光电跟踪系统捕获跟踪切换的平滑调节方法

光电跟踪系统中,通常需要应用多个控制器完成搜索、捕获和跟踪。在多控制器之间直接切换可能会产生大的瞬态误差,导致目标脱离视场。提出了基于单个实参数控制的系统频响特性对称调节方法,实现了捕获和跟踪控制的平滑转换;给出了对称调节器的标准形式,可通过频域上的转换得到实际的调节控制器。实验结果表明:采用单参数对称调节的捕获跟踪控制模式转换平滑、快速、瞬态响应快、超调量小。

光电跟踪伺服系统的输入多采样率满意控制

针对成像跟踪器低采样率帧频特性对光电跟踪伺服系统控制性能的影响,提出了一种基于输入多采样率控制原理的满意PID控制器。应用输入多采样率控制原理,提高了控制系统的稳定度,减小了跟踪器的低采样率帧频特性对系统跟踪性能的影响。将输入多采样率PID控制器的参数求解转换为满足极点约束和方差约束的多目标满意优化问题,从而使伺服系统的跟踪性能满足指定的快速性和精度指标要求。对所提出方法的有效性进行了实验验证,结果表明:在成像跟踪器的输出帧频为25Hz的条件下,所提出的输入多采样率满意PID控制器能够减小光电跟踪伺服系统工作模式切换带来的超调和振荡,对0.5Hz正弦信号的动态跟踪精度能够提高2个像素点;能够有效降低成像跟踪器的低采样率帧频特性对伺服系统控制性能的影响,提高了系统跟踪目标的稳定性、动态性和跟踪精度。

双数字信号处理器光电跟踪伺服控制系统的设计

为解决光电跟踪伺服系统中的计算资源不足的问题,分析了光电跟踪伺服系统跟踪回路的结构,设计了基于双数字信号处理器的数字伺服控制硬件平台,以完成光电跟踪系统的通信、扰动隔离以及目标跟踪等功能,介绍了其硬件与软件实现方法;对各DSP任务进行了合理规划,以McBSP接口作为双DSP的数据交换接口,保证了通讯的实时性。以方位轴跟踪回路为例,构建了脱靶量预测滤波算法,实现了等效复合控制。

数字伺服控制系统软件模块化设计

基于TITMS320LF240x的DSP数字伺服控制系统软件模块化设计,通过改进控制系统信号流图,以输入输出模块组成信号流图模块。数字伺服控制软件模块与信号流图模块对应,每个模块框代表同名软件模块函数且各模块的输入输出端对应软件函数变量。模块间的连接表示数据流向,用C可调用汇编函数将其数据写入软件模块。

光电跟踪伺服系统的动态非线性控制方法

为提高伺服系统的跟踪精度和响应速度,提出一种非线性PID控制方法。对比了光电跟踪系统捕获与跟踪响应的特征,给出快速稳定的非线性控制方法,并以某光电跟踪系统为例进行实验与分析。结果表明,该方法能实现从捕获到跟踪过程的平滑、快速过渡,保证稳定跟踪中的精度,已得到成功应用。

软体机器人研究现状综述

软体机器人由柔韧性材料制成,可在大范围内任意改变自身形状、尺寸在侦察、探测、救援及医疗等领域都有广阔的应用前景。综述软体机器人结构类型、驱动方式、物理建模技术和加工制造方法等问题。其结构模仿生物的静水骨骼结构和肌肉性静水骨骼结构,采用形状记忆合金、气动、电活性聚合物等物理驱动方式或将化学能转化为机械能的化学驱动方式。软体机器人建模困难,主要采用试验分析或使用超冗余度机器人建模方法近似研究。制造中的问题包括柔性本体制造、柔性致动器制造以及可伸展电路的制造,采用形状沉积、激光压印、智能微结构等新型制造工艺。软体机器人是一种全新的机器人,对它的研究刚刚起步,涉及材料科学、化学、微机电、液压、控制等多学科,从材料、设计、加工、传感到控制、使用均存在着一系列问题需要继续研究。

导引头伺服系统隔离度与测试

角扰动隔离是导引头的一个重要功能,通常用隔离度来评价导引头的扰动隔离性能。为了实现对导引头隔离度的快速测试,本文分析了导引头直接稳定和间接稳定的扰动隔离原理,建立了导引头的隔离度模型,最后通过分析导引头的稳定回路结构,提出了一种适用于导引头伺服系统调试阶段的,基于dSPACE半实物仿真系统的隔离度测试方法。该方法通过在稳定回路中施加干扰信号实现隔离度的快速测试,不需要使用飞行仿真转台模拟载体运动。与传统测试方法相比,具有系统组成简单、测试速度快的特点。采用该方法对某红外成像导引头稳定回路进行了隔离度测试,测试结果接近于传统测试方法的测试结果,其误差<2dB,表明使用该方法测量导引头或其他动载体光电平台的隔离度是可行的。

