[发明专利]一种基于旋转双棱镜的实时闭环跟踪方法

说明书

本发明公开了一种基于旋转双棱镜的实时闭环跟踪方法，该方法通过解耦算法解决了脱靶量、目标位置、棱镜旋转角度之间的非线性、强耦合关系。利用探测器反馈的脱靶量实时控制棱镜旋转，使目标成像始终在探测器视场中心。该方法可克服棱镜系统的参数误差，跟踪精度更高；并且通过解耦算法，使棱镜的转动方式更加优化，不需要反复转动，跟踪过程更加平滑、迅速。

技术领域

本发明属于光电跟踪领域，涉及一种基于旋转双棱镜的实时闭环跟踪方法。

背景技术

光电捕获跟踪与瞄准系统以光波为信息载体，具有极高的时域、空域、频域分辨率和极强的抗电磁干扰能力，在目标探测、激光通信、靶场测量、天文观测、精确制导、火控瞄准等领域都有日益广泛的应用。

目前光电捕获跟踪与瞄准系统普遍采用万向架、反射镜等传统机械扫描装置。万向架可以进行大角度的旋转，但体积大、动态响应能力差；反射镜响应速度快、精度高，但偏转角度较小，对机械误差较为敏感。

基于旋转双棱镜(Risley棱镜)的光束控制机构，通过两个棱镜同轴独立旋转，可实现光束的大角度偏转。具有结构紧凑、刚度高、响应迅速的特点。非常适合机载、星载等对体积、重量要求较高的场合，并且因为响应迅速，对快速运动目标跟踪时也具有很大的优势。

在先技术(参见云茂金、祖继峰等的专利：CN1256609C与专利：CN2655268)中提出采用该结构进行光束扫描，对基于旋转双棱镜的扫描装置和扫描算法进行了研究，但所提供的装置和方法不适用于目标跟踪。李锦英等在专利CN103631276A提出了一种旋转双棱镜用于目标跟踪的技术方法，对棱镜系统参数的精度要求较高。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，通过脱靶量解耦后控制旋转双棱镜对目标实时闭环跟踪。可以克服棱镜系统参数误差，提高跟踪精度；并优化棱镜旋转方式，避免跟踪过程中反复旋转，提高响应速度。

本发明的技术解决方案包括：一种基于旋转双棱镜的实时闭环跟踪方法，首先组成目标跟踪装置的主要部件有第一棱镜1、第二棱镜2、第一电机3、第二电机4、第一位置传感器5、第二位置传感器6、探测器7、控制器8。其中，两个棱镜、两个电机和探测器为同轴安装。第一棱镜1和第二棱镜2具有相同的顶角和折射率。第一电机3和第二电机4均为环形力矩电机，二者的转子分别与第一棱镜和第二棱镜直接相连，省却了中间传动环节，具有响应快、刚度高的特点；第一位置传感器5测量第一棱镜1绕转轴的旋转角度θ₁，并将θ₁送到控制器8；第二位置传感器6测量第二棱镜2绕转轴的旋转角度θ₂，并将θ₂送到控制器8；探测器7可以测量得到目标在探测器7上所成像点的方位角Θ₀和俯仰角Φ₀。控制器8接收第一棱镜的位置θ₁、第二棱镜的位置θ₂、探测器7上所成像点的方位角Θ₀和俯仰角Φ₀，以及外部给定的目标引导数据方位角Θ₁和俯仰角Φ₁；输出电压信号V₁至第一电机3，输出电压信号V₂至第二电机4，通过探测器闭环，使目标成像始终位于探测器视场中心附近，该实时闭环跟踪方法的过程如下：

1)外部给定目标引导位置，以方位角Θ₁和俯仰角Φ₁表示。引导误差需小于探测器7的二分之一视场。

2)根据Θ₁和Φ₁控制第一棱镜1和第二棱镜2，使其指向目标位置。此时，由探测器7测量得到目标在探测器上像点的方位角Θ₀、俯仰角Φ₀。