CN111238537A - 机载光电观瞄系统瞄准线漂移智能补偿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光电观瞄系统瞄准线漂移的智能补偿方法，属于自动控制领域。该方法在光电观瞄系统处于惯性态，并且系统无输出命令的情况下，在一定时间内采集陀螺数据，采用最小二乘曲线拟合算法计算陀螺的漂移量，并将该漂移量补偿入陀螺稳定回路；通过建立周期任务对陀螺数据采集并拟合，轮询光电观瞄系统的空闲时间，当监控漂移量大于一定阈值时自动执行补偿操作。本发明方法解决了手动漂移补偿慢、补偿精度不高的问题；该方法完全采用软件算法实现，算法简单，可移植性强，适合于现有光电观瞄系统的瞄准线漂移补偿。

Description

机载光电观瞄系统瞄准线漂移智能补偿方法
技术领域
本发明属于自动控制领域，主要涉及一种光电观瞄系统的瞄准线漂移补偿方法，尤其涉及一种机载光电观瞄系统瞄准线漂移的智能补偿方法。
背景技术
机载光电观瞄系统是一种安装在武器平台上，用于对目标进行探测、识别和瞄准的光电设备，它一般采用速率陀螺作为角速度敏感元件，通过速度闭环控制，保证瞄准线在惯性空间的稳定。在光电稳瞄系统投入使用过程中，随着时间和温度的变化，系统元器件特性有一定的改变，瞄准线的漂移也会随之发生变化。因此，在载机执行飞行任务前，需要对光电观瞄系统进行地面通电检查，定期对漂移进行补偿，否则，这种漂移会影响操控手瞄准目标时的准确性和稳定性。
传统的瞄准线漂移补偿是采用人工操作进行补偿，即通过人眼观察瞄准线的漂移方向和速度，操控手操作外部设备上的补偿按键向光电观瞄系统发送反向速度补偿命令，光电观瞄系统根据接收的命令生成反向速度补偿信号，并施加于伺服控制回路以减缓漂移运动。操控手连续执行以上操作直至人眼基本观察不到瞄准线移动为止。由于人眼分辨力的限制，该方法补偿精度不高，且补偿时间长，增加了操控手的负担。
中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所申请的公开号为CN106441366A的专利公开了一种两轴四框光电吊舱自动陀螺漂移补偿的实现方法。该方法在吊舱启动并自检后保持吊舱静止，此时保持外框和内框的角度，通过微分计算吊舱外框和内框相对于吊舱的角速度。根据框架的角速度解算出光轴移动的角速度，通过根据光轴移动的角速度，计算漂移补偿参数，使光轴在惯性空间内稳定，当光轴静态稳定性小于阈值时储存漂移补偿参数，并自动退出自动漂移补偿状态。相对手动补偿漂移而言，该方法根据框架角速度提取光轴移动的角速度更为先进，但该发明通过角度微分获取角速度，会引入计算误差，影响补偿精度，而且该方法需要按键完成，需要周边按键和人机交互。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是：提出一种精度更高、更加便捷的机载光电观瞄系统瞄准线漂移智能补偿方法，利用陀螺数据能够直接反应系统瞄准线漂移的特性，拟合采样的陀螺数据得到电压信号，不需要做任何处理，可以直接补偿到陀螺稳定回路。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种机载光电观瞄系统瞄准线漂移智能补偿系统，所述机载光电观瞄系统为两轴两框架光电观瞄系统，光电观瞄系统包括电视观瞄具、热像仪和激光测照器三种传感器，三种传感器安装于万向架平台上共同构成传感器平台，传感器平台受伺服控制单元驱动，瞄准线漂移补偿算法补偿于陀螺稳定回路；陀螺稳定回路包括加法结、陀螺稳定控制模块、电机驱动模块和安装于传感器平台上的两自由度速率陀螺；加法结接收速度控制命令以及陀螺敏感的传感器平台的角速度信号，生成速度误差信号送入陀螺稳定控制模块，陀螺稳定控制模块采用伺服控制算法由速度误差信号生成电机驱动命令，并输出给电机驱动模块，电机驱动模块驱动传感器平台运动；自动漂移补偿模块包括智能判断模块、切换开关，智能判断模块根据工作模式和单杆数据判断向陀螺稳定回路传送的数据，经由切换开关选通单杆数据通道或自动漂移补偿模块通道，自动漂移补偿模块同时接收陀螺敏感的传感器平台的角速度信号。
本发明还提供一种机载光电观瞄系统瞄准线漂移智能补偿方法，在光电观瞄系统上电后，周期性置瞄准线漂移补偿标志位为1，在一个伺服控制周期内，采用以下步骤进行补偿：
第一步，智能判断模块判断瞄准线漂移补偿标志位是否置1，若补偿标志位置1，则初始化陀螺数据采样计数器T＝0，初始化最小二乘曲线拟合算法的四个系数A(0)＝0、B(0)＝0、C(0)＝0、D(0)＝0，执行第二步；若补偿标志位置0，则继续等待；
