本文關(guān)鍵詞：水面運(yùn)動平臺下高精度紅外成像跟蹤關(guān)鍵技術(shù)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：紅外跟蹤系統(tǒng)具有隱蔽性好、全天時工作等優(yōu)點(diǎn),能探測低空以及水面運(yùn)動目標(biāo),與雷達(dá)系統(tǒng)形成良好的互補(bǔ)。艦載紅外跟蹤設(shè)備由于其運(yùn)動平臺的特點(diǎn),對伺服控制提出了更高的要求:要求在搜索、捕獲、跟蹤等階段克服船搖的擾動影響,提高系統(tǒng)跟蹤穩(wěn)定性。此外,由于目標(biāo)對象的飛行速度、機(jī)動性不斷提高,需要研究更加高效的伺服跟蹤算法,以提高系統(tǒng)的跟蹤精度和動態(tài)響應(yīng)能力。本文針對工程應(yīng)用需求,開展了相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)研究,并研制了實驗樣機(jī)。本文首先介紹了紅外跟蹤系統(tǒng)的功能和主要技術(shù)要求,然后介紹了系統(tǒng)的主要組成部分和總體設(shè)計思路。分析了艦船載體的運(yùn)動規(guī)律,通過復(fù)雜的空間坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換建立了三自由度視軸擾動模型,把艦船的三自由度運(yùn)動姿態(tài)轉(zhuǎn)換為對紅外跟蹤設(shè)備的兩維視軸擾動量。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)測得的船搖姿態(tài)數(shù)據(jù)是視軸穩(wěn)定技術(shù)的基礎(chǔ),測量數(shù)據(jù)的精度直接決定了船搖隔離度的高低。本文提出了一種結(jié)合卡爾曼濾波和粒子濾波的綜合算法,對慣導(dǎo)數(shù)據(jù)進(jìn)行了預(yù)測濾波,提高了姿態(tài)測量的精度,有效的彌補(bǔ)了傳統(tǒng)卡爾曼濾波容易發(fā)散的不足。針對總體設(shè)計的要求,提出了一種加速度滯后補(bǔ)償與模糊自適應(yīng)PI控制相結(jié)合的伺服控制算法,不僅有效提高了系統(tǒng)的跟蹤精度,同時在提高動態(tài)響應(yīng)能力的前提下,降低了超調(diào)量。此外針對數(shù)引跟蹤轉(zhuǎn)自動成像跟蹤時由于目標(biāo)機(jī)動性過大導(dǎo)致跟蹤失敗的問題,提出了改善系統(tǒng)跟蹤穩(wěn)定性的方法與措施。最后本文開展了伺服控制系統(tǒng)的電子學(xué)設(shè)計,完成了實驗樣機(jī)的研制。仿真分析和性能測試說明系統(tǒng)在克服平臺運(yùn)動擾動的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了高精度和快速響應(yīng)的目標(biāo)跟蹤,能夠滿足工程應(yīng)用需要。
【關(guān)鍵詞】：伺服控制 卡爾曼濾波 加速度滯后補(bǔ)償 模糊自適應(yīng)PI控制算法 成像跟蹤
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN216
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-18
• 1.1 課題研究的背景和意義10
• 1.2 光電跟蹤系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r10-16
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容16
• 1.4 論文章節(jié)安排16-18
• 2 紅外跟蹤系統(tǒng)組成和總體設(shè)計18-42
• 2.1 功能描述18-20
• 2.2 系統(tǒng)組成20-21
• 2.3 設(shè)計思路21-41
• 2.3.1 光學(xué)系統(tǒng)22-23
• 2.3.2 紅外探測器23-24
• 2.3.3 信號處理系統(tǒng)24-25
• 2.3.4 伺服控制系統(tǒng)設(shè)計25-41
• 2.4 關(guān)鍵技術(shù)研究41
• 2.5 本章小結(jié)41-42
• 3 運(yùn)動平臺姿態(tài)建模及運(yùn)動預(yù)測濾波算法42-62
• 3.1 引言42
• 3.2 載體動力學(xué)分析42-45
• 3.2.1 艦船在復(fù)雜海況下的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動規(guī)律43-44
• 3.2.2 艦船旋轉(zhuǎn)運(yùn)動對跟蹤性能的影響44-45
• 3.2.3 艦船平移運(yùn)動分析45
• 3.3 空間坐標(biāo)系的建立45-51
• 3.3.1 坐標(biāo)系及船搖參數(shù)定義46-47
• 3.3.2 船搖姿態(tài)模型建立47-51
• 3.4 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)誤差分析51-53
• 3.5 擺動平臺運(yùn)動預(yù)測濾波處理53-61
• 3.5.1 濾波算法的分析及選擇53-60
• 3.5.2 濾波算法的仿真60-61
• 3.6 本章小結(jié)61-62
• 4 伺服控制算法研究62-81
• 4.1 引言62
• 4.2 提高跟蹤精度的現(xiàn)有途徑與方法62-68
• 4.2.1 前饋控制方法62-63
• 4.2.2 雙模跟蹤技術(shù)63-64
• 4.2.3 速度滯后補(bǔ)償和加速度滯后補(bǔ)償64-65
• 4.2.4 模糊自適應(yīng)PI控制算法65-68
• 4.3 加速度滯后補(bǔ)償與模糊自適應(yīng)PI控制結(jié)合的算法68-78
• 4.3.1 算法實現(xiàn)69-73
• 4.3.2 跟蹤算法半實物仿真73-78
• 4.4 大機(jī)動目標(biāo)數(shù)引跟蹤轉(zhuǎn)成像跟蹤的策略78-80
• 4.5 本章小結(jié)80-81
• 5 伺服控制電路的設(shè)計與實現(xiàn)81-98
• 5.1 硬件設(shè)計81-91
• 5.1.1 伺服控制器81-89
• 5.1.2 伺服驅(qū)動器89-91
• 5.2 軟件設(shè)計91-97
• 5.2.1 DSP軟件設(shè)計91-95
• 5.2.2 FPGA軟件設(shè)計95-97
• 5.3 本章小結(jié)97-98
• 6 系統(tǒng)性能測試與分析98-106
• 6.1 動態(tài)光學(xué)靶標(biāo)跟蹤精度測試98-101
• 6.2 伺服系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)能力測試101-103
• 6.2.1 方位與俯仰電機(jī)的調(diào)轉(zhuǎn)曲線101
• 6.2.2 數(shù)引跟蹤轉(zhuǎn)成像跟蹤動態(tài)響應(yīng)能力測試101-103
• 6.3 船搖隔離度半實物仿真實驗103-104
• 6.4 真實目標(biāo)跟蹤實驗104-105
• 6.5 本章小結(jié)105-106
• 7 總結(jié)與展望106-108
• 7.1 總結(jié)106-107
• 7.2 展望107-108
• 參考文獻(xiàn)108-115
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文115

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：水面運(yùn)動平臺下高精度紅外成像跟蹤關(guān)鍵技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：392576