CN106842911A - 一种二维指向镜成像跟踪的图像伺服控制方法 - Google Patents

Abstract

一种二维指向镜成像跟踪的图像伺服控制方法，首先采集二维指向镜的方位轴角度值、俯仰轴角度值作为角位置测量反馈信号，采集CCD相机焦面目标的偏移量作为图像信息反馈，然后计算二维指向镜的轴跟踪目标所需的增量，并建立跟踪微分器，将音圈电机定子线圈模型简化为RL网络，定义二维指向镜轴参数估计偏差，最后计算得到速度等价控制量、角速度跟踪误差、轴电流等价控制量，进而得到二维指向镜的轴电压控制量，生成驱动信号并完成伺服控制。本发明方法通过采用基于图像反馈信息的跟踪控制方法，相比单纯的二维指向镜角位置伺服控制，增加了图像反馈信息，提高了测量精度，具有更高控制精度的优点。

Description

一种二维指向镜成像跟踪的图像伺服控制方法

技术领域

本发明涉及伺服控制技术领域，特别是一种二维指向镜成像跟踪的图像伺服控制方法。

背景技术

近年来国内外发射的许多光学遥感仪器上都采用了指向或扫描装置用以增加视场和减少重返时间，且在轨运行状态良好。美国GOES(地球同步环境卫星)系列是地球同步静止轨道的气象卫星、美国Landsat(陆地卫星)系列是太阳同步轨道资源卫星，Landsat-4、5上的TM(主体测绘仪)、法国SPOT-5太阳同步轨道地球资源遥感卫星搭载的两台相同的HRG(高分辨率几何)相机、国际合作项目地球观测系统(EOS)携带的先进空间热发射和反射辐射仪(ASTER)均搭载了扫描机构通过摆扫或推扫的方式进行成像。国内第一代极轨气象卫星FY-1(风云一号)携带的扫描辐射计采用了45°旋转反射机构扫描方式、中巴地球资源卫星(CBERS)携带的红外多光谱扫描仪(IRMSS)采用了摆动扫描机构扫描方式。

随着遥感应用技术的发展，光学系统中的扫描机构不再局限于单自由度的摆扫或推扫运动，通过采用具有两轴正交的二维指向机构可以实现对空间一定范围内的指向控制和目标跟踪，结合面阵CCD成像元件能够实现对地观测的凝视成像和目标跟踪。

二维指向镜的成像跟踪控制和指向控制是互为相反的两个过程，指向控制的驱动信号是给定的两轴电机转角，而成像跟踪控制的驱动信号是由地物在CCD相机焦面上像在成像坐标系下的偏移量提供的，成像跟踪控制将指向控制作为内环，外环增加了图像伺服闭环，而二维指向镜成像的非线性特性增加了控制的难度。目前，国内外论文中的对二维指向镜的成像特性分析大多基于45°镜假设，能够获得视轴转角与电机转角的直接解析关系，而一旦非45°镜成像就无法获得成像模型的解析形式，而工程上由于光学系统的复杂和多反射结构无法保证45°位置关系，因此此时的成像跟踪控制将变得困难。目前，国内外对二维指向镜均实现了基于角位置反馈信息的位置伺服控制，通过采集测角传感器输出的角位置信息作为反馈量与当前的指令角度信号作比较，将偏差信号送入角位置控制器，再由控制器计算输出控制电压信号，通过驱动电路输出相应的驱动信号驱动执行机构实现角位置指向控制。但采用图像反馈信息进行跟踪控制的文献和应用很少，而基于二维指向镜的图像跟踪控制是在角位置闭环控制的基础上增加了图像信息反馈，而图像位置信息的测量精度高于一般测角器件的精度，目前基于角位置测量信息的指向控制精度大约为1mrad，而基于图像信息反馈的跟踪控制精度能达到0.1mrad，具有明显的精度优势。所以采用图像位置闭环控制能够增加系统的跟踪精度。专利《基于二维转镜的星载目标跟踪系统及方法》(CN200910226500.6)、《用于航空航天成像领域的快速反射镜扫描跟踪系统及方法》(CN201410020863.5)均采用与本专利相似的执行机构，但本专利采用基于图像反馈信息的导引律和参数自适应反步法控制器实现图像跟踪控制，与上述专利采用的控制方法不同。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种二维指向镜成像跟踪的图像伺服控制方法，解决了现有的基于角位置测量信息的控制技术精度不高的问题，具有较好的使用价值。

