CN110658854B - 一种基于组合惯导信息应用的光电转塔视频跟踪前馈补偿方法 - Google Patents

一种基于组合惯导信息应用的光电转塔视频跟踪前馈补偿方法 Download PDF

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Abstract

一种基于组合惯导信息应用的光电转塔视频跟踪前馈补偿方法，前馈补偿以光电转塔载机在地理坐标系下的速度作为信号源，经两次坐标变换，将光电转塔载机在地理坐标系下的速度，转换为光电转塔视轴坐标系下光电转塔的方位角速度和光电转塔的俯仰角速度；将光电转塔的方位角速度和光电转塔的俯仰角速度作为前馈信号输入陀螺速率稳定回路，补偿由载机运动产生的目标相对光电转塔的角速率；由于该方法的前置反馈信号来自于实时采集的光电转塔载机在地理坐标系下的速度，与视频跟踪回路完全脱耦，解决了以往前置反馈信号采自于视频跟踪回路的时滞问题，对改善静止目标视频跟踪滞后作用显著，对高速高机动运动目标的视频跟踪滞后也有明显改善。

Description

一种基于组合惯导信息应用的光电转塔视频跟踪前馈补偿 方法
技术领域
本发明涉及机载光电转塔对地面目标视频跟踪技术领域，具体涉及一种基于组合惯导信息应用的光电转塔视频跟踪前馈补偿方法。
背景技术
现有的高精度机载光电转塔跟踪照射地面目标时，由于光学成像传感器和跟踪器的延时较大，转塔视频跟踪回路的带宽较低，当目标相对转塔的角加速度加大时，跟踪滞后角亦相应增大，影响转塔激光照射器的照射精度，进而影响激光制导武器的打击精度；为了提高光电转塔的跟踪照射精度，通常依据转塔转速和跟踪滞后角估计目标相对转塔的角速度，并以该角速度作为速度前馈输入，采用前馈+反馈的跟踪策略；但上述方法中估计运动目标的速度需要用到视频跟踪回路的速度或位置反馈参数，前馈输入和反馈回路存在耦合干扰，增加了视频跟踪回路的响应时间，降低了光电转塔跟踪照射操作的响应速度，进而影响到载机在实战时的战斗力。
发明内容
本发明提供了一种基于组合惯导信息应用的光电转塔视频跟踪前馈补偿方法，以光电转塔载机在地理坐标系下的速度作为跟踪回路的前馈补偿信号源，经两次坐标变换，将光电转塔载机在地理坐标系下的速度转换为在光电转塔视轴坐标系下的目标相对光电转塔的相对速度；将光电转塔视轴坐标系下目标相对光电转塔的相对速度转换为光电转塔的方位角速度和光电转塔的俯仰角速度；将光电转塔的方位角速度和光电转塔的俯仰角速度作为前馈输入陀螺速率稳定回路，补偿由载机运动产生的目标相对光电转塔的角速率；由于该方法的前置反馈信号来自于实时采集的光电转塔载机在地理坐标系下的速度，与视频跟踪回路完全脱耦，解决了以往前置反馈信号采自于视频跟踪回路的时滞问题，对改善静止目标视频跟踪滞后作用显著，对高速高机动运动目标的视频跟踪滞后也有明显改善。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种基于组合惯导信息应用的光电转塔视频跟踪前馈补偿方法，其光电转塔视频跟踪回路以目标位置做闭环控制，以陀螺速率稳定回路为内环，外环由视频跟踪比较器给出目标与当前视轴的误差角度，经跟踪回路校正计算获得角速率驱动量，作为内环陀螺速率稳定回路的输入，控制光电转塔视轴指向目标；所述陀螺速率稳定回路的输入端还输入有前馈补偿，前馈补偿以光电转塔载机在地理坐标系下的速度作为信号源，经两次坐标变换，将光电转塔载机在地理坐标系下的速度，转换为光电转塔视轴坐标系下光电转塔的方位角速度和光电转塔的俯仰角速度；
第一次转换为：将光电转塔载机在地理坐标系下的速度，转换为在光电转塔视轴坐标系下的目标相对光电转塔的相对速度；
第二次转换为：将光电转塔视轴坐标系下目标相对光电转塔的相对速度，转换为光电转塔的方位角速度和光电转塔的俯仰角速度；
最后，将光电转塔的方位角速度和光电转塔的俯仰角速度作为前馈信号输入陀螺速率稳定回路，补偿由载机运动产生的目标相对光电转塔的角速率。
进一步的，机载计算机通过光电转塔载机的机载惯导组合采集光电转塔载机在地理坐标系下的速度
Figure GDA0003998867010000021
及姿态角α、β、γ数据。
进一步的，机载计算机将光电转塔载机在地理坐标系下的速度
Figure GDA0003998867010000022
通过第一次坐标变换，转换为载机机体坐标系下的速度
Figure GDA0003998867010000023
其转换公式为：
Figure GDA0003998867010000024
进一步的，机载计算机通过光电转塔的塔载惯导组合采集光电转塔视轴坐标系下的方位角A和俯仰角B数据。
进一步的，机载计算机将已经计算出的载机机体坐标系下的速度
Figure GDA0003998867010000025
通过第二次坐标变换，转换为光电转塔视轴坐标系下的目标相对光电转塔的速度
Figure GDA0003998867010000026
其转换公式为：
Figure GDA0003998867010000031
进一步的，机载计算机通过光电转塔的激光测距仪采集目标到光电转塔的直线距离D。
进一步的，机载计算机将光电转塔视轴坐标系下的目标相对光电转塔的速度
