[发明专利]一种面向光电探测设备的目标跟踪控制方法

说明书

本发明公开了一种面向光电探测设备的目标跟踪控制方法，先根据光电探测设备所提供的多源测量信号，估计出被跟踪目标在地理系下相对光电探测设备的运动角位置、角速度以及角加速度等高阶运动信息，再根据获取到的目标运动信息，设计前馈控制器，实现对目标的高精度跟踪，同时增强控制系统抗扰能力；本发明针对光电探测设备的目标跟踪需求，在实现高精度的目标跟踪的同时，进一步提高控制系统的稳定性以及扰动抑制能力，有效提升光电探测设备在车载、机载等高动态环境下对于高机动目标的跟踪性能。

技术领域

本发明属于目标跟踪技术领域，具体涉及一种基于目标高阶运动信息估计及前馈的目标跟踪控制方法。

背景技术

当前光电探测设备使役环境日益复杂、且待跟踪目标的机动性越来越高，光电探测设备的目标跟踪性能也随之被提出更高的要求。

光电探测设备通过跟踪控制系统来实现对目标的指向与跟踪，跟踪控制系统在控制结构上通常采用角位置+角速度的双闭环结构，其中角位置环是实现目标跟踪的主要单元，它以目标图像脱靶量作为被跟踪目标的角位置误差信号，通过反馈控制来确保目标的有效跟踪精度。

具体而言，高目标跟踪性能体现在下述两个方面：1)针对高机动目标，能达到优异的目标跟踪精度；2)针对运载体的动态载荷条件，能具有优异的扰动抑制能力。

然而，当前在光电探测系统中所广泛采用的目标跟踪技术很难兼顾上述两方面的问题。例如，传统的脱靶量反馈控制方法无法消除脱靶量延迟所导致的跟踪误差，这种滞后误差在高机动目标跟踪问题上显得尤为致命；速度前馈技术虽然能有效补偿脱靶量延迟带来的误差，但跟踪控制系统稳定性和抗扰能力并没有得到有效保证；基于Smith预估体系的延时补偿技术虽然能有效提升控制系统稳定裕度，但却无法针对性地补偿脱靶量滞后导致的跟踪误差。

因此，亟需能有效补偿脱靶量延迟所导致的跟踪误差，同时能针对运载体动态环境造成的扰动具有较高抑制能力的目标跟踪控制方法。

发明内容

为了兼顾高机动目标的高精度跟踪、以及高动态环境的高效率扰动抑制两方面需求，本发明提供一种基于目标高阶运动信息估计及前馈的目标跟踪控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种面向光电探测设备的目标跟踪控制方法，包括如下步骤

步骤S1，高阶运动信息估计：根据光电探测设备所提供的多源测量信号，估计出被跟踪目标在地理系下相对光电探测设备的运动角位置、角速度以及角加速度等高阶运动信息；

根据光电探测设备所提供的滞后τ时刻的目标图像脱靶量E(t-τ)以及光电探测设备中表征光轴惯性姿态的角位置Y(t)，将二者时间轴对齐后经过坐标投影变换，得到在地理系Σ_N下滞后τ时刻的目标角位置R(t-τ)，用于重构跟踪控制系统的角度指令信号；

将目标角位置R(t-τ)作为卡尔曼滤波器的量测信号，经过卡尔曼滤波，估计出目标相对地理系Σ_N的目标角速度和目标角加速度将目标角加速度估计值做差分得到目标角加加速度估计值进行限幅得到稳定的目标角加速度估计值通过针对角加加速度这类高阶运动信息的判断，进一步保证角加速度的变化率既能适应被跟踪目标的机动性要求，同时避免目标跟踪时光轴频繁抖动而失稳，目标角速度估计值和经过限制变化率的目标角加速度估计值等高阶运动信息则用于后续的前馈控制；

步骤S2，前馈控制：根据获取到的目标运动信息，设计前馈控制器，实现对目标的高精度跟踪，同时增强控制系统抗扰能力；

通过角加加速度来判断角加速度是否超过阀值，进而对角加速度来限幅，根据滞后τ时刻目标角速度估计值和限幅后目标角加速度估计值通过公式得到当前时刻目标的运动角速度上式体现了在滞后τ时间内目标机动性导致的速度变化，因此这里获得的对有效补偿脱靶量滞后τ所导致的跟踪误差具有重要作用；