能和魯棒穩(wěn)定性,并給出了具體的設(shè)計(jì)方法。論述了數(shù)字控制系統(tǒng)中零相差跟蹤控制的原理,并給出了閉環(huán)控制系統(tǒng)的辨識(shí)方法。采用本文提出的控制方法快速反射鏡的控制帶寬可達(dá)100Hz,定位精度可達(dá)5.7μrad。研究結(jié)果表明,與傳統(tǒng)PID控制方法相比,該方法可以有效提高快速反射鏡的定位精度,拓展控制帶寬。提出采用傾斜刃邊法測(cè)量動(dòng)態(tài)掃描凝視成像系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)來(lái)定量評(píng)估快速反射鏡的像移補(bǔ)償性能。首先對(duì)掃描像移進(jìn)行建模分析,提出采用調(diào)制傳遞函數(shù)直接評(píng)價(jià)控制效果,分析了快速反射鏡的控制誤差對(duì)成像質(zhì)量的影響。然后提出采用傾斜刃邊法測(cè)量成像系統(tǒng)的傳遞函數(shù),來(lái)定量評(píng)價(jià)像移補(bǔ)償控制系統(tǒng)的性能,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了該方法的有效性。最后搭建了動(dòng)態(tài)掃描凝視成像系統(tǒng)演示驗(yàn)證樣機(jī),在曝光時(shí)間為1ms,成像幀頻為50Hz時(shí),分別測(cè)量快速反射鏡補(bǔ)償掃描像移后圖像的傳遞函數(shù)和無(wú)像移圖像的傳遞函數(shù),二者基本一致,從而證明了快速反射鏡可以在高幀頻模式下有效補(bǔ)償掃描像移,達(dá)到凝視成像的要求。本論文的研究工作表明:基于干擾觀測(cè)器和零相差跟蹤控制器的控制方法可以有效提高快速反射鏡的控制性能,從而實(shí)現(xiàn)高精度、寬頻帶的掃描像移補(bǔ)償;相比于傳統(tǒng)步進(jìn)凝視成像系統(tǒng),動(dòng)態(tài)掃描凝視成像系統(tǒng)可以充分發(fā)揮小面陣探測(cè)器高幀頻的優(yōu)勢(shì),并且成像質(zhì)量也有顯著提高。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TP391.41

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本文編號(hào)：2453591