本发明的技术解决方案是：一种二维指向镜成像跟踪的图像伺服控制方法，包括如下步骤：

(1)采集二维指向镜的方位轴角度值α、俯仰轴角度值β，并作为角位置测量反馈信号，采集CCD相机焦面目标的偏移量u、v，并作为图像信息反馈；所述的二维指向镜分别与音圈电机的两个输出轴相连，音圈电机控制二维指向镜中的方位轴、俯仰轴角度，二维指向镜改变射入CCD相机焦面的光线，CCD相机根据射入光线对目标成像；

(2)利用步骤(1)采集得到的CCD相机焦面目标的偏移量u、v分别计算二维指向镜的方位轴跟踪目标所需的增量Δα为

二维指向镜的俯仰轴跟踪目标所需的增量Δβ为

其中，δ_α、δ_β的取值范围为(0，360]°，k_α、k_β取值为正数，uΔα≤0，vΔβ≤0；

(3)建立跟踪微分器为

其中，x₀为跟踪微分器输入，x₁、x₂为跟踪微分器输出，为x₂的二阶导数，为x₁的一阶导数，r>0，对应的函数定义为

(4)将二维指向镜方位轴或者俯仰轴对应的音圈电机定子线圈模型简化为RL网络，根据力矩平衡原理得到二维指向镜单自由度数学模型为

其中，θ为音圈电机输出轴的转角，ω为音圈电机输出轴的角速度， J为音圈电机转动惯量，K_n为音圈电机挠性枢轴扭转刚度，K_m为音圈电机电流力矩系数，i为音圈电机电枢绕组电流，L为音圈电机电枢的电感，R为音圈电机电枢的电阻，K_b为音圈电机反电动势系数，E为输入电压；