第二步，判断光电观瞄系统工作模式是否在惯性态模式下，且当前无操控单杆数据输入，若是则执行第三步；否则转回第一步；
第三步，判断陀螺数据采样计数器T是否到达阈值Tmax，若未达到阈值，则分别获取当前方位和俯仰陀螺数据，并执行第四步，若达到阈值，则执行第五步；
第四步，根据以下公式计算当前伺服控制周期下的最小二乘系数，之后返回执行第二步；
Figure BDA0002407260450000031
式中A(k)、B(k)、C(k)、D(k)是当前周期最小二乘曲线拟合算法的四个系数，k-1表示上一周期系数，v(k)是当前周期采样的陀螺数据，k是当前周期陀螺数据采样计数器的值；
第五步，则根据当前最小二乘曲线拟合算法的四个系数A、B、C和D，由下式计算当前陀螺漂移量V：
Figure BDA0002407260450000032
判断当前的陀螺漂移量V是否小于阈值Vd；若是，则增加补偿的调用周期，然后退出补偿；否则，存储陀螺漂移补偿值，并将该值补偿到陀螺稳定回路。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的机载光电观瞄系统瞄准线漂移智能补偿方法，有益效果体现在以下几个方面：
1、本发明无需操控手与光电观瞄系统进行长时间的人机交互，通过建立周期任务对陀螺数据采集并拟合，轮询光电观瞄系统的空闲时间，向观瞄系统发送开始补偿命令后，补偿算法在伺服控制计算机中自动执行、完成并退出，能够在3秒以内快速完成补偿，弥补了人工漂移补偿时间长的缺点，不需要人机交互，大大减轻了操控手的负担。
2、本发明充分利用了光电观瞄系统中陀螺数据直接反应了瞄准线的漂移量，本发明无需额外辅助设备，利用观瞄系统的陀螺数据直接获得瞄准线的漂移量，并将该电压量补偿到陀螺稳定回路，避免了间接采集数据以及数据转换的不准确性，具有更高的精度。
3、本发明采用软件实现，算法简单，可移植性高，适合于现有光电观瞄系统的瞄准线漂移补偿。
附图说明
图1是本发明补偿系统原理图。
图2是本发明要实现的瞄准线漂移智能补偿方法的控制流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明优选实施例是两轴两框架光电观瞄系统，该系统包括电视观瞄具、热像仪和激光测照器三种传感器，传感器安装于万向架平台上共同构成了传感器平台，该平台受伺服控制单元驱动。本发明的瞄准线漂移补偿算法补偿于陀螺稳定回路，参见图1。
陀螺稳定回路包括加法结、陀螺稳定控制模块、电机驱动模块和安装于传感器平台上的两自由度速率陀螺。加法结接收速度控制命令以及陀螺敏感的传感器平台的角速度信号，生成速度误差信号送入陀螺稳定控制模块，陀螺稳定控制模块采用伺服控制算法由速度误差信号生成电机驱动命令，并输出给电机驱动模块，电机驱动模块驱动传感器平台运动。
在该优选实施例中，系统运行过程周期调用瞄准线漂移智能补偿模块，完成瞄准线漂移的智能补偿。该模块在伺服控制软件中的轮询周期为Ts＝500s。瞄准线漂移智能补偿模块将按附图2所示的软件流程实施控制，具体步骤如下所示：
第一步，在光电观瞄系统上电后，以500s为周期置瞄准线漂移补偿标志位为1；
第二步，智能判断模块判断瞄准线漂移补偿标志位是否置1，若补偿标志位置1，则初始化陀螺数据采样计数器T＝0，初始化最小二乘曲线拟合算法的四个系数A＝0、B＝0、C＝0、D＝0，并执行第三步；若补偿标志位为0，则继续等待；
第三步，判断光电观瞄系统工作模式是否在惯性态模式下，且当前无操控单杆数据输入，若是则执行第四步；否则转回第二步；
第四步，判断陀螺数据采样计数器T是否到达阈值Tmax＝6000，若未到达阈值，说明采样数据样本数量不满足拟合需要，则分别获取当前方位和俯仰陀螺数据，并执行第五步；若到达阈值，说明采样数据样本数量满足拟合需要，执行第六步；
第五步，计数器T累加1，根据公式1计算当前伺服控制周期下的最小二乘系数，然后返回执行第三步；
Figure BDA0002407260450000051
式中A(k)、B(k)、C(k)、D(k)是当前周期最小二乘曲线拟合算法的四个系数，k-1表示上一周期系数，v(k)是当前周期采样的陀螺数据，k是当前周期陀螺数据采样计数器的值；
第六步，根据当前最小二乘曲线拟合算法的四个系数A、B、C和D，由公式(2)计算当前陀螺漂移量V；
Figure BDA0002407260450000061
第七步，清零计数器T，初始化最小二乘曲线拟合算法的四个系数A、B、C、D；
第八步，判断当前陀螺漂移量V是否小于阈值Vd，实施例的方位阈值是0.00058V，俯仰阈值是0.0005V；若为真，则增加瞄准线漂移补偿模块的调用周期，然后退出瞄准线漂移补偿模块；若为假，则执行下一步；
