專利名稱：一種滾擺式導(dǎo)引頭跟蹤回路角增量優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)跟蹤平臺(tái)伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種適用于滾轉(zhuǎn)-擺動(dòng)結(jié)構(gòu)成像導(dǎo)引頭的，滾擺式導(dǎo)引頭跟蹤回路角增量優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
目前常用的兩軸成像導(dǎo)引頭穩(wěn)定平臺(tái)多采用俯仰-方位結(jié)構(gòu)和滾轉(zhuǎn)-擺動(dòng)結(jié)構(gòu)。俯仰-方位結(jié)構(gòu)導(dǎo)引頭通常以俯仰框架為內(nèi)框，以方位框架為外框，其優(yōu)點(diǎn)是簡單緊湊，兩通道相互獨(dú)立、耦合少，控制及跟蹤算法較為成熟；不足之處是由于空間結(jié)構(gòu)的約束以及大離軸角的盲區(qū)的限制，這種平臺(tái)的離軸角很難突破±60°。滾轉(zhuǎn)-擺動(dòng)結(jié)構(gòu)形式的導(dǎo)引頭穩(wěn)定平臺(tái)以滾轉(zhuǎn)框架為外框，以擺動(dòng)框架為內(nèi)框。擺動(dòng)方向的離軸角可以達(dá)到±90°，滾轉(zhuǎn)方向則可以達(dá)到O 360°，如果使用滑環(huán)，還能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)，很容易覆蓋整個(gè)頭罩前半球空間范圍，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的大離軸角探測與跟蹤。這種滾轉(zhuǎn)-擺動(dòng)式平臺(tái)結(jié)構(gòu)能同時(shí)滿足對(duì)導(dǎo)引頭體積小、質(zhì)量輕和離軸角大等多項(xiàng)要求。但是，滾轉(zhuǎn)-擺動(dòng)式導(dǎo)引頭的不足之處是跟蹤回路的控制角位置指令提取及優(yōu)化存在一定的困難。在滾轉(zhuǎn)-擺動(dòng)式導(dǎo)引頭中，圖像處理器輸出的脫靶量信息是直角坐標(biāo)形式，而導(dǎo)引頭的框架結(jié)構(gòu)是極坐標(biāo)形式，由直角坐標(biāo)脫靶量到極坐標(biāo)控制指令的解算過程中，可以有很多種途徑，依據(jù)使用的輸入量和求解函數(shù)不同主要分為三種方法。第一種方法是綜合陀螺的角速度信號(hào)、探測器的俯仰和方位脫靶量、滾轉(zhuǎn)和擺動(dòng)角位置信息，分別使用反正切和反余弦函數(shù)求解滾轉(zhuǎn)和俯仰角增量。第二種方法同樣是綜合陀螺的角速度信號(hào)、探測器的俯仰和方位脫靶量、滾轉(zhuǎn)和擺動(dòng)角位置信息，使用反正切函數(shù)求解滾轉(zhuǎn)和俯仰角增量。第三種方法是綜合探測器的俯仰和方位脫靶量、滾轉(zhuǎn)和擺動(dòng)角位置信息、彈目距離信息，使用Paden-Kahan子問題求解方法獲得滾轉(zhuǎn)和俯仰框架的角位置指令，并依據(jù)最小角增量準(zhǔn)則優(yōu)化控制指令。 上述三種方法中，前兩種方法需要的輸入信息較多，并且針對(duì)具體應(yīng)用沒有提出反三角函數(shù)數(shù)值多解指令優(yōu)化方法；第三種方法雖然提出了指令優(yōu)化準(zhǔn)則，但是求解角增量過程中，除了要用到前兩種方法中的信息，還需要用到彈目距離信息，在導(dǎo)引頭測試和應(yīng)用中都會(huì)造成系統(tǒng)復(fù)雜和成本上升。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)問題，提出一種用于滾轉(zhuǎn)-擺動(dòng)式導(dǎo)引頭角位置指令提取及優(yōu)化的，滾擺式導(dǎo)弓I頭跟蹤回路角增量優(yōu)化方法。為減少摩擦和噪聲，本發(fā)明所提出方法的工程背景為滾轉(zhuǎn)框不應(yīng)用滑環(huán)，且以零位為基準(zhǔn)，順時(shí)針和逆時(shí)針均可以旋轉(zhuǎn)360° ;擺動(dòng)框架的離軸角范圍為±90°。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下:一種滾擺式導(dǎo)引頭跟蹤回路角增量優(yōu)化方法，包括以下步驟:當(dāng)滾轉(zhuǎn)框的相對(duì)運(yùn)動(dòng)范圍絕對(duì)值小于等于π/2時(shí)，直接輸出解算得到的滾轉(zhuǎn)和擺動(dòng)框的角位置指令；當(dāng)滾轉(zhuǎn)框的相對(duì)運(yùn)動(dòng)范圍絕對(duì)值為(π/2，3π/2]時(shí)，將擺動(dòng)框的角位置指令取負(fù)號(hào)，然后控制滾轉(zhuǎn)框的相對(duì)運(yùn)動(dòng)范圍絕對(duì)值小于η/2 ；當(dāng)滾轉(zhuǎn)框的相對(duì)運(yùn)動(dòng)范圍絕對(duì)值為(3 π /2，2 π )時(shí)，示滾轉(zhuǎn)框的限位情況優(yōu)化輸出指令。在上述技術(shù)方案中，應(yīng)用該方法時(shí):在失調(diào)角度比較小的情況下，滾轉(zhuǎn)和擺動(dòng)框架的控制角增量均可以用反正切函數(shù)來表示，
