[发明专利]一种旋转双棱镜快速平滑跟踪目标方法

说明书

本发明公开了一种旋转双棱镜快速跟踪目标方法，该方法通过将旋转双棱镜非线性问题近似线性化，减小因非线性带来的对目标跟踪能力的影响。其核心在于将系统对目标闭环跟踪的控制器增益设计为以目标俯仰角为自变量的函数，以克服目标在接近旋转双棱镜系统盲区和最大视场附近时导致的棱镜速率大，跟踪能力下降的问题。本发明旋转双棱镜快速跟踪目标方法能够对目标进行快速平滑闭环跟踪。

技术领域

本发明涉及光电跟踪领域，具体涉及一种旋转双棱镜快速平滑跟踪目标方法。

背景技术

在光电跟踪领域通常采用万向架和快反镜作为目标跟踪的执行机构，万向架机构可进行大角度偏转，适用于对运动范围大的目标进行跟踪，但万向架结构体积大，惯性大、动态响应较差。快反镜响应速度快，跟踪精度高，但偏转角度小，不适用于运动范围较大的目标。

旋转双棱镜通过两个棱镜共轴排列独立旋转，具有结构紧凑、指向精度高、体积小，动态性能强、可实现大口径光束大角度偏转等特点，作为目标跟踪的执行机构相对于传统万向架等机构有一定优势。

传统的目标跟踪执行机构万向架和快反镜，其光束指向与机构偏转角度为线性关系，而旋转双棱镜系统光束指向与棱镜旋转角度之间为非线性关系。在先技术(参见李锦英等专利：CN106802672A)提出了旋转双棱镜用于目标实时跟踪的闭环控制方法，但所提出的方法中并不涉及旋转双棱镜系统因非线性带来的目标跟踪能力下降的问题。

发明内容

本发明针对的应用难题是：旋转双棱镜系统中光束指向与棱镜旋转角度之间有着非线性关系，且在目标位于旋转双棱镜系统盲区和最大视场附近，非线性关系增强，棱镜旋转速率增大，导致系统对目标时跟踪动态响应下降，跟踪能力不足。由于非线性因素的存在，采用传统的闭环控制方法，不能实现对目标的快速平滑跟踪。

本发明产生的实际意义为：通过将传统闭环控制器的增益设计为目标俯仰角的自变量函数，以适应目标位于旋转双棱镜系统不同视场位置带来的非线性影响。当非线性增强棱镜速率增大跟踪误差大时，控制器比例增益增大，加快系统动态响应。当非线性影响小棱镜速率变化不大跟踪误差小时，减小控制器比例增益，保证系统的稳态性能。变增益控制器可以使得旋转双棱镜系统局部线性化，实现对目标的快速平滑跟踪。

本发明采用的技术方案为：一种旋转双棱镜快速平滑跟踪目标方法，具体步骤如下：

步骤1)、旋转双棱镜用于目标跟踪执行机构，对目标跟踪时，根据目标引导方位角Θ、俯仰角Φ，采用一阶近轴近似理论反解得到棱镜旋转角度θ₁和θ₂：

其中，δ₁、δ₂为光束依次通过两棱镜后的折射角度，只与两棱镜的折射率n₁、n₂和顶角α₁、α₂有关：

δ₁＝α₁(n₁-1)   (3)

δ₂＝α₂(n₂-1)   (4)

步骤2)、电机带动两棱镜旋转角度θ₁和θ₂，目标依次通过两棱镜折射后到达图像探测器上，此时图像探测器上存在脱靶量，将脱靶量送入到控制系统中，作为闭环控制器的输入信息。将控制器的比例增益设计为以目标俯仰角为自变量的函数，比例增益分为俯仰角误差比例增益K_E、方位角误差比例增益K_A：