Figure GDA0003998867010000032
转换为光电转塔的方位角速度ωz、光电转塔的俯仰角速度ωy；其中
Figure GDA0003998867010000033
为目标接近光电转塔的速度，不构成光电转塔的角运动；其转换公式为：
Figure GDA0003998867010000034
进一步的，机载计算机根据光电转塔方位角速度ωz、光电转塔俯仰角速度ωy的前馈信号，及跟踪回路校正、光电转塔姿态的反馈信号，计算出光电转塔伺服电机的控制信号。
由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下有益效果：本发明提供的一种基于组合惯导信息应用的光电转塔视频跟踪前馈补偿方法，以光电转塔载机在地理坐标系下的速度作为跟踪回路的前馈补偿信号源，经两次坐标变换，将光电转塔载机在地理坐标系下的速度转换为在光电转塔视轴坐标系下的目标相对光电转塔的相对速度；将光电转塔视轴坐标系下目标相对光电转塔的相对速度转换为光电转塔的方位角速度和光电转塔的俯仰角速度；将光电转塔的方位角速度和光电转塔的俯仰角速度作为前馈输入陀螺速率稳定回路，补偿由载机运动产生的目标相对光电转塔的角速率；由于该方法的前置反馈信号来自于实时采集的光电转塔载机在地理坐标系下的速度，与视频跟踪回路完全脱耦，解决了以往前置反馈信号采自于视频跟踪回路的时滞问题，对改善静止目标视频跟踪滞后作用显著，对高速高机动运动目标的视频跟踪滞后也有明显改善，因此显著提高了载机在实战时的战斗力。
附图说明
图1为视频跟踪回路原理框图；
图2为前馈补偿角速率计算流程。
具体实施方式
通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切变化和改进：
一种基于组合惯导信息应用的光电转塔视频跟踪前馈补偿方法，其光电转塔视频跟踪回路为目标位置闭环控制，以陀螺速率稳定回路为内环，控制光电转塔转动；外环由视频跟踪比较器给出目标与当前视轴的误差角度，经跟踪回路校正计算获得角速率驱动量，作为内环陀螺速率稳定回路的输入，控制光电转塔视轴指向目标；所述陀螺速率稳定回路的输入端还输入有前馈补偿，前馈补偿以光电转塔载机在地理坐标系下的速度作为信号源，经两次坐标变换，将光电转塔载机在地理坐标系下的速度，转换为光电转塔视轴坐标系下光电转塔的方位角速度和光电转塔的俯仰角速度；将光电转塔的方位角速度和光电转塔的俯仰角速度作为前馈信号输入陀螺速率稳定回路，补偿由载机运动产生的目标相对光电转塔的角速率；
其具体过程为：
S1：机载计算机通过光电转塔载机的机载惯导组合采集光电转塔载机在地理坐标系下的速度
Figure GDA0003998867010000041
及姿态角α、β、γ数据；
S2：机载计算机将光电转塔载机在地理坐标系下的速度
Figure GDA0003998867010000042
通过第一次坐标变换，转换为载机机体坐标系下的速度
Figure GDA0003998867010000043
其转换公式为：
Figure GDA0003998867010000044
S3：机载计算机通过光电转塔的塔载惯导组合采集光电转塔视轴坐标系下的方位角A和俯仰角B数据；
S4：机载计算机将已经计算出的载机机体坐标系下的速度
Figure GDA0003998867010000045
通过第二次坐标变换，转换为光电转塔视轴坐标系下的目标相对光电转塔的速度
Figure GDA0003998867010000051
其转换公式为：
Figure GDA0003998867010000052
S5：机载计算机通过光电转塔的激光测距仪采集目标到光电转塔的直线距离D；
S6：机载计算机将光电转塔视轴坐标系下的目标相对光电转塔的速度
Figure GDA0003998867010000053
转换为光电转塔的方位角速度ωz、光电转塔的俯仰角速度ωy；其转换公式为：
Figure GDA0003998867010000054
S7：机载计算机根据光电转塔方位角速度ωz、光电转塔俯仰角速度ωy的前馈信号，及跟踪回路校正、光电转塔姿态的反馈信号，计算出光电转塔伺服电机的控制信号。
以下为组合惯导信息应用的光电转塔视频跟踪前馈补偿方法具体实施例：以采集到的某时刻载机和光电转塔参数为例进行说明；某时刻载机姿态角为(319.453,1.605,5.460)T，载机的北东地方向速度为(27.984,-15.224,-0.486)T，光电转塔方位角A为102.7°，俯仰角为-48.9°，载机距离目标的直线距离D为3820；将数据带入(1)式得到：
Figure GDA0003998867010000055
将数据带入(2)式得到：
Figure GDA0003998867010000056
将数据分别带入(3)式和(4)式得到：
Figure GDA0003998867010000061
Figure GDA0003998867010000062
ωz、ωy是随载机姿态、距离等参数动态变化的，该时刻以ωz＝0.478°/s、ωy＝0.002°/s分别作为光电转塔方位和俯仰跟踪回路的前馈补偿输入，实测跟踪精度可达到50μrad。
本发明未详述部分为现有技术。

