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水面运动平台下高精度红外成像跟踪关键技术研究

吴滢跃  
【摘要】:红外跟踪系统具有隐蔽性好、全天时工作等优点,能探测低空以及水面运动目标,与雷达系统形成良好的互补。舰载红外跟踪设备由于其运动平台的特点,对伺服控制提出了更高的要求:要求在搜索、捕获、跟踪等阶段克服船摇的扰动影响,提高系统跟踪稳定性。此外,由于目标对象的飞行速度、机动性不断提高,需要研究更加高效的伺服跟踪算法,以提高系统的跟踪精度和动态响应能力。本文针对工程应用需求,开展了相关关键技术研究,并研制了实验样机。本文首先介绍了红外跟踪系统的功能和主要技术要求,然后介绍了系统的主要组成部分和总体设计思路。分析了舰船载体的运动规律,通过复杂的空间坐标系转换建立了三自由度视轴扰动模型,把舰船的三自由度运动姿态转换为对红外跟踪设备的两维视轴扰动量。惯性导航系统测得的船摇姿态数据是视轴稳定技术的基础,测量数据的精度直接决定了船摇隔离度的高低。本文提出了一种结合卡尔曼滤波和粒子滤波的综合算法,对惯导数据进行了预测滤波,提高了姿态测量的精度,有效的弥补了传统卡尔曼滤波容易发散的不足。针对总体设计的要求,提出了一种加速度滞后补偿与模糊自适应PI控制相结合的伺服控制算法,不仅有效提高了系统的跟踪精度,同时在提高动态响应能力的前提下,降低了超调量。此外针对数引跟踪转自动成像跟踪时由于目标机动性过大导致跟踪失败的问题,提出了改善系统跟踪稳定性的方法与措施。最后本文开展了伺服控制系统的电子学设计,完成了实验样机的研制。仿真分析和性能测试说明系统在克服平台运动扰动的基础上实现了高精度和快速响应的目标跟踪,能够满足工程应用需要。


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