前馈控制视野之舰载光电跟瞄重要技术

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1、前馈控制视野之舰载光电跟瞄重要技术1绪论1.1舰载光电跟踪系统舰载光电跟踪系统是在地基光电跟踪系统基础之上演变发展而来。地基光电跟踪系统的工作方式为，首先利用某种手段将目标引导入视场，随后利用光学探测器，如电视或红外等，探测目标方向与跟踪系统的视轴的角度偏差，也称脱靶量。再用脱靶量输入至伺服系统，伺服系统依据脱靶量修正跟踪系统的视轴指向，使视轴随目标的运动而变化，以此来保持目标始终在视场中心。由于航空航天等高新技术的迅速发展，目标的运动速度加快，对光电跟踪系统的跟踪动态性能也提出了更高的要求[2]。某些光电跟踪系统中还增加了快速控制反射镜系统（FSM），形成了多级跟踪的模式

2、，很大程度上提高光电跟踪系统的动态性能及跟踪精度。从上世纪初开始，随着战争与军事日益提高的要求，以及包括机械，电子等领域的快速发展，大量航空航海装备被研发制造，并装备部队[3-11]。在这些先进装备的研发过程中，各种光电设备，经过改进被安置到车载、机载、星载以及舰载平台之上，并且在越来越激烈的海洋争端中占据着越来越重要的位置。在这样的背景下，舰载光电跟踪系统受到了各国的研究机构的普遍关注[1]。与传统的地基光电跟踪系统相比，舰载光电跟踪系统被安装在舰体这种运动平台之上。在任务执行的过程中，光电跟踪系统会随时受到环境所产生的扰动，导致跟随载体的位置变化而变化，给跟踪带来了极大

3、的挑战和难度。传统的地基式的光电跟踪系统由机械架构部分，光学探测部分，以及电气控制等部分组成[12-19]。舰载的光电跟踪系统除了包含上述组成部分，还具有视轴稳定部分，使光电跟踪设备对运动平台产生的扰动具有良好的滤除能力，从而保证跟踪系统的视轴稳定。.1.2本文研究的背景及意义当今世界，舰载光电跟踪系统已经大量装备在各海军强国的舰船之上，是海军装备中不可或缺的一个有机组成部分[13-16,18]。随着时代的进步，科学技术的发展，各种战机，导弹的运动速度，瞄准精度，机动能力都有着长足的提高。这些进步，有效的提高了这些进攻性武器的生存能力与进攻能力。然而，在另一方面，这也对当前

4、的光电跟踪系统提出了一个巨大的难题，保证光电跟踪系统的跟踪精度成为舰载光电跟踪系统研究的一个主要方向之一。在现代海军作战中，航空母舰舰队往往是一个海军强国的核心战斗能力，而舰载机的安全起降又是保持航母战斗群战斗力的一个必然要求与保障。由于航空母舰飞机跑道的距离限制，战斗机的高速性质，以及海洋环境的约束，为了保证舰载机的安全，通常需要光电跟踪设备能够实时跟踪目标，给出引导信息。然而在现实情况中，舰载机在跟踪系统的视场中占据巨大的位置，因而脱靶量相当难于获取。由于在起降阶段，战机往往是一个机动目标，在整个过程中是一个非匀加速的过程，给跟踪过程造成很大的困难。除此以外，由于航空母

5、舰所处的环境，很容易受到海风，海浪等的影响，产生六个自由度的扰动，严重影响舰载光电跟踪系统的跟踪精度，甚至导致被跟踪目标脱离跟踪系统的视场。在上世纪六十年代开始，激光技术逐渐被广泛运用。由于其良好的准直性与高能性，激光被研究作为一种武器的可能性从来没有停止过[31-37]。随着相应基础理论研究的进步，以及各方面工程研发能力的提高，光电对抗武器作为一种装备部队的军事设备正逐步成为现实。从结构上来讲，光电对抗武器是由激光器与望远镜组成，是一种光电跟踪系统。光电对抗武器能成为具有实战能力的武器的一个前提就在于系统能够在连续的一段时间内对目标的某一个固定点进行跟踪瞄准。然而在目前的

6、研究现状中，存在两个影响系统跟踪精度的主要因素。其一是目标的高机动性，由于当前光电对抗主要考虑用在对战机与导弹的防御上，而这些目标具有非常强的机动性，因此光电跟踪系统的跟踪能力会受到强力的考验。其二是由于光电对抗系统在舰载平台所处的环境造成，海洋环境下的舰体很容易产生相当大的各方向的船摇，造成目标的丢失[38,39]。2基于前馈控制的视轴稳定技术2.1引言光电跟踪设备的主要任务是跟踪及测量，通过光学系统探测目标，伺服系统保证视轴及时准确地跟踪目标。因此视轴稳定控制是光电跟踪的重要组成部分，也决定着系统的跟踪精度[71-74]。舰载光电跟踪设备直接安装在甲板上与舰体和惯性导航

7、设备刚性连接，受到载体晃动、风阻、系统内部摩擦干扰以及其他干扰力矩的作用，产生视轴抖动。为了解决这一问题，人们一直在探索有效的补偿方案。上世纪80年代，有人采用圆顶室来屏蔽风荷对光电跟踪设备的影响。有人通过快速反射镜消除风阻力矩引起的视轴偏差。扰动补偿器也被提出，对消除扰动造成的误差有显著的作用，但如何准确地测量出扰动仍然是一个技术难题。实际的舰载光电跟踪系统受风，浪，流等因素的影响，对象特性会发生变化，精确的模型很难得到。工程上多是通过提高低频增益和速度环带宽的方法提高稳定精度，稳定控制常采用多闭环控制回路方式。