定义二维指向镜方位轴参数估计偏差为

其中，j为伺服控制周期数目，j的初始值为1， 分别表示估计值的变化率，为第j个控制周期参数估计值，初值分别为真实值K_b、L、R的0.8倍；

定义二维指向镜俯仰轴参数估计偏差为

其中，j为伺服控制周期数目，j的初始值为1， 分别表示参数估计值的变化率， 为参数估计值，初值分别为 K_b'、L'、R'的0.8倍；

(5)令θ为第j个伺服控制周期的二维指向镜的方位轴角度α，定义第j个伺服控制周期二维指向镜的方位轴角度的跟踪误差为

其中，θ^co＝Δθ+θ，Δθ为Δα；

得到速度等价控制量ω^co为

其中，k_θ>0，为通过将θ^co作为步骤(3)中微分跟踪器的x₀计算得到的x₂；

令θ'为第j个伺服控制周期的二维指向镜的俯仰轴角度β，定义第j个伺服控制周期二维指向镜的俯仰轴的角度跟踪误差为

其中，θ^co'＝Δθ'+θ'，Δθ'为Δβ；

得到速度等价控制量ω^co'为

其中，k_θ'>0，为通过将θ^co'作为步骤(3)中微分跟踪器的x₀计算得到的x₂；

(6)定义第j个伺服控制周期二维指向镜的方位轴角速度跟踪误差为

其中，ω^co为步骤(5)计算得到的第j个伺服控制周期的速度等价控制量，ω为将第j个伺服控制周期的方位轴角度α作为步骤(3)中微分跟踪器的x₀而得到的x₂；

得到第j个伺服控制周期方位轴电流等价控制量i^co为

其中，k_ω>0，为将步骤(5)计算得到的第j个伺服控制周期的ω^co作为步骤(3)中微分跟踪器的x₀而得到的x₂；

定义第j个伺服控制周期二维指向镜的俯仰轴角速度跟踪误差为

其中，ω^co'为步骤(5)计算得到的第j个伺服控制周期的速度等价控制量，ω'为将第j个伺服控制周期的β作为步骤(3)中微分跟踪器x₀计算得到的x₂；

得到第j个伺服控制周期俯仰轴电流等价控制量i^co'为

其中，k_ω'>0，为将步骤(5)计算得到的第j个伺服控制周期的ω^co'作为步骤(3)中微分跟踪器的x₀而得到的x₂；

(7)定义第j个伺服控制周期二维指向镜的方位轴电流跟踪误差为

进而得到第j个伺服控制周期二维指向镜的方位轴电压控制量为

其中，k_i>0，为将第j个伺服控制周期的计算得到的i^co作为步骤(3)中微分跟踪器的x₀得到的x₂；

γ₄、γ₅、γ₂、γ₃、γ₁均为正数；

定义第j个伺服控制周期二维指向镜的俯仰轴电流跟踪误差为

进而得到第j个伺服控制周期二维指向镜的俯仰轴电压控制量为

其中，k_i'>0，为将第j个伺服控制周期的计算得到的i^co'作为步骤(3)中微分跟踪器的x₀得到的x₂；

γ₄'、γ₅'、γ₂'、γ₃'、γ₁'均为正数；

(8)将步骤(7)得到的E、E'转换为驱动信号，并分别驱动二维指向镜的方位轴音圈电机和俯仰轴音圈电机转动，完成第j个伺服控制周期伺服控制。

所述的采集二维指向镜的方位轴角度值α、俯仰轴角度值β为通过两轴测角器件完成。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明方法通过采用基于图像反馈信息的跟踪控制方法，相比单纯的二维指向镜角位置伺服控制，增加了图像反馈信息，提高了测量精度，具有更高的控制精度的优点；

(2)本发明方法通过采用导引律函数设计，将成像坐标系下像的偏移量转换为对应两轴转角的增量，针对二维指向镜的非线性成像特性，解决了无法直接获得焦面图像偏移量到两轴电机绝对角度的解析形式的问题；

(3)本发明方法采用参数自适应反步法设计位置闭环，解决了被控对象模型参数不确定下的控制问题，并采用非线性跟踪微分器获得中间控制量的导数值，避免了因常规反步法中直接求导而增加计算量的不足。

附图说明

图1为二维指向镜结构示意图；

图2为二维指向镜成像示意图；

图3为二维指向镜图像伺服控制结构示意图；

图4为成像跟踪焦面偏移量轨迹；

图5为成像跟踪焦面X向偏移量随时间变化曲线；

图6为成像跟踪焦面Y向偏移量随时间变化曲线；

图7为二维指向镜两轴电机转角变化曲线。

具体实施方式

本发明针对现有技术的不足，提出一种二维指向镜成像跟踪的图像伺服控制方法，解决了现有的基于角位置测量信息的控制技术精度不高的问题，具有较好的使用价值，下面结合附图对本发明方法进行详细说明。