Claims (1)

1.一种基于组合惯导信息应用的光电转塔视频跟踪前馈补偿方法，其光电转塔视频跟踪回路以目标位置进行闭环控制，陀螺速率稳定回路为内环，外环由视频跟踪比较器给出目标与当前视轴的误差角度，经跟踪回路校正计算获得角速率驱动量，作为内环陀螺速率稳定回路的输入，控制光电转塔视轴指向目标；其特征是：所述陀螺速率稳定回路的输入端还输入有前馈补偿，前馈补偿以光电转塔载机在地理坐标系下的速度作为信号源，经两次坐标变换，将光电转塔载机在地理坐标系下的速度，转换为光电转塔视轴坐标系下光电转塔的方位角速度和光电转塔的俯仰角速度；将光电转塔的方位角速度和光电转塔的俯仰角速度作为前馈信号输入陀螺速率稳定回路，补偿由载机运动产生的目标相对光电转塔的角速率；
其具体过程为：机载计算机通过光电转塔载机的机载惯导组合采集光电转塔载机在地理坐标系下的速度
Figure FDA0003998863000000011
及姿态角α、β、γ数据；
机载计算机将光电转塔载机在地理坐标系下的速度
Figure FDA0003998863000000012
通过第一次坐标变换，转换为载机机体坐标系下的速度
Figure FDA0003998863000000013
其转换公式为：
Figure FDA0003998863000000014
机载计算机通过光电转塔的塔载惯导组合采集光电转塔视轴坐标系下的方位角A和俯仰角B数据；
机载计算机将已经计算出的载机机体坐标系下的速度
Figure FDA0003998863000000015
通过第二次坐标变换，转换为光电转塔视轴坐标系下的目标相对光电转塔的速度
Figure FDA0003998863000000016
其转换公式为：
Figure FDA0003998863000000017
其中
Figure FDA0003998863000000018
机载计算机通过光电转塔的激光测距仪采集目标到光电转塔的直线距离D；
机载计算机将光电转塔视轴坐标系下的目标相对光电转塔的速度
Figure FDA0003998863000000021
转换为光电转塔的方位角速度ωz、光电转塔的俯仰角速度ωy；其转换公式为：
Figure FDA0003998863000000022
机载计算机根据光电转塔方位角速度ωz、光电转塔俯仰角速度ωy的前馈信号，及跟踪回路校正、光电转塔姿态的反馈信号，计算出光电转塔伺服电机的控制信号。
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