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光电系统稳定精度测量方法研究

孟令东  
【摘要】: 本文是关于多环控制光电稳定系统主要性能指标测试方法的研究。光电稳定系统能够在运动状态下提供高精度的控制信号进行对目标的跟踪和瞄准线的稳定。 引起光电系统精度偏离理想情况的因素很多,稳定误差是非常关键的一项。这是因为系统在抑制外来干扰而实现稳定时,由于稳定环有限带宽的存在,瞄准线实质上是瞄准在目标中心点周围一定的圆域内,该圆域的直径反映了系统的稳定精度。如果这一数值超出某一极限,必将导致瞄准线完全脱离目标以及跟踪目标失败。 在瞄准线稳定精度测量时,目标固定不动,而稳像仪随单自由度环境模拟台运动,稳定精度通常是以偏离稳像仪物方中心的角量来描述,而CCD测量的是目标光斑在稳像仪像方的线量,这就要求事先标定CCD单位相元的线量相当于稳像仪物方的角量值,或称角当量,然后再将CCD得到的线量换算到稳像仪物方的角量。 图像采集与处理由一块视频跟踪器板完成,由CCD摄像头输出的视频信号分别传输至同步分离、信号整形等图像预处理,将复合于视频信号中的行、场、帧同步信号准确分离,以供视频图像处理逻辑门阵列之用,同时视频信号中的图像部分是模拟信号,经过图像板采集成为数字信号。逻辑门阵列包含图像检测中的所有数字逻辑、计算和微机接口逻辑。由于目标是圆形光斑,所以只有将光斑图像信号中的水平和垂直两个方向的图像最大宽度求出,便可得出光斑的中心位置。 为了能够正确评价并改进系统,我们应用光、机、电相结合的方法,获得了一套稳定精度专用测试仪器。 采取的直接发光点测试稳定精度,缩短了这一周期操作处理时间,准确的讲,是把这一时间缩短了2-3个数量级。这就意味着,对于有限带宽的扰动,在如此短时间内,测试系统的测试结果几乎与稳定误差的变化同步。这一切,从原理上来说,显然是可行的,但在具体的实施过程中,仍然存在着许多的难题,其测试结果也存在着一定的不确定性。但是,经过论证分析和不懈努力,试图使得这些不确定因素减少到最低,最终开发出了一套光、机、电、算相结合的进行稳定精度测试的专用仪器。它能够分辫秒级的微量角度变化,可以满足多种光电稳定系统的稳定精度测量要求,可以用于日后的工程测量当中。 最后,借助该仪器得到了稳定精度的精确测试结果。结果表明,试验用光学舱的稳定系统的稳定精度可以达到0.03度。同时,该仪器还适应于其它类似系统的稳定精度的测试。经靶标改进后的测试系统,能够综合测试光电跟踪设备多种能见度环境条件下的适应能力,属于国内首创,前景广阔。


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