專利名稱:基于mems陀螺的位標器系統(tǒng)及其跟蹤方法
技術領域：
本發(fā)明屬于信號處理技術領域：
，具體涉及一種基于微機電MEMS (Micro-ElectroMechanical System)陀螺的位標器系統(tǒng)。
背景技術：
導彈要在空中完成對目標的探測和跟蹤任務，需要一個彈載的平臺和搭載一個在該平臺上有探測設備組成的集成系統(tǒng)，在硬件表現(xiàn)形式上稱之為“位標器”，廣泛應用于紅外制導控制系統(tǒng)中。位標器是一個典型的光、機、電結合的復雜組件，涉及的技術范圍非常廣泛。隨著紅外成像制導技術應用的不斷擴展，急需解決如何提高視線穩(wěn)定能力、擴大跟蹤范圍以及小型化、提聞抗惡劣環(huán)境能力等問題。
目前大多數(shù)位標器里面的穩(wěn)定平臺用的是機械陀螺，具有體積大，重量大，安裝難度大以及成本高等缺點。光纖陀螺同激光陀螺類似，由于制作工藝復雜，具有成本高，對振動不敏感，不利于批量生產(chǎn)等缺點。本發(fā)明的途徑在于對制導信號進行分析，采用MEMS陀螺搭建位標器的穩(wěn)定平臺，該系統(tǒng)具有體積小，重量小，成本較低，易于批量生產(chǎn)以及隔離度高等優(yōu)點。
發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是現(xiàn)有位標器體積大、重量大、成本高，提供一種體積小、重量小、成本低的基于MEMS陀螺的位標器系統(tǒng)，還介紹了該系統(tǒng)的跟蹤方法。
本發(fā)明的技術方案是以下述方式實現(xiàn)的:一種基于MEMS陀螺的位標器系統(tǒng),包括運動載體模塊，用于產(chǎn)生動態(tài)；電機及穩(wěn)定平臺模塊，安裝在運動載體模塊上，用于控制運動載體的狀態(tài)；紅外探測模塊，安裝在電機及穩(wěn)定平臺模塊上，用于探測機動目標模塊的狀態(tài)；信號處理模塊，用于接收紅外探測模塊的信號，并將該信號處理后傳輸至光電跟蹤控制模塊；光電跟蹤控制模塊，接收信號處理模塊的信息并將處理后的信號傳輸至視軸穩(wěn)定控制模塊;MEMS陀螺模塊，安裝在電機及穩(wěn)定平臺模塊上，檢測電機及穩(wěn)定平臺模塊的狀態(tài)；陀螺信號處理模塊，處理MEMS陀螺模塊的檢測信息并輸送至視軸穩(wěn)定控制模塊；視軸穩(wěn)定控制模塊，接收陀螺信號處理模塊和光電跟蹤控制模塊的信息，把穩(wěn)定后的信號送入功率驅動模塊；功率驅動模塊，根據(jù)視軸穩(wěn)定控制模塊的信息控制電機及穩(wěn)定平臺模塊。
一種基于MEMS陀螺的位標器系統(tǒng)的跟蹤方法，是按照下述步驟進行的:
步驟1:紅外探測模塊探測機動目標模塊的狀態(tài)，把探測信息傳遞給信號處理模塊，然后把處理后的信息送到光電跟蹤控制模塊，然后將處理跟蹤結果送入視軸穩(wěn)定控制模塊等待處理；
步驟2:MEMS陀螺模塊敏感電機及穩(wěn)定平臺模塊的穩(wěn)定狀態(tài)，把測量的信號傳遞給陀螺信號處理模塊，然后把處理后的測量信號送入視軸穩(wěn)定控制模塊等待處理；
步驟3:視軸穩(wěn)定控制模塊把陀螺信號處理模塊、光電跟蹤控制模塊的信號穩(wěn)定后送入功率驅動模塊；控制電機及穩(wěn)定平臺模塊。[0007]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明采用MEMS陀螺，使位標器體積和重量有效減小，生產(chǎn)成本降低，且本位標器敏感性和隔離度高，系統(tǒng)性能穩(wěn)定、工作可靠，可以為多種紅外探測設備提供準確的穩(wěn)定平臺。本發(fā)明的實用性更高，靈敏度和穩(wěn)定性更好。
圖1是本發(fā)明的原理框圖。
圖2是本發(fā)明工作流程圖。
