火箭惯组目标棱镜自动准直的三维闭环反馈控制方法技术

本发明专利技术提供的一种火箭惯组目标棱镜自动准直的三维闭环反馈控制方法，包括电控瞄准仪采用CCD摄像机捕获目标棱镜，瞄准控制器通过图像采集卡识别目标，控制电控瞄准仪和电控导轨实施全程扫描的步骤、电控瞄准仪获取目标棱镜在水平、俯仰两个方向上偏移及方位旋转信号的步骤、瞄准控制器对目标棱镜进行闭环反馈控制的步骤瞄准控制器通过控制电控导轨和电控瞄准仪的运动对目标棱镜三维姿态变化进行跟踪，实施目标棱镜自动准直的步骤。其优点是：由于设置了光电传感器和CCD摄像机，采用双闭环控制方案，实现了实时检测、监视运载火箭的运动状态和保持自动准直状态，可以在丢失火箭目标状态下，10min内自动完成与火箭惯组目标棱镜的准直。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供的一种，包括电控瞄准仪采用CCD摄像机捕获目标棱镜，瞄准控制器通过图像采集卡识别目标，控制电控瞄准仪和电控导轨实施全程扫描的步骤、电控瞄准仪获取目标棱镜在水平、俯仰两个方向上偏移及方位旋转信号的步骤、瞄准控制器对目标棱镜进行闭环反馈控制的步骤瞄准控制器通过控制电控导轨和电控瞄准仪的运动对目标棱镜三维姿态变化进行跟踪，实施目标棱镜自动准直的步骤。其优点是：由于设置了光电传感器和CCD摄像机，采用双闭环控制方案，实现了实时检测、监视运载火箭的运动状态和保持自动准直状态，可以在丢失火箭目标状态下，10min内自动完成与火箭惯组目标棱镜的准直。【专利说明】
本专利技术涉及控制方法，特别涉及一种火箭惯组目标棱镜自动准直的三维闭环反馈 控制方法。
技术介绍
相对于传统的运载火箭，新一代运载火箭采用捷联惯组+箭载计算机的制导方 案，且火箭发射台无回转功能，对地面瞄准系统的要求发生了变化：由于地面瞄准系统需要 为捷联惯组提供北向基准，所以需要与捷联惯组上的目标棱镜保持准直状态。然而，运载 火箭在发射前需要长期坚立工作，此时由于风摆晃动、加注等影响，会导致运载火箭发生水 平、俯仰两方向产生位移。由于地面瞄准系统距离捷联惯组较远（25m)，运载火箭的位移会 导致瞄准精度下降，甚至瞄准失败。 因此，地面瞄准系统需要实时监视、自动跟踪运载火箭的运动，自动保持准直状 态，对电控瞄准仪提出了较高的要求，传统技术已经无法满足需要。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服传统技术的缺陷，提供一种火箭惯组目标棱镜自动准直的三 维闭环反馈控制方法，以实时检测、监视运载火箭运动，自动完成和保持电控瞄准仪与火箭 惯组的准直状态。 为达上述目的，本专利技术提供的火箭惯组目标棱镜自动准直的三维闭环反馈控制方 法，包括设置电控导轨、电控瞄准仪和瞄准控制器，电控瞄准仪包括光电传感器和CCD摄像 机，瞄准控制器包括图像采集卡，CCD摄像机与图像采集卡相连，瞄准控制器与电控瞄准仪 和电控导轨分别相连，该方法包括如下步骤： 步骤1，所述电控瞄准仪采用（XD摄像机获得目标图像，所述瞄准控制器通过图像 采集卡识别目标，控制电控瞄准仪和电控导轨实施全程扫描； 步骤2，所述电控瞄准仪获取所述目标棱镜在水平、俯仰两个方向上偏移及方位旋 转信号； 步骤3,所述瞄准控制器对所述目标棱镜进行闭环反馈控制； 步骤4,所述瞄准控制器通过控制所述电控导轨和电控瞄准仪的运动对所述目标 棱镜三维姿态变化进行跟踪，实施所述目标棱镜的自动准直。 本专利技术，其中所述步骤1 中，瞄准控制器全程扫描的步骤包括： (1)瞄准控制器判断"全程扫描"标识是否有效，若无效，则退出"全程扫描"过程， 否则进入下一步； (2)瞄准控制器判断是否检测到目标棱镜，若检测到目标棱镜，则转入第（4)步， 否则进入下一步； (3)瞄准控制器控制导轨移动到一200mm处，控制电控瞄准仪方位角转动-10°， 然后方位角以Γ为步长，控制电控瞄准仪方位角向10°转动，最大扫描次数为50次，若发 现目标，则进入下一步，否则退出"全程扫描"过程； (4)瞄准控制器获取当前目标棱镜在高低方向上的偏移量，若该偏移量超过 ，则瞄准控制器控制电控瞄准仪俯仰转动，直至高低方向偏移量在范围内；瞄准控 制器获取当前目标棱镜在水平方向上的偏移量，若该偏移量超过，则瞄准控制器 控制电控瞄准仪方位转动，直至水平方向偏移量在范围内； (5)瞄准控制器判断接收到的电控瞄准仪PSD测角结果是否有效，若有效，则转入 下一步；否则控制电控瞄准仪方位按照向左、回中心、向右、回中心的方式扫描，扫描步长为 3'，各向扫描次数不超过20次，或扫描后目标偏移量不超过50mm，每次扫描一个步长后需 要判断是否有PSD测角结果，若有，则转入下一步；若扫描结束后始终没有PSD测角结果则 导轨向右平移80mm，重复上述过程，直到找到PSD准直偏差角，则转入下一步，或导轨平移 到最右端，则退出"全程扫描"； (6)启动"自动控制"，直到目标棱镜的水平方向、俯仰方向、方位转角都居中位置， 退出"全程扫描"； (7)瞄准控制器在"全程扫描"中判断是否收到了"急停"指令，若收到，则退出"全 程扫描"过程，否则继续执行步骤（2)至步骤（6)。 