机载光电侦察平台高精度视轴稳定及像移补偿控制技术研究

doi:53A0CBFF22227C75831DC538A8DCD3EF

	机载光电侦察平台高精度视轴稳定及像移补偿控制技术研究
	王正玺
学位类型	博士
导师	张葆
	2019-06-01
学位授予单位	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位授予地点	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
关键词	机载光电侦察平台二级稳定像移补偿 LuGre模型摩擦力补偿快速反射镜
摘要	无人机载光电侦察平台是部队作战飞机、无人机、武装直升机等飞行器的重要载荷,要求在强震动、摩擦力矩及风阻力矩等恶劣条件下保证其成像设备保持高精度视轴稳定,并拍摄出高分辨率的图像。根据近几年机载光电侦察平台的发展可以发现随着新技术新材料的应用,光学相机的成像质量及分辨率取得了突破性进展,而高分辨率的探测器成像系统需要具有高性能的伺服控制系统与之配合才能发挥其良好的性能。提高伺服系统性能的关键是提高系统的视轴稳定精度和系统的像移补偿能力。为了满足机载光电侦察平台对视轴稳定精度及成像分辨率的更高要求,本文基于目前的国内现状,依托长光所航测一部在光电侦察平台领域的基础研究了以下内容:对机载光电侦察平台的控制系统结构、硬件结构及工作流程等进行了详细介绍。深入分析了影响视轴稳定精度的主要因素,针对外框架所受扰动的主要特点对外框伺服系统提出了新型的复合控制策略,有针对性的对系统中的主要扰动力矩摩擦力矩进行了精确的建模和前馈补偿。对于除摩擦力矩扰动以外的其他次要扰动设计了自抗扰控制器,并通过仿真和实际实验验证了该复合控制策略的合理性和可行性。实验表明单独外框架稳定精度可以达到20urad以内。介绍了机载光电侦察平台进扫描成像基本原理以及通过快速反射镜补偿扫描像移的基本原理。分析并指出本文研究的机载光电侦察平台在实际应用中存在两种像移:飞机飞行像移和平台扫描像移。分别推导了用快速反射镜补偿两种像移的像移补偿公式,其中飞机飞行像移综合考虑了飞机飞行高度、飞行速度、飞机姿态以及平台姿态多种因素的影响。最后结合项目涉及的机载光电侦察平台具体光学参数以及推导的公式,计算了系统扫描成像的最大扫描角度为8.5944°/s,以及在最大扫描角度情况下的像移量为30像元,证明了系统存在的扫描像移会严重降低光学系统的成像性能。快速反射镜是二级稳定的重要组成部分,也是像移补偿的核心器件。在实际应用过程中,载体的振动、涡流传感器噪声及零飘、机械谐振等不确定性因素会使快速反射镜的模型参数在一定范围内变化,这些会对快速反射镜的控制精度造成严重影响。针对该问题,提出了模型参考自适应控制策略。针对快速反射镜扫频曲线中存在的谐振通过引入速度反馈的方式加以抑制,之后根据项目指标要求合理的设计了参考模型,最后Matlab仿真验证了系统采用模型参考自适应可知方案后被控对象输出能够很好的跟随参考模型,有效提高了被控对象的响应性能。最后的系统性能测试实验表明快速反射镜的阶跃响应稳定时间3ms,超调量低于10%,闭环带宽可以达到210.8Hz,在外界振动台给定5g振动量情况下快速反射镜的稳定精度都可以达到20urad,最终的像移补偿成像实验成功验证了快速反射镜能够补偿外框架扫描成像过程带来的像移。快速反射镜和外框架结合的二级稳定实验结果表明在摇摆台2°2Hz的扰动下,系统整体稳定精度可以达到4.628urad,最终的像移补偿成像实验成功验证了快速反射镜能够补偿外框架扫描成像过程带来的像移,满足飞行条件下对视轴稳定精度和像移补偿性能的需求。
页数	130
DOI	53A0CBFF22227C75831DC538A8DCD3EF
语种	中文
引用统计
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/63873
专题	中科院长春光机所知识产出
推荐引用方式 GB/T 7714	王正玺. 机载光电侦察平台高精度视轴稳定及像移补偿控制技术研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2019.

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