本发明方法中二维指向镜如图1所示，包括二维指向机构、俯仰轴和方位轴电机、俯仰轴和方位轴测角传感器，俯仰轴和方位轴正交安装，均采用枢轴支撑结构，二维指向镜与CCD相机以一定相对位置安装，满足二维指向镜方位轴和俯仰轴处于零位时，反射光线投影在CCD相机焦面的成像坐标系XOY中心，二维指向镜反射入射光线到CCD相机进行成像，如图2所示为二维指向镜成像示意图，CCD相机输出像在成像坐标系下的偏移量。本发明方法中成像跟踪伺服控制算法包括外环图像闭环和内环位置闭环，图像闭环根据像在成像坐标系下XY方向的偏移量利用导引函数分别计算出二维指向镜俯仰轴和方位轴转动角度增量，然后将得到的角度增量分别与方位轴和俯仰轴的测角传感器测量的角度值相加作为指令角度输出给位置闭环。位置闭环根据指令角度，通过控制算法分别输出驱动信号实现俯仰轴和方位轴电机的转动，保证在入射光线角度变化时，经过二维指向镜的反射光线仍然处于CCD相机焦面的成像坐标系XOY中心，进而实现成像跟踪伺服控制。图像闭环直接采用导引函数计算转角增量，避免了直接由图像偏移量到两轴电机绝对角度关系的解析计算；位置闭环控制采用参数自适应反步法设计，能够保证算法在模型参数不确定下的控制性能，并且在反步法设计中引入跟踪微分器计算中间控制量的导数，避免了常规反步法中需对中间控制量进行解析求导而导致计算量膨胀的不足，增加了系统的鲁棒性。

综上所述，本发明方法包括如下步骤：

(1)采集二维指向镜的方位轴和俯仰轴测角传感器输出经过模数转换后得到方位轴角度值α、俯仰轴角度值β，并作为角位置测量反馈信号；采集CCD相机焦面目标的偏移量u、v，并作为图像信息反馈。

(2)利用导引函数分别计算图像信息反馈中偏移量u、v所对应二维指向镜的方位轴、俯仰轴的角度增量。

基于步骤(1)中采集的CCD相机焦面目标的偏移量u、v，利用如下导引函数计算二维指向镜的方位轴、俯仰轴的角度增量为

其中，δ_α，δ_β分别为导引律增益系数，取值范围为(0,360]°，k_α，k_β为导引律收敛速度调节系数，取值为正数，导引律中的正负号与二维指向镜两轴转动的正方向和焦面坐标系正方向定义相关，保证uΔα≤0，vΔβ≤0。

(3)利用跟踪微分器基于二维指向镜的方位轴、俯仰轴的角度信息(α、β)计算角速度信号。

本发明方法采用如下微分跟踪器，将x₀作为微分跟踪器的输入信号，x₁、x₂为微分跟踪器的输出信号

其中，为x₁的一阶导数，为x₂的一阶导数，r>0为微分跟踪器加速度约束，为符号函数定义为

根据以上算法，当分别输入两轴电机转角x₀＝α或x₀＝β，将得到两轴电机转动角速度信息为或

(4)基于二维指向镜单自由度运动模型，利用参数自适应反步法设计角位置跟踪控制器和参数自适应律。

由于二维指向镜如图1所示正交安装的两轴能够单独控制，所以方位轴的电机控制为例，基于参数自适应反步法设计控制器和自适应律，得到的控制器形式同样适用于另一个轴。

将方位轴音圈电机定子线圈模型简化为一个RL网络，根据动力学的力矩平衡原理可得二维指向镜方位轴数学模型为

其中，θ为音圈电机输出轴的转角，单位rad，ω为音圈电机输出轴的角速度，单位rad/s；J为音圈电机转动惯量，单位为Kg·m²；K_n为音圈电机挠性枢轴扭转刚度，单位N·m·A^-1；K_m为音圈电机电流力矩系数，单位N·m·A^-1；i为音圈电机电枢绕组电流，单位A；L为音圈电机电枢的电感，单位H；R为音圈电机电枢的电阻，单位Ω；K_b为音圈电机反电动势系数，单位V·s·rad^-1；E为输入电压，单位为V。