本专利技术，其中所述步骤2 中，获取目标棱镜在水平、俯仰两个方向上偏移及方位旋转信号的步骤包括：以电控瞄准 仪十字分划板为基准，同轴建立CCD摄像机系统，激光从电控瞄准仪望远镜出射后，通过目 标棱镜反射返回，代表目标棱镜相对电控瞄准仪十字分划板在水平方位上的转角；以目标 棱镜为中心，在周围设计环形字符标记，所有字符中心的连线汇聚点与目标棱镜中心重合， 通过C⑶摄像机识别字符、计算字符中心、推导字符中心的连线汇聚点，从而得出目标棱镜 中心，比较其与电控瞄准仪十字分划板中心的偏差，得到目标棱镜相对电控瞄准仪十字分 划板在水平、俯仰两个方向上的偏移信号。 本专利技术，其中所述步骤3 中，瞄准控制器进行闭环反馈控制的步骤包括： (1)瞄准控制器判断"自动控制"标识是否有效，若无效，则退出"自动控制"过程， 否则进入下一步； (2)瞄准控制器取得当前目标棱镜在水平方向上的偏移量； (3)瞄准控制器判断该偏移量是否超过了设定值，若未超出，则转入第 (5)步，否则进入下一步； (4)瞄准控制器判断目标棱镜在水平方向上偏移的方向和导轨偏移后是否超出导 轨行程范围设定值，若未超出该设定值，则发送"导轨平移"命令，平移量为偏 移量；若偏移量为正时，则移动量为正；若偏移量为负时，则移动量为负；否则退出"自动控 制"过程； (5)瞄准控制器采集电控瞄准仪PSD测角结果，取得当前目标棱镜在方位上的旋 转量； (6)瞄准控制器判断该偏移量是否超过了设定值，若未超出该设定值， 则转入第（8)步，否则进入下一步； (7)瞄准控制器循环判断电控瞄准仪工作状态，当为空时，向电控瞄准仪发送"方 位转动"命令，跟踪量为偏差量，若偏差为正，则跟踪量为正；若偏差量为负，则跟踪量为 负； (8)瞄准控制器判断目标棱镜在水平方向上的偏移量及在方位上的旋转量是否都 在要求的范围内，若满足要求，则退出"自动控制"过程，否则进入下一步； (9)瞄准控制器判断是否收到了"急停"指令，若收到，则退出"自动控制"过程，否 则转入第（1)步。 本专利技术，其中所述步骤3和 步骤4中，对目标三维姿态变化进行反馈跟踪控制的步骤包括平移跟踪的步骤、方位跟踪 的步骤和俯仰跟踪的步骤，其中 ： a.平移跟踪的步骤包括： (1)瞄准控制器判断"平移跟踪"标识是否有效，若无效，则退出"平移跟踪"过程， 否则进入下一步； (2)瞄准控制器获取当前目标棱镜在水平方向上的偏移量； (3)瞄准控制器判断该偏移量是否超过了 ，若未超出，则退出"平移跟 踪"过程，否则进入下一步； (4)瞄准控制器判断是否收到了 "急停"指令，若收到，则退出"平移跟踪"过程，否 则进入下一步； (5)瞄准控制器判断目标棱镜在水平方向上的偏移的方向及导轨平移后是否超出 导轨行本文档来自技高网...

【技术保护点】
火箭惯组目标棱镜自动准直的三维闭环反馈控制方法，包括设置电控导轨、电控瞄准仪和瞄准控制器，其特征在于：所述电控瞄准仪包括光电传感器和CCD摄像机，所述瞄准控制器包括图像采集卡，所述CCD摄像机与所述图像采集卡相连，所述瞄准控制器与所述电控瞄准仪和电控导轨分别相连，该方法包括如下步骤：步骤1，所述电控瞄准仪采用CCD摄像机获得目标图像，所述瞄准控制器通过图像采集卡识别目标，控制电控瞄准仪和电控导轨实施全程扫描；；步骤2，所述电控瞄准仪获取所述目标棱镜在水平、俯仰两个方向上偏移及方位旋转信号；步骤3，所述瞄准控制器对所述目标棱镜进行闭环反馈控制；步骤4，所述瞄准控制器通过控制所述电控导轨和电控瞄准仪的运动对所述目标棱镜三维姿态变化进行跟踪，实施所述目标棱镜的自动准直。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王岩，贺长水，高明杰，柳雨杉，王健博，董彦维，王振兴，
申请(专利权)人：北京航天发射技术研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11