[发明专利]一种运动平台地平式光电跟踪系统抗滚动轴扰动方法

说明书

本发明公开了一种运动平台地平式光电跟踪系统抗滚动轴扰动方法。安装在运动平台上的光电跟踪系统，受到运动平台姿态角振动的影响，引起视轴的不稳定。传统的稳定视轴的方法是在机架俯仰和方位轴向上安装角速率陀螺，通过闭环稳定机架的俯仰和方位轴的指向。而运动平台的振动通常分布于俯仰、方位、滚动三个轴向上，高仰角条件下，平台滚动轴的角振动会对视轴的稳定产生影响，而俯仰和方位轴陀螺由于正交关系无法测出滚动轴角振动，因而也就无法抑制其对视轴的扰动。本发明通过在光电跟踪系统俯仰轴系上增加一个角速率陀螺，测量平台滚动轴角振动引起的角速度ω_Z3，进而抑制其对视轴稳定的影响。

技术领域

本发明属于光电系统跟踪控制领域，涉及安装在运动平台的光电跟踪系统抑制来自运动平台姿态角振动引起的扰动的方法，具体来说就是安装在运动平台上的地平式光电跟踪系统抑制平台滚动轴角振动带来的扰动的方法。

背景技术

安装在运动平台(车辆、舰船、飞机、卫星)的光电跟踪系统，难免会受到载体姿态角振动带来的对视轴的扰动。对于地平式光电跟踪系统而言，目前传统的稳定视轴的方法是在机架俯仰和方位轴向上安装角速率陀螺，测量机架俯仰和方位轴的相对于惯性空间的角速度，进而通过闭环控制技术稳定机架俯仰和方位轴的指向(姬伟，《陀螺稳定光电跟踪平台伺服控制系统研究》，东南大学博士论文，2006年12月；刘翔，《舰载光电跟踪视轴稳定技术》，中国科学院光电技术研究所硕士论文，2013年5月)。而运动平台的姿态角振动通常分布于俯仰、方位、滚动三个轴向上，低仰角条件下，平台滚动轴的角振动对视轴稳定的影响非常小，可以忽略不计；而高仰角条件下，平台滚动轴的角振动对视轴稳定影响则明显增加。对于地平式光电跟踪系统而言，方位轴陀螺由于正交关系无法测出滚动轴的角振动，因而也就无法抑制其对视轴的扰动。本发明提出的方法可以解决地平式光电跟踪系统不能抑制运动平台滚动轴角振动对视轴的扰动这一问题。

目前没有公开发表的文献探讨地平式光电跟踪系统抑制载体平台滚动轴角振动引起的扰动问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服运动平台地平式光电系统现有的视轴稳定技术的不足，提供对运动平台滚动轴角振动带来的扰动的抑制能力。具体的，地平式光电跟踪系统的机架通常由三个部分组成：基座、方位轴系、俯仰轴系，基座一般安装在运动平台上，二者之间存在隔振环节；方位轴系是光电跟踪系统中可以围绕方位轴的旋转运动、但不随俯仰轴运动的部件总称；俯仰轴系则是光电跟踪系统中可以围绕俯仰轴进行旋转运动的部件总称。跟踪目标时，地平式光电跟踪系统的工作原理如附图1所示，控制系统通过控制方位轴系和俯仰轴系的旋转角度调整光电跟踪系统的视轴(LOS,line of sight)，使视轴与目标视线(LOT,line of target)重合。基座和运动平台间虽然存在隔振环节，但是平台的姿态角抖动仍然会通过隔振环节对基座造成一定的扰动，进而影响视轴的稳定。

有关坐标系的定义如附图2所示。定义运动平台光电跟踪系统所在地的地理坐标系为参考坐标系B₀，由于目标跟踪过程时间很短，在这一过程中可以忽略地球自转和公转影响，该坐标系可以近似认为是一个惯性坐标系。

定义与运动平台固联的平台坐标系B₁：坐标原点O₁取在基座质心；O₁Z₁轴与平台方位轴(Yaw Axis)平行，O₁X₁轴与平台俯仰轴(Pitch Axis)平行、O₁Y₁轴与平台滚动轴(RollAxis)平行。稳定状态下B₁和B₀之间存在姿态变换关系，可以用三轴姿态角描述，分别是载体俯仰角θ_pitch、偏航角θ_yaw、滚动角θ_roll。按照3-1-2的旋转次序定义系统的姿态余弦矩阵C₁：