质量不平衡力矩对导引头伺服机构性能影响分析

摩擦力矩、导线干扰力矩和质量不平衡力矩等各种非线性因素会对导引头的性能产生严重影响,国内外学者对导引头摩擦力矩和导线干扰力矩做了大量分析,而对质量不平衡力矩研究甚少。为了研究导引头伺服机构质量不平衡力矩的传递机理及其对平台速度稳定性能的影响,以两框架导引头伺服机构为对象,利用欧拉角坐标变换方法和刚体绕动点转动的动量矩定理建立了完整的运动学和动力学模型。在此基础上,针对某导引头样机,首先分析了框架转动中心与导弹质心距离以及框架质心偏心距离对质量不平衡力矩的影响;然后分析了质量不平衡力矩对平台稳定回路性能的影响。结果表明:当框架转动中心与导弹质心距离和框架质心偏心距离较大时,质量不平衡力矩会严重影响平台的稳定性能,设计时必须重点考虑。

动载体光电成像系统视轴稳定精度研究

载体扰动会对光电成像系统的性能产生影响。分析载体扰动的特点及产生的原因,主要分析载体角运动对光电成像系统性能的影响。在此基础上从空间分辨率、人眼观察性能以及跟踪精度3个方面分析光电成像系统对视轴稳定精度的要求,指出对于探测器限制的光电成像系统,应将积分时间内载体的角扰动控制在探测器限制的空间分辨率内,或将像移控制在一个探测单元尺寸内,对于衍射限制的光电成像系统,应将积分时间内载体的角扰动控制在衍射限制的空间分辨率内,得出了视轴稳定精度必须在满足成像系统空间分辨率的基础上,根据实际功能需求进行确定的结论。最后通过实例验证了上述结果。

大尺寸空间角测量技术进展及其分析

随着大型装备制造工业飞速发展,其制造与装配等过程对大尺寸空间几何量的测量技术要求越来越高。为了分析大尺寸空间几何量测量中的空间角测量技术的发展,在综述5种传统大尺寸空间角测量方法的基础上,介绍了大尺寸空间角测量方面国内外相关研究的3种新的代表性成果。着重阐述了一种基于惯性基准的大尺寸空间角测量方法,该方法将光电自准直跟踪技术与惯性测量技术有机结合,测量范围更大、便携性更强,特别适合外场条件下大尺寸空间角的快速测量。测试结果表明,目前其有效测量范围可达10m,测量精度为0.5°,同时还针对系统测量范围与测量精度的进一步提高提出了改进方案。

一种用于光纤陀螺降噪的鲁棒平滑滤波算法

为了降低光纤陀螺(FOG)的随机噪声以及消除异常采样信号的干扰,提出一种鲁棒平滑滤波算法。利用权重函数为FOG每个采样数据迭代加权,给异常值分配较低权重给高质量数据分配较高权重,有效提高了平滑滤波的鲁棒性。采用广义交叉验证估计平滑参数再利用离散余弦变换计算原始FOG数据的平滑值,提高了平滑滤波的运算速度。软件仿真和实际实验结果表明,相比传统最小二乘平滑滤波算法,所提算法能够有效抑制FOG随机噪声和异常采样信号的干扰,并且对时变的FOG信号具有较好的跟踪能力。

光纤陀螺基于本征模态函数筛选的阈值滤波算法

为降低光纤陀螺随机噪声,提高其测量精度,利用周期图法辨识光纤陀螺的随机噪声特征参数,针对其噪声特征,提出了基于本征模态函数筛选的微分经验模态分解阈值滤波算法。以本征模态函数和原始信号二者的概率密度函数的空间距离为判别依据,对所有本征模态函数进行筛选,根据已估计的噪声参数计算阈值大小,采用时间序列阈值的方法对筛选出的本征模态函数进行处理。仿真和实验结果表明,该滤波算法能够在跟踪光纤陀螺信号变化的同时,使其零偏不稳定性下降90.35%,角随机游走下降93.75%,对随机噪声有较好的抑制能力。

基于惯性基准的大尺寸空间角测量

针对大型装备装配过程中的大尺寸空间角测量问题,提出一种基于惯性基准的大尺寸空间角测量方法并且设计了相应的测量系统。该测量系统利用自准直原理获取被测轴线方向,通过内部陀螺仪和编码器测量被测轴线在惯性坐标系中的单位向量坐标,然后根据每个被测轴线在公共基准内的单位向量坐标值实现空间角的计算。建立了大尺寸空间角测量的数学模型,并对测量系统的测量不确定度进行分析和计算。最后搭建了测量系统的原理样机并利用原理样机在实验室进行了模拟测量实验。实验结果表明,原理样机的实际测量误差为14",满足了测量精度的要求。该方法采用惯性空间作为公共测量基准,有效地解决了测量大尺寸空间角时测量基准难以建立和传递的难题,使得测量过程更加灵活、高效。