具體實施方式
如圖1所示，本發(fā)明的位標器系統(tǒng)，包括運動載體模塊1，用于產(chǎn)生動態(tài)；電機及穩(wěn)定平臺模塊2，安裝在運動載體模塊I上，用于控制運動載體的狀態(tài)；紅外探測模塊3，安裝在電機及穩(wěn)定平臺模塊2上，用于探測機動目標模塊10的狀態(tài)；信號處理模塊4，用于接收紅外探測模塊3的信號，并將該信處理后傳輸至光電跟蹤控制模塊5 ;光電跟蹤控制模塊5，接收信號處理模塊4的信息并將處理后的信號傳輸至視軸穩(wěn)定控制模塊8 ；MEMS陀螺模塊6，安裝在電機及穩(wěn)定平臺模塊2上，檢測電機及穩(wěn)定平臺模塊2的狀態(tài)；陀螺信號處理模塊7，處理MEMS陀螺模塊6的檢測信息并輸送至視軸穩(wěn)定控制模塊8 ;視軸穩(wěn)定控制模塊8，接收陀螺信號處理模塊7和光電跟蹤控制模塊5的信息，把穩(wěn)定后的信號送入功率驅動模塊9 ;功率驅動模塊9，根據(jù)視軸穩(wěn)定控制模塊8的信息控制電機及穩(wěn)定平臺模塊2。
本發(fā)明中，電機及穩(wěn)定平臺模塊2安裝在運動載體模塊I上，用于控制運動載體的狀態(tài)。紅外探測模塊3安裝在電機及穩(wěn)定平臺模塊2上，用于探測機動目標模塊10的狀態(tài)。信號處理模塊4和光電跟蹤控制模塊5都是用于處理紅外探測模塊3探測的信號。MEMS陀螺模塊6安裝在電機及穩(wěn)定平臺模塊2上，用于敏感平臺的穩(wěn)定狀態(tài)。陀螺信號處理模塊7用于處理MEMS陀螺模塊6的測量信號。將處理后的紅外探測信號和陀螺信號一并送入視軸穩(wěn)定控制模塊8，把穩(wěn)定后的信號送入功率驅動模塊9，最后控制電機及穩(wěn)定平臺模塊2。
本發(fā)明基于MEMS陀螺的位標器跟蹤方法，整體穩(wěn)定式慣性平臺系統(tǒng)由穩(wěn)定內回路和跟蹤回路組成，跟蹤時具體按照以下步驟實施:
步驟1:紅外探測模塊3探測機動目標模塊10的狀態(tài)，把探測信息傳遞給信號處理模塊4，然后把處理后的信息送到光電跟蹤控制模塊5，然后將處理跟蹤結果送入視軸穩(wěn)定控制豐旲塊8等待處理。
為了能對目標進行跟蹤觀測，平臺作為跟蹤系統(tǒng)的內回路，為跟蹤器提供跟蹤指令輸入以及平臺角度和角速度信號反饋。通過手動或者自動掃描搜索視場、鎖定目標，系統(tǒng)進入自動跟蹤模式，跟蹤控制器接收目標脫靶指令，控制平臺轉動，使視軸始終對準被測的機動目標，達到對目標的跟蹤。
步驟2 =MEMS陀螺模塊6敏感平臺的穩(wěn)定狀態(tài)，把測量的信號傳遞給陀螺信號處理模塊7，然后把處理后的測量信號送入視軸穩(wěn)定控制模塊8等待處理。
步驟3:視軸穩(wěn)定控制模塊9把陀螺信號處理模塊7、光電跟蹤控制模塊5的信號穩(wěn)定后送入功率驅動模塊9 ;控制電機及穩(wěn)定平臺模塊2。
穩(wěn)定回路依靠慣性器件實時敏感載體相對慣性空間的偏離，并通過視軸穩(wěn)定控制器進行實時糾正，保證成像傳感器視軸和引起它抖動的各種干擾源相隔離，使其在慣性空間保持相同的角度瞄準方，如和載體的振動無關或者使其殘余的晃動量保持在所允許的范圍內，為紅外探測系統(tǒng)提供一個能獲取穩(wěn)定信號的平臺。因此，陀螺穩(wěn)定光電跟蹤平臺從伺服控制角度而言，其實質為“視軸穩(wěn)定與跟蹤系統(tǒng)”，穩(wěn)定分系統(tǒng)的主要任務是使MEMS陀螺與運動載體的姿態(tài)變化、振動等相隔離，使視軸穩(wěn)定在固定的慣性空間里，達到空間穩(wěn)定。