对于数学模型参数存在缓变的不确定性，定义参数的估计偏差为

其中，和分别为式(5)中参数的估计值。

(5)对于步骤2中计算出的方位轴角度增量Δθ＝Δα和步骤1中测量的当前电机轴转角θ＝a相加作为位置伺服闭环的输入角度信息，用θ^co＝θ+Δθ表示。

1)角位置环设计

定义角位置跟踪误差

其中，θ为当前电机转角测量值由步骤1获得，θ^co为位置伺服闭环的输入角度值，对(7)求导，移项整理得

其中，其中是将指令角度信号θ^co作为微分跟踪器式(3)的输入x₀＝θ^co，而得到的ω^co为角速度等价控制量，定义角速度跟踪误差

其中，ω是将当前角位置测量信号θ作为微分跟踪器式(3)的输入x₀＝θ，计算得到实现了无速度传感器时的角速度信号的获取。

设计角速度等价控制量ω^co为

其中，控制参数k_θ>0，前馈信号作为指令速度信号进行补偿，将式(10)代入式(8)得到

2)角速度环设计

对速度跟踪误差求导，由式(5)和(10)整理得

其中，是将式(10)中角速度等价控制信号ω^co作为微分跟踪器式(3)的输入x₀＝ω^co，而得到的对上式进一步整理得

定义电流环跟踪误差

其中，i^co为电流等价控制量，i为测量电流信号，设计电流等价控制量i^co为如下形式

其中，控制参数k_ω>0，由式(10)可知，对于传统反步法设计过程的计算涉及到θ^co的二阶导数和状态变量的偏导数，需要进行解析求导，此处采用微分跟踪器获得的数值解，优化了设计过程，则将式(15)代入式(13)得到

3)电流环设计

对电流环误差求导，将式(15)代入得

其中，是将式(10)中角速度等价控制信号i^co作为微分跟踪器式(3)的输入x₀＝i^co，而得到的对于传统反步法设计过程的计算涉及到ω^co的二阶导数和其它状态变量的偏导数，需要进行解析求导，此处采用微分跟踪器获得的数值解，优化了设计过程。

设计电压控制控量为如下形式

其中，控制增益k_i>0。

将式(18)代入式(17)整理得

4)参数自适应律设计

构造李雅普诺夫能量函数为

对上式求导，将式(19)、(16)和(11)代入得

进一步整理得

设计参数自适应律为

将式(23)～(27)代入式(22)进一步整理得

当且仅当时，由LaSalle不变原理得控制输入能够保证闭环系统渐近稳定，证明控制算法设计过程是有效的，图像跟踪闭环控制系统结构框图如图3所示，下面结合仿真实验实施例对本发明方法进行详细说明。

本发明方法仿真实施例中方位轴音圈电机参数包括电感L＝8.4×10^-3H、R＝6.3Ω、电流力矩系数K_m＝0.43Nm/A、反电动势系数K_b＝0.43V/(rad·s)、转动惯量J＝1.45×10^-2Kg·m²、枢轴扭转刚度K_n＝3.006Nm/rad，将参数估计值初始化为俯仰轴音圈电机参数包括电感L'＝4.6×10^-3H、R'＝5.9Ω、电流力矩系数K_m'＝0.09Nm/A、反电动势系数K_b'＝0.09V/(rad·s)、转动惯量J'＝7.2×10^-4Kg·m²、枢轴扭转刚度K_n'＝0.622Nm/rad，参数估计值初始化为 方位轴控制器参数包括k_θ＝2、k_ω＝15、k_i＝50，参数自适应增益系数包括γ₁＝100、γ₂＝100、γ₃＝5、γ₄＝10、γ₅＝10，俯仰轴控制器参数包括k_θ'＝1.5、k_ω'＝10、k_i'＝30，参数自适应增益系数包括γ₁'＝50、γ₂'＝50、γ₃'＝2、γ₄'＝5、γ₅'＝5，根据本发明方法中上述步骤进行仿真，得到仿真实施例结果。

仿真结果如图4、图5、图6、图7所示，其中，仿真实验初始条件是当二维指向镜处于零位状态时，经过反射的光线在焦面上的像位于成像坐标系XOY的中心(0，0)，此时分别靠外力转动指向镜的方位轴和俯仰轴直至偏转到某一角度，释放外力时二维指向镜的两轴在控制器的作用下转动能够保证焦面上像回到成像坐标系XOY的中心，如图4所示为焦面像的轨迹，如图5所示为成像跟踪焦面X向偏移量随时间变化曲线，如图6所示为成像跟踪焦面Y向偏移量随时间变化曲线，如图7所示为二维指向镜两轴电机转角变化曲线。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (2)

