CN103399498A - 一种平稳切换跟踪控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种平稳切换跟踪控制方法，步骤为：计算跟踪传感器（红外、可见等CCD传感器）脱靶量的最小均方误差，选择最小的误差对应的脱靶量；最小均方误差小于设定的阈值，则利用该脱靶量进行闭环跟踪，跟踪的方法是零点闭环原理，产生位置输出量达到速度输入端；如果最小均方误差大于设定的阈值，则采用速度保持以及单杆修正相结合的方式进行目标跟踪。本发明采用最小均方误差为准则的零点闭环方法以及速度保持的单杆修正相结合控制策略，实现光电跟踪各个传感器的平稳切换。

Description

一种平稳切换跟踪控制方法

技术领域

本发明涉及光电跟踪控制领域，具体的涉及一种采用各类跟踪传感器闭环之间切换的控制策略，主要用于闭环系统的平稳跟踪。

背景技术

光电经纬仪是景象观测、高精度测量领域的重要设备。为了提高可靠性以及多用途性，通常采用多种类型跟踪传感器比如红外CCD、可见CCD、单杆等。同时为了适应远、近目标以及高精跟踪一些具体要求，每种类型传感器又会采用宽、窄视场的型号。因此，光电经纬仪上安装有多种传感器，一般来说单杆跟踪称为半自动跟踪，而其他红外、可见跟踪称为自动跟踪。如何实现各类传感器之间的平稳切换过渡，一直是一个难点。现有光电测量设备的方法是：根据红外或者电视提取稳定的情况，人为选择哪种传感器进行目标跟踪。该方案有2个不足：一旦在跟踪过程中由于目标的提取不稳定出现晃动，非常容易丢失目标；其次，无论是自动跟踪之间，还是自动、半自动跟踪相互切换会出现晃动。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：克服现有技术的不足，提出一种采用最小均方误差为准则的零点闭环方法以及速度保持的单杆修正相结合控制策略，实现光电跟踪各个传感器的平稳切换。

本发明解决上述技术问题的技术方案为：平稳切换跟踪控制方法实现步骤如下：

S1：计算跟踪传感器（红外、可见等CCD传感器）脱靶量的最小均方误差，选择最小的误差对应的脱靶量，转向S2；

S2：最小均方误差小于设定的阈值，则利用该脱靶量进行闭环跟踪，跟踪的方法是零点闭环原理，产生位置输出量达到速度输入端，同时继续执行S1；如果最小均方误差大于设定的阈值，则转向S3；

S3：采用速度保持以及单杆修正相结合的方式进行目标跟踪；同时，继续执行S1。

其中，零点闭环原理是在切入任何一种CCD跟踪模式下那一刻，记下当前的脱靶量Δ，闭环中心点在每个脱靶量的采样周期内以

向CCD的中心点逼近。f为脱靶量的采样频率，k表示逼近中心点的时间，H表示CCD的像素中心点。

其中，速度保持以及单杆修正相结合的方式实现为：位置输出量为当前位置输出以及单杆输出量的累加，用公式表示如下：u_pout＝u_pout+Hand，其中Hand为单杆的输出量，u_pout为位置输出量，并将此输出量送到速度输入端。

本发明相对于现有技术的优点有：在现有的光电跟踪设备成功应用，减小了人为判断因素，采用了脱靶量最小方差为基准确定了切入最佳时间点；零点闭环方法大幅度减小了逼近CCD中心的晃动；速度保持以及单杆修正相结合，保证了全程跟踪过程中的可靠性。

附图说明

图1为本发明流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式说明本发明，本领域的技术人员可根据本说明书揭示的内容了解本发明的功效及优点。

光电跟踪系统普遍采用了速度环、位置环等多闭环控制模式，位置环路的输出就是速度环路的输入。位置环路的实现过程是接收CCD传感器提供的脱靶量，采用合适的控制器算法生成速度输入信号，并将该信号送给速度环。