權(quán)利要求
1.一種滾擺式導(dǎo)引頭跟蹤回路角增量優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟: 當(dāng)滾轉(zhuǎn)框的相對(duì)運(yùn)動(dòng)范圍絕對(duì)值小于等于H/2時(shí)，直接輸出解算得到的滾轉(zhuǎn)和擺動(dòng)框的角位置指令； 當(dāng)滾轉(zhuǎn)框的相對(duì)運(yùn)動(dòng)范圍絕對(duì)值為(η/2，3π/2]時(shí)，將擺動(dòng)框的角位置指令取負(fù)號(hào)，然后控制滾轉(zhuǎn)框的相對(duì)運(yùn)動(dòng)范圍絕對(duì)值小于η/2; 當(dāng)滾轉(zhuǎn)框的相對(duì)運(yùn)動(dòng)范圍絕對(duì)值為(3π/2，2π)時(shí)，示滾轉(zhuǎn)框的限位情況優(yōu)化輸出指令。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滾擺式導(dǎo)引頭跟蹤回路角增量優(yōu)化方法，其特征在于，應(yīng)用該方法時(shí): 在失調(diào)角度比較小的情況下，滾轉(zhuǎn)和擺動(dòng)框架的控制角增量均可以用反正切函數(shù)來表示，
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的滾擺式導(dǎo)引頭跟蹤回路角增量優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟ii中，將擺動(dòng)框架的角增量變換為[O，π/2]值域范圍內(nèi)的表示的表達(dá)式為:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的滾擺式導(dǎo)引頭跟蹤回路角增量優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟iii的對(duì)控制指令進(jìn)行分區(qū)具體為兩級(jí)邏輯判斷: 在第一級(jí)邏輯判斷中，判定條件為滾轉(zhuǎn)框的當(dāng)前角位置θρ在
、δ 9r e ( π /2，3 π /2]和其它；在子區(qū)域II中，第二級(jí)邏輯判斷的條件分別為δ Θ r G [- Ji /2, π /2] > δ Θ r G [_3 π /2, _ π /2)和其它。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的滾擺式導(dǎo)引頭跟蹤回路角增量優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟iv具體為: 子區(qū)域I中指令的優(yōu)化輸出為:
全文摘要
本發(fā)明涉及一種滾擺式導(dǎo)引頭跟蹤回路角增量優(yōu)化方法，包括以下步驟當(dāng)滾轉(zhuǎn)框的相對(duì)運(yùn)動(dòng)范圍絕對(duì)值小于等于π/2時(shí)，直接輸出解算得到的滾轉(zhuǎn)和擺動(dòng)框的角位置指令；當(dāng)滾轉(zhuǎn)框的相對(duì)運(yùn)動(dòng)范圍絕對(duì)值為(π/2,3π/2]時(shí)，將擺動(dòng)框的角位置指令取負(fù)號(hào)，然后控制滾轉(zhuǎn)框的相對(duì)運(yùn)動(dòng)范圍絕對(duì)值小于π/2；當(dāng)滾轉(zhuǎn)框的相對(duì)運(yùn)動(dòng)范圍絕對(duì)值為(3π/2,2π)時(shí)，示滾轉(zhuǎn)框的限位情況優(yōu)化輸出指令。本發(fā)明的滾擺式導(dǎo)引頭跟蹤回路角增量優(yōu)化方法，給出的角位置指令在導(dǎo)引頭的跟蹤范圍內(nèi)具有明確、單一的彈目指向關(guān)系，邏輯關(guān)系清晰，并且求解過程不需要大量的矩陣運(yùn)算，硬件負(fù)擔(dān)輕，實(shí)時(shí)性好。
文檔編號(hào)G05D3/00GK103226360SQ201310136239
公開日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2013年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月18日
發(fā)明者姜湖海, 魏群, 賈宏光, 王超, 虞林瑤, 張?zhí)煲? 朱瑞飛, 吳海龍 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所