第九步，存储陀螺补偿值至EEPROM；
第十步，输出陀螺补偿命令V到陀螺稳定回路的加法结；
第十一步，退出瞄准线漂移智能补偿模块。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种机载光电观瞄系统瞄准线漂移智能补偿系统，其特征在于，所述机载光电观瞄系统为两轴两框架光电观瞄系统，光电观瞄系统包括电视观瞄具、热像仪和激光测照器三种传感器，三种传感器安装于万向架平台上共同构成传感器平台，传感器平台受伺服控制单元驱动，瞄准线漂移补偿算法补偿于陀螺稳定回路；陀螺稳定回路包括加法结、陀螺稳定控制模块、电机驱动模块和安装于传感器平台上的两自由度速率陀螺；加法结接收速度控制命令以及陀螺敏感的传感器平台的角速度信号，生成速度误差信号送入陀螺稳定控制模块，陀螺稳定控制模块采用伺服控制算法由速度误差信号生成电机驱动命令，并输出给电机驱动模块，电机驱动模块驱动传感器平台运动；自动漂移补偿模块包括智能判断模块、切换开关，智能判断模块根据工作模式和单杆数据判断向陀螺稳定回路传送的数据，经由切换开关选通单杆数据通道或自动漂移补偿模块通道，自动漂移补偿模块同时接收陀螺敏感的传感器平台的角速度信号。
2.一种机载光电观瞄系统瞄准线漂移智能补偿方法，其特征在于，在光电观瞄系统上电后，周期性置瞄准线漂移补偿标志位为1，在一个伺服控制周期内，采用以下步骤进行补偿：
第一步，智能判断模块判断瞄准线漂移补偿标志位是否置1，若补偿标志位置1，则初始化陀螺数据采样计数器T＝0，初始化最小二乘曲线拟合算法的四个系数A(0)＝0、B(0)＝0、C(0)＝0、D(0)＝0，执行第二步；若补偿标志位置0，则继续等待；
第二步，判断光电观瞄系统工作模式是否在惯性态模式下，且当前无操控单杆数据输入，若是则执行第三步；否则转回第一步；
第三步，判断陀螺数据采样计数器T是否到达阈值Tmax，若未达到阈值，则分别获取当前方位和俯仰陀螺数据，并执行第四步，若达到阈值，则执行第五步；
第四步，根据以下公式计算当前伺服控制周期下的最小二乘系数，之后返回执行第二步；
Figure FDA0002407260440000021
式中A(k)、B(k)、C(k)、D(k)是当前周期最小二乘曲线拟合算法的四个系数，k-1表示上一周期系数，v(k)是当前周期采样的陀螺数据，k是当前周期陀螺数据采样计数器的值；
第五步，则根据当前最小二乘曲线拟合算法的四个系数A、B、C和D，由下式计算当前陀螺漂移量V：
Figure FDA0002407260440000022
判断当前的陀螺漂移量V是否小于阈值Vd；若是，则增加补偿的调用周期，然后退出补偿；否则，存储陀螺漂移补偿值，并将该值补偿到陀螺稳定回路。
3.根据权利要求2所述的机载光电观瞄系统瞄准线漂移智能补偿方法，其特征在于，置瞄准线漂移补偿标志位为1的周期为Ts＝500s。
4.根据权利要求3所述的机载光电观瞄系统瞄准线漂移智能补偿方法，其特征在于，第三步中，设定阈值Tmax＝6000。
5.根据权利要求4所述的机载光电观瞄系统瞄准线漂移智能补偿方法，其特征在于，第五步中，阈值Vd包括方位阈值和俯仰阈值。
6.根据权利要求5所述的机载光电观瞄系统瞄准线漂移智能补偿方法，其特征在于，方位阈值是0.00058V，俯仰阈值是0.0005V。
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Inventor after: Sun Yukai

Inventor after: Wu Yujing

Inventor after: Zhang Kuijia

Inventor after: Zhang Huijing

Inventor after: Dong Dian

Inventor after: Liu Nengge

Inventor after: Liu Jianwei

Inventor before: Zhang Hui

Inventor before: Lei Feifei

Inventor before: Li Chao

Inventor before: Sun Yukai

Inventor before: Wu Yujing

Inventor before: Zhang Kuijia

Inventor before: Zhang Huijing

Inventor before: Dong Dian

Inventor before: Liu Nengge

Inventor before: Liu Jianwei