如图1所示，以下是本发明的具体实施办法。平稳切换跟踪控制方法，在于实现以下步骤：

S1：计算跟踪传感器（红外、可见等CCD传感器）脱靶量的最小均方误差，选择最小的误差对应的脱靶量，转向S2；

设跟踪传感器（红外、可见等CCD传感器）提供的脱靶量依次记为e_1i、e_2i、…e_ni，e_ni表示第n种类型CCD传感器在第i个采样周期（CCD的采样周期），最小均方误差采用下面的计算方法：

$S_n=\frac{1}{10}\sqrt{\underset{i=m-9}{\overset{i=m}{\mathrm{\Σ}}}{\{e_{\mathrm{ni}}-\frac{1}{10}\underset{i=m-9}{\overset{i=m}{\mathrm{\Σ}}}{e}_{\mathrm{ni}}\}}^2}---\left(1\right)$

该公式表示的意义是，采用滚动的方法对当前第m帧以及前9帧进行最小均方误差计算。S_n表示第n种类型传感器的在m帧时刻的最小均方误差。

对{S₁,S₂,…S_n}按照从大到小的顺序进行排序，记R＝min{S₁,S₂,…S_n}。R表示的含义就是某种类型传感器的在第m帧的最小均方误差，也就是脱靶量的晃动最小，最为可靠的那个CCD传感器。

S2：最小均方误差小于设定的阈值，则利用该脱靶量进行闭环跟踪，跟踪的方法是零点闭环原理，产生位置输出量达到速度输入端，同时继续执行S1)；如果最小均方误差大于设定的阈值，则转向S3。

阈值大小一般取1～5,这就是说脱靶量的提取精度小于CCD像素的5个像元。零点闭环原理是闭环中心点不是一直固定在CCD的中心点，而是一个变化的点。具体就是在切入任何一种CCD跟踪模式下那一刻，记下当前的脱靶量Δ，闭环中心点在每个脱靶量的采样周期内以

为变化量向CCD的中心点H逼近。f为脱靶量的采样频率，k表示逼近中心点的时间。

逼近中心点的时间k选取的原则为：控制系统的超调小，不影响目标的提取。一般取0.2～2，表示0.2～2秒钟可以将闭环点移到CCD中心点。

S3：采用速度保持以及单杆修正相结合的方式进行目标跟踪；同时，继续执行S1。

速度保持以及单杆修正，就是当CCD跟踪模式的条件不满足时，保持前面一个采样周期的速度，并且将单杆的输出量累加到速度上。具体操作为：位置输出量为当前位置输出以及单杆输出量的累加，用公式表示如下：u_pout＝u_pout+Hand，其中Hand为单杆的输出量，u_pout为位置输出量，并将此输出量送到速度输入端。

本发明未详细阐述的部分属于本领域公知技术。

Claims (3)

1.一种平稳切换跟踪控制方法，其特征在于实现以下步骤：

S1：计算跟踪传感器脱靶量的最小均方误差，选择最小的误差对应的脱靶量，转向S2；

S2：最小均方误差小于设定的阈值，则利用该脱靶量进行闭环跟踪，闭环跟踪的方法是零点闭环原理，产生位置输出量达到速度输入端，同时继续执行S1；如果最小均方误差大于设定的阈值，则转向S3；

S3：采用速度保持以及单杆修正相结合的方式进行目标跟踪；同时，继续执行S1。

2.根据权利要求1所述的一种平稳切换跟踪控制方法，其特征在于：所述步骤S2中的零点闭环原理实现为：在切入任何一种CCD跟踪模式下那一刻，记下当前的脱靶量Δ，闭环中心点在每个脱靶量的采样周期内以

向CCD的中心点逼近，f为脱靶量的采样频率，k表示逼近中心点的时间，H表示CCD的像素中心点。

3.根据权利要求1所述的一种平稳切换跟踪控制方法，其特征在于：所述步骤S3中的速度保持以及单杆修正相结合的实现为：位置输出量为当前位置输出以及单杆输出量的累加，用公式表示如下：u_pout＝u_pout+Hand，其中Hand为单杆的输出量，u_pout为位置输出量，并将此输出量送到速度输入端。

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