1.一种二维指向镜成像跟踪的图像伺服控制方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)采集二维指向镜的方位轴角度值α、俯仰轴角度值β，并作为角位置测量反馈信号，采集CCD相机焦面目标的偏移量u、v，并作为图像信息反馈；所述的二维指向镜分别与音圈电机的两个输出轴相连，音圈电机控制二维指向镜中的方位轴、俯仰轴角度，二维指向镜改变射入CCD相机焦面的光线，CCD相机根据射入光线对目标成像；

(2)利用步骤(1)采集得到的CCD相机焦面目标的偏移量u、v分别计算二维指向镜的方位轴跟踪目标所需的增量Δα为

$\mathrm{\Δ}\mathrm{\α}={\mathrm{\δ}}_{\mathrm{\α}}\frac{e^{2k_{\mathrm{\α}}u}-1}{e^{2k_{\mathrm{\α}}u}-1}$

二维指向镜的俯仰轴跟踪目标所需的增量Δβ为

$\mathrm{\Δ}\mathrm{\β}=-{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{\β}}\frac{e^{2k_{\mathrm{\β}}v}-1}{e^{2k_{\mathrm{\β}}v}-1}$

其中，δ_α、δ_β的取值范围为(0，360]°，k_α、k_β取值为正数，uΔα≤0，vΔβ≤0；

(3)建立跟踪微分器为

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{x}}_1=x_2\\ {\stackrel{\·}{x}}_2=-rsign(x_1-x_0+\frac{x_2\left|x_2\right|}{2r})\end{array}\right.$

其中，x₀为跟踪微分器输入，x₁、x₂为跟踪微分器输出，为x₂的二阶导数，为x₁的一阶导数，r>0，对应的函数定义为

$sign\left(x\right)=\left\{\begin{array}{c}1,if(x>0)\\ -1,if(x<0)\end{array}\right.;$

(4)将二维指向镜方位轴或者俯仰轴对应的音圈电机定子线圈模型简化为RL网络，根据力矩平衡原理得到二维指向镜单自由度数学模型为

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}=\mathrm{\&omega;}\\ \stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&omega;}}={\stackrel{\&OverBar;}{K}}_{m}i-{\stackrel{\&OverBar;}{K}}_n\mathrm{\&theta;}\\ \stackrel{\&CenterDot;}{i}=\frac{E}{L}-\frac{R}{L}i-\frac{K_b}{L}\mathrm{\&omega;}\end{array}\right.$

其中，θ为音圈电机输出轴的转角，ω为音圈电机输出轴的角速度， J为音圈电机转动惯量，K_n为音圈电机挠性枢轴扭转刚度，K_m为音圈电机电流力矩系数，i为音圈电机电枢绕组电流，L为音圈电机电枢的电感，R为音圈电机电枢的电阻，K_b为音圈电机反电动势系数，E为输入电压；

定义二维指向镜方位轴参数估计偏差为

$\left\{\begin{array}{c}{\widetilde{\stackrel{\&OverBar;}{K}}}_m\left(j\right)={\widehat{\stackrel{\&OverBar;}{K}}}_m\left(j\right)-{\stackrel{\&OverBar;}{K}}_m\\ {\widetilde{\stackrel{\&OverBar;}{K}}}_n\left(j\right)={\widehat{\stackrel{\&OverBar;}{K}}}_n\left(j\right)-{\stackrel{\&OverBar;}{K}}_n\\ {\tilde{K}}_b\left(j\right)={\hat{K}}_b\left(j\right)-K_b\\ \tilde{L}\left(j\right)=\hat{L}\left(j\right)-L\\ \tilde{R}\left(j\right)=\hat{R}\left(j\right)-R\end{array}\right.$

