[发明专利]一种基于旋转双棱镜的实时闭环跟踪方法

摘要

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。

主权项

1.一种基于旋转双棱镜的实时闭环跟踪方法，该方法利用的基于旋转双棱镜的光电跟踪装置，包括第一棱镜、第二棱镜、第一电机、第二电机、第一位置传感器、第二位置传感器、探测器和控制器，其中，两个棱镜、两个电机和探测器为同轴安装，第一棱镜和第二棱镜具有相同的顶角和折射率，第一电机和第二电机均为环形力矩电机，二者的转子分别与第一棱镜和第二棱镜直接相连；第一位置传感器测量第一棱镜绕转轴的旋转角度θ₁，并将θ₁送到控制器；第二位置传感器测量第二棱镜绕转轴的旋转角度θ₂，并将θ₂送到控制器；探测器可以测量得到目标在探测器上所成像点的方位角Θ₀和俯仰角Φ₀，并将其送到控制器，控制器接收第一棱镜的位置θ₁、第二棱镜的位置θ₂、探测器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，输出电压信号V₂至第二电机，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，其特征在于：该实时闭环跟踪方法包括以下步骤：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的二分之一视场；2)根据Θ₁和Φ₁控制第一棱镜和第二棱镜，使其指向目标位置，此时，由探测器测量得到目标在探测器上像点的方位角Θ₀、俯仰角Φ₀；3)像点、目标引导位置以及合成的目标实际位置的投影关系表示在坐标系Oxy中，O点表示探测器中心点，A(Θ₀,Φ₀)表示像点，B(Θ₁,Φ₁)表示目标引导位置，C(Θ₂，Φ₂)表示由A点和B点合成的目标位置，Θ₂表示方位角，Φ₂表示俯仰角，有以下关系：其中，ΔΘ表示目标的方位角误差，ΔΦ表示目标的俯仰角误差；解耦算法如公式(3)所示：其中，θ₁，θ₂为第一棱镜和第二棱镜的当前位置；θ₁^*，θ₂^*为第一棱镜和第二棱镜需要调整的位置；f(ΔΘ)表示方位角误差ΔΘ对应的棱镜旋转量；f(ΔΦ)表示俯仰角误差ΔΦ对应的棱镜旋转量；f(ΔΘ)和f(ΔΦ)具体表示如公式(4)和公式(5)所示：其中，G_Θ(s)和G_Φ(s)表示设计的控制算法，由G_c(s)、K_Θ和K_Φ构成，G_c(s)设计为PI控制器；K_Θ表示方位增益，K_Φ表示俯仰增益；4)通过控制器控制第一电机和第二电机运动，使其带动第一棱镜和第二棱镜旋转到位置θ₁^*、θ₂^*，目标将被锁定在探测器的视场中心。