基于双DSP的导引头数字控制系统设计

分析了导引头伺服系统的结构及其预置、稳定、搜索和跟踪等回路的功能。设计了基于双DSP结构的导引头伺服系统控制器,以实现导引头的通信、扰动隔离以及目标跟踪等功能,介绍了其硬件与软件实现方法。分析了导引头伺服系统的扰动隔离与目标跟踪原理,并以方位轴稳定回路为例,提出了基于dSPACE半实物仿真系统的数字控制器设计方法。扰动隔离仿真与目标跟踪试验结果表明:所设计的导引头数字控制系统具有较高精度,基本满足导引头的扰动隔离与目标跟踪功能。

大尺寸空间角测量系统光轴指向不确定度评定

由于被测对象相距较远,高精度的公共测量基准难以建立,因此大尺寸空间角测量的难度较大。为了解决大尺寸条件下空间角的现场测量问题,提出一种基于惯性基准的大尺寸空间角测量方法。首先,阐述了大尺寸空间角的测量原理并且设计了测量系统。然后,对测量系统中基于二维振镜的光轴指向不确定度进行了研究,重点分析了各类误差对光轴指向不确定度的影响。最后,利用蒙特卡洛仿真对各项误差所引起的光轴指向不确定度进行评定,为光轴跟踪装置的误差分配及其指向精度的现场评估等工作奠定了基础。

载体运动对光电成像系统性能的影响分析

首先根据光电成像系统与目标的几何关系,分析了积分时间内载体运动在焦平面上产生的像移;然后从调制传递函数的角度分析了运动对成像系统性能的影响,最后分析了运动对光电成像系统分辨率的影响。结果表明:载体的角运动会严重影响光电成像系统性能,必须将积分时间内载体的角运动控制在探测器瞬时视场内。

面向装备应急保障的金属增材制造技术

若能将金属增材制造技术应用于装备的现场制造和维修,将有效提高部队的应急保障能力。介绍常见的金属增材制造技术及其基本原理,对几种典型技术的成形速度、精度、最大成形尺寸及成形件的力学性能进行对比分析。结合金属增材制造技术在国内外军事领域应用现状及装备应急保障的特点,从成形效率、质量、能力和设备的机动性、抗干扰能力、成本几方面展开分析。结果表明,电弧增材制造和激光近净成形技术在装备应急保障中具有较大的应用潜力。

增强现实辅助维修技术研究进展

增强现实技术应用于复杂装备维修,可增加维修保障工作信息量与对复杂维修任务及维修过程的理解能力,提高维修保障效率。在分析当前典型增强现实原型系统基础上,研究了增强现实技术在复杂装备维修保障中应用的可行性,提出了增强现实装备维修中关键技术的解决途径,并对增强现实技术的发展趋势进行了展望。

紧凑型增强现实头盔显示器光学系统设计

设计了一种用于增强现实的紧凑型头盔显示器光学系统,该系统视场角26.3°×19.7°,焦距32 mm,出瞳距离20 mm,出瞳直径8 mm。在光学系统中使用衍射面与高次非球面设计,实现了光学系统的轻量化,系统内、外两个光通道的光能量利用率分别为1/4和1/2,光学系统镜头直径小于45 mm,重量小于8 g,不仅在结构上满足使用者头戴要求,而且成像质量接近衍射极限,最大场曲和最大像散分别为45μm和46μm,畸变小于5%,最大垂轴色差值仅为6.9μm,满足增强现实"虚实结合"显示需求。

灰度夜视融合图像质量结构相似度评价方法

针对灰度夜视融合图像质量评价问题,提出利用构造的参考图像与融合图像进行结构相似度比较的客观评价方法.分别利用均值、标准差、熵、平均梯度及空间频率等全像素统计指标作为构建参考图像的构造因子,利用权重协调输入源图像在参考图像中的比例关系,获得了融合图像质量加权结构相似度评价模型.考虑到结构相似度评价模型中的结构函数对于严重模糊或失真的图像不能很好地反映图像的结构变化,进一步提出了梯度结构相似度评价模型和平均联合熵结构相似度评价模型.利用主观评价实验比较提出的三种基于结构相似度的融合图像质量评价模型发现,平均联合熵结构相似度评价模型有更好的稳定性且更接近人眼主观感受.