其中，j为伺服控制周期数目，j的初始值为1， 分别表示估计值的变化率，为第j个控制周期参数估计值，初值分别为真实值K_b、L、R的0.8倍；

定义二维指向镜俯仰轴参数估计偏差为

$\left\{\begin{array}{c}{{\widetilde{\stackrel{\&OverBar;}{K}}}_m}^{\&prime;}\left(j\right)={{\widehat{\stackrel{\&OverBar;}{K}}}_m}^{\&prime;}\left(j\right)-{{\stackrel{\&OverBar;}{K}}_m}^{\&prime;}\left(j\right)\\ {{\widetilde{\stackrel{\&OverBar;}{K}}}_n}^{\&prime;}\left(j\right)={{\widehat{\stackrel{\&OverBar;}{K}}}_n}^{\&prime;}\left(j\right)-{{\stackrel{\&OverBar;}{K}}_n}^{\&prime;}\left(j\right)\\ {{\tilde{K}}_b}^{\&prime;}\left(j\right)={{\hat{K}}_b}^{\&prime;}\left(j\right)-{K_b}^{\&prime;}\left(j\right)\\ {\tilde{L}}^{\&prime;}\left(j\right)={\hat{L}}^{\&prime;}\left(j\right)-L^{\&prime;}\left(j\right)\\ {\tilde{R}}^{\&prime;}\left(j\right)={\hat{R}}^{\&prime;}\left(j\right)-R^{\&prime;}\left(j\right)\end{array}\right.$

其中，j为伺服控制周期数目，j的初始值为1， 分别表示参数估计值的变化率， 为参数估计值，初值分别为 K_b'、L'、R'的0.8倍；

(5)令θ为第j个伺服控制周期的二维指向镜的方位轴角度α，定义第j个伺服控制周期二维指向镜的方位轴角度的跟踪误差为

$\widetilde{\mathrm{\&theta;}}=\mathrm{\&theta;}-{\mathrm{\&theta;}}^{co}$

其中，θ^co＝Δθ+θ，Δθ为Δα；

得到速度等价控制量ω^co为

${\mathrm{\&omega;}}^{co}=-k_{\mathrm{\&theta;}}\widetilde{\mathrm{\&theta;}}+{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}^{co}$

其中，k_θ>0，为通过将θ^co作为步骤(3)中微分跟踪器的x₀计算得到的x₂；

令θ'为第j个伺服控制周期的二维指向镜的俯仰轴角度β，定义第j个伺服控制周期二维指向镜的俯仰轴的角度跟踪误差为

${\widetilde{\mathrm{\&theta;}}}^{\&prime;}={\mathrm{\&theta;}}^{\&prime;}-{{\mathrm{\&theta;}}^{co}}^{\&prime;}$

其中，θ^co'＝Δθ'+θ'，Δθ'为Δβ；

得到速度等价控制量ω^co'为

${{\mathrm{\&omega;}}^{co}}^{\&prime;}=-{k_{\mathrm{\&theta;}}}^{\&prime;}{\widetilde{\mathrm{\&theta;}}}^{\&prime;}+{{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}}^{co}}^{\&prime;}$

其中，k_θ'>0，为通过将θ^co'作为步骤(3)中微分跟踪器的x₀计算得到的x₂；

(6)定义第j个伺服控制周期二维指向镜的方位轴角速度跟踪误差为

$\widetilde{\mathrm{\&omega;}}=\mathrm{\&omega;}-{\mathrm{\&omega;}}^{co}$

其中，ω^co为步骤(5)计算得到的第j个伺服控制周期的速度等价控制量，ω为将第j个伺服控制周期的方位轴角度α作为步骤(3)中微分跟踪器的x₀而得到的x₂；

得到第j个伺服控制周期方位轴电流等价控制量i^co为

$i^{co}=\frac{1}{{\widehat{\stackrel{\&OverBar;}{K}}}_m}\left({\widehat{\stackrel{\&OverBar;}{K}}}_n\mathrm{\&theta;}-k_{\mathrm{\&omega;}}\widetilde{\mathrm{\&omega;}}-\widetilde{\mathrm{\&theta;}}+{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&omega;}}}^{co}\right)$