作為位標器的穩(wěn)定跟蹤系統(tǒng)的速度環(huán)敏感器件，MEMS陀螺感受載體在慣性空間的擾動量，并輸出與角速度成比例的電壓信號，通過控制器輸出驅動電機對框架施加一個與擾動力矩大小相等、方向相反的平衡力矩，使系統(tǒng)隔離載體在慣性空間的擾動。同時，速度環(huán)反饋控制能夠提高系統(tǒng)位置環(huán)響應的頻帶，增加位置環(huán)響應的快速性，從而實現(xiàn)紅外探測系統(tǒng)的穩(wěn)定和快速跟蹤。為使MEMS陀螺獲得更好的應用，通常采用對陀螺進行噪聲抑制和信號濾波等系統(tǒng)控制技術，可以使采用MEMS陀螺作為速度反饋器件的光電穩(wěn)定跟蹤平臺獲得更高精度。
利用Kalman濾波對MEMS陀螺進行噪聲抑制和信號濾波，對于單個陀螺，我們可以建立Kalman濾波方程:
權利要求
1.一種基于MEMS陀螺的位標器系統(tǒng),其特征在于包括 運動載體模塊(I)，用于產(chǎn)生動態(tài)； 電機及穩(wěn)定平臺模塊(2)，安裝在運動載體模塊(I)上，用于控制運動載體的狀態(tài)；紅外探測模塊(3 )，安裝在電機及穩(wěn)定平臺模塊(2 )上，用于探測機動目標模塊(10 )的狀態(tài)； 信號處理模塊(4)，用于接收紅外探測模塊(3)的信號，并將該信號處理后傳輸至光電跟蹤控制模塊(5)； 光電跟蹤控制模塊(5)，接收信號處理模塊(4)的信息并將處理后的信號傳輸至視軸穩(wěn)定控制模塊(8)； MEMS陀螺模塊(6)，安裝在電機及穩(wěn)定平臺模塊(2)上，檢測電機及穩(wěn)定平臺模塊(2)的狀態(tài)； 陀螺信號處理模塊(7)，處理MEMS陀螺模塊(6)的檢測信息并輸送至視軸穩(wěn)定控制模塊(8); 視軸穩(wěn)定控制模塊(8)，接收陀螺信號處理模塊(7)和光電跟蹤控制模塊(5)的信息，把穩(wěn)定后的信號送入功率驅動模塊(9)； 功率驅動模塊(9 )，根據(jù)視軸穩(wěn)定控制模塊(8 )的信息控制電機及穩(wěn)定平臺模塊(2 )。
2.一種基于MEMS陀螺的位標器系統(tǒng)的跟蹤方法，其特征在于是按照下述步驟進行的: 步驟1:紅外探測模塊(3)探測機動目標模塊(10)的狀態(tài)，把探測信息傳遞給信號處理模塊(4)，然后把處理后的信息送到光電跟蹤控制模塊(5)，然后將處理跟蹤結果送入視軸穩(wěn)定控制模塊(8)等待處理； 步驟2 =MEMS陀螺模塊(6)敏感電機及穩(wěn)定平臺模塊的穩(wěn)定狀態(tài)，把測量的信號傳遞給陀螺信號處理模塊(7)，然后把處理后的測量信號送入視軸穩(wěn)定控制模塊(8)等待處理；步驟3:視軸穩(wěn)定控制模塊(9)把陀螺信號處理模塊(7)、光電跟蹤控制模塊(5)的信號穩(wěn)定后送入功率驅動模塊(9 );控制電機及穩(wěn)定平臺模塊(2 )。
專利摘要
本發(fā)明公開一種基于MEMS陀螺的位標器系統(tǒng)及跟蹤方法。所述系統(tǒng)包括運動載體模塊、電機及穩(wěn)定平臺模塊、紅外探測模塊，安裝在電機及穩(wěn)定平臺模塊上、信號處理模塊、光電跟蹤控制模塊、MEMS陀螺模塊、陀螺信號處理模塊、視軸穩(wěn)定控制模塊和功率驅動模塊。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明采用MEMS陀螺，使位標器體積和重量有效減小，生產(chǎn)成本降低，且本位標器敏感性和隔離度高，系統(tǒng)性能穩(wěn)定、工作可靠，可以為多種紅外探測設備提供準確的穩(wěn)定平臺。本發(fā)明的實用性更高，靈敏度和穩(wěn)定性更好。
文檔編號F41G3/00GKCN103175445SQ201110434107
公開日2013年6月26日 申請日期2011年12月22日
發(fā)明者任亞飛, 葛運旺, 白旭燦 申請人:洛陽理工學院導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan