作者 李钊 孙健 上海航天操控技能研讨所(上海 201109)
李钊(1986-)，男，博士生，工程师，研讨方向：机电一体化; 孙健，男，硕士生，工程师，研讨方向：仿真转台操控器研讨。
摘要：为满意武器体系外场实验对方针、布景及搅扰的数据收集及其它制导体系的功能验证，本文规划了一种随动式车载光电搜跟体系。使用光学盯梢渠道完结对动态方针的查找和盯梢，一起操控车载转台随动，车载转台可搭载扶引头号其它光学勘探设备，进步了体系的负载才能。针对体系延时带来的盯梢差错，选用卡尔曼滤波算法对方针方位进行猜测。实验结果表明，参加猜测算法后，盯梢渠道运动愈加平稳，盯梢精度得到进步。针对设备间因为坐标不一致及装置精度和零位差错带来随动差错，经过方位补偿对随动操控指令进行批改，改进了随动观测精度。体系选用模块化规划，可靠性高，可用于武器体系的外场实验。
导言
光电搜跟体系作为一种现代化勘探和侦办手法，广泛应用于无人机、侦察车、船只等军事和民用范畴[1-3]。使用红外、微光、可见光、激光等光学勘探设备，光电盯梢体系可对空中及地上方针进行查找和捕获，一起经过核算脱靶量操控伺服体系运动，完结对方针的实时盯梢。为了便利带着、添加搭载设备的有效载荷及荫蔽侦办等方面的需求，光电搜跟体系逐渐向着小型化和轻量化方向开展[4-5]。为了进步搜跟精度和机动功能，光电搜跟体系的搭载才能受到了必定的限制，一般仅能搭载有限的光学设备。
武器体系外场实验时，扶引头号精细制导设备因为视场较小而难于发现动态方针，其它勘探设备，如红外热像仪、紫外成像仪等因为设备较重，一般需求放置在云台上由人工手动推进完结动态方针观测，因此关于机动性较大的方针观测极为不便利。本文提出一种随动式车载光电搜跟体系，满意对方针查找和盯梢的一起，进步了体系的负载才能。体系盯梢精度高，功能安稳。此外，体系集成在测验车上，可便利外场实验对方针、布景及搅扰弹的各波段辐射能量进行收集，并完结相应的实验使命。
1 体系组成
体系由光电盯梢渠道、车载转台体系和操控收集体系三大部分组成。光电盯梢渠道包含红外勘探器、激光测距机和伺服运动组织。作业时，渠道升出车厢顶部，完结360°对空查找。可搭载扶引头及其它光学勘探设备(长波红外热像仪、红外成像光谱仪、光谱辐射计等)，并在盯梢形式下随光学盯梢渠道运动，完结搭载设备对动态方针的观测，车载转台负载才能大于50kg。
操控收集体系由存储显现核算机和操控收集核算机组成。存储显现核算机用于进行实验参数设置、实验进程监控、数据存储及数据回放剖析;操控收集核算机用于收集实验进程中发生的各种数据，如扶引头数据、光学设备勘探数据、转台运动数据、雷达数据和GPS等数据，并将实验数据发送至存储显现核算机进行监控和存储。体系作业原理如图1所示，体系什物如图2所示。
2 体系软硬件规划
为完结动态方针的高精度查找和盯梢，削减数据传输和信号处理带来的体系延时，对体系功能和实时性提出了较高的要求。
体系选用模块化规划，各分体系选用上下位机形式，完结操控与读显操作别离。上位机首要用于人机交互，硬件渠道依据工业操控核算机架构，软件渠道依据windows渠道，程序选用模块化规划，具有用户办理、参数设定、数据监控、错误处理等功能。下位机首要用于各分体系之间数据传输、图画处理、方针解算、伺服操控等，要求实时性高、数据处理才能强，本体系中各分体系操控周期一致为1ms，各下位机之间选用千兆以太网进行数据交互。光电搜跟渠道下位机选用DSP规划，芯片选用TMS320F28335，首要用于光电搜跟渠道伺服操控、盯梢猜测及方位信息发送;收集操控体系下位机选用PXI架构，软件编写依据LabVIEW RT实时操作体系，用于完结光电盯梢渠道方位信号收集、方针方位猜测和补偿、车载转台操控指令解算和发送、其它分体系信号和体系状况收集等;车载转台下位机选用PCI架构，软件编写依据Vxworks实时操作体系，用于完结车载转台闭环操控，操控指令接纳及实时运动状况反应。
光电搜跟渠道技能指标：俯仰盯梢规模为﹣15°~﹢75°，方位盯梢规模为﹣135°~﹢135°，最大盯梢角速度不小于60°/s，轴线差错不大于0.2°，规范能见度下，红外热像仪勘探间隔大于15km，激光测距大于10km。
3 体系精度剖析
3.1 盯梢猜测
为确保随动体系的盯梢精度，要求光电盯梢渠道伺服组织运动平稳且对大机动方针可以快速呼应、准确盯梢。但是因为丈量噪声及体系滞后等要素的影响，体系盯梢才能受到了必定的限制。本体系中红外图画盯梢器主频是25Hz，从而由图画处理带来40ms的体系延时，当方针机动性较大时，该延时足以使方针脱离视场规模，形成方针丢掉。实验时发现，渠道盯梢进程中激光中靶率缺乏80%，方针机动性大时盯梢才能缺乏，伺服渠道运动曲线不行滑润，方针丢掉现象时有发生。
为消除体系滞后，进步盯梢精度，需求对方针的运动特性进行猜测。常用的猜测算法包含最小二乘滤波[6]、维纳滤波[7]、卡尔曼滤波[8]等，本体系选用卡尔曼滤波算法对方针进行猜测。
3.1.1 卡尔曼滤波[9]
离散体系动态方程由运动方程(1)和观测方程(2)构成，详细表述如下：
依据体系方程，可由卡尔曼滤波器对脱靶量即方针方位信息进行猜测
3.1.2 实验剖析
对某民航飞机进行观测，光电盯梢渠道盯梢进程中实时图画如图3所示，方针飞机坐落盯梢框内，图画上方显现方针的间隔、高度，以及伺服组织的方位信息。