其中，k_ω>0，为将步骤(5)计算得到的第j个伺服控制周期的ω^co作为步骤(3)中微分跟踪器的x₀而得到的x₂；

定义第j个伺服控制周期二维指向镜的俯仰轴角速度跟踪误差为

${\widetilde{\mathrm{\&omega;}}}^{\&prime;}={\mathrm{\&omega;}}^{\&prime;}-{{\mathrm{\&omega;}}^{co}}^{\&prime;}$

其中，ω^co'为步骤(5)计算得到的第j个伺服控制周期的速度等价控制量，ω'为将第j个伺服控制周期的β作为步骤(3)中微分跟踪器x₀计算得到的x₂；

得到第j个伺服控制周期俯仰轴电流等价控制量i^co'为

${i^{co}}^{\&prime;}=\frac{1}{{{\widehat{\stackrel{\&OverBar;}{K}}}_m}^{\&prime;}}\left({{\widehat{\stackrel{\&OverBar;}{K}}}_n}^{\&prime;}{\mathrm{\&theta;}}^{\&prime;}-{k_{\mathrm{\&omega;}}}^{\&prime;}{\widetilde{\mathrm{\&omega;}}}^{\&prime;}-{\widetilde{\mathrm{\&theta;}}}^{\&prime;}+{{\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&omega;}}}^{co}}^{\&prime;}\right)$

其中，k_ω'>0，为将步骤(5)计算得到的第j个伺服控制周期的ω^co'作为步骤(3)中微分跟踪器的x₀而得到的x₂；

(7)定义第j个伺服控制周期二维指向镜的方位轴电流跟踪误差为

$\tilde{i}=i-i^{co}$

进而得到第j个伺服控制周期二维指向镜的方位轴电压控制量为

$E=\hat{R}i+{\hat{K}}_b\mathrm{\&omega;}+\hat{L}{\stackrel{\&CenterDot;}{i}}^{co}-k_i\hat{L}\tilde{i}-\hat{L}{\hat{K}}_m\widetilde{\mathrm{\&omega;}}$

其中，k_i>0，为将第j个伺服控制周期的计算得到的i^co作为步骤(3)中微分跟踪器的x₀得到的x₂；

γ₄、γ₅、γ₂、γ₃、γ₁均为正数；

定义第j个伺服控制周期二维指向镜的俯仰轴电流跟踪误差为

${\tilde{i}}^{\&prime;}=i^{\&prime;}-{i^{co}}^{\&prime;}$

进而得到第j个伺服控制周期二维指向镜的俯仰轴电压控制量为

$E^{\&prime;}={\hat{R}}^{\&prime;}{i}^{\&prime;}+{{\hat{K}}_b}^{\&prime;}{\mathrm{\&omega;}}^{\&prime;}+{\hat{L}}^{\&prime;}{{\stackrel{\&CenterDot;}{i}}^{co}}^{\&prime;}-{k_i}^{\&prime;}{\hat{L}}^{\&prime;}{\tilde{i}}^{\&prime;}-{\hat{L}}^{\&prime;}{{\hat{K}}_m}^{\&prime;}{\widetilde{\mathrm{\&omega;}}}^{\&prime;}$

其中，k_i'>0，为将第j个伺服控制周期的计算得到的i^co'作为步骤(3)中微分跟踪器的x₀得到的x₂；

γ₄'、γ₅'、γ₂'、γ₃'、γ₁'均为正数；

(8)将步骤(7)得到的E、E'转换为驱动信号，并分别驱动二维指向镜的方位轴音圈电机和俯仰轴音圈电机转动，完成第j个伺服控制周期伺服控制。

2.根据权利要求1所述的一种二维指向镜成像跟踪的图像伺服控制方法，其特征在于：所述的采集二维指向镜的方位轴角度值α、俯仰轴角度值β为通过两轴测角器件完成。