一种察打武器系统及随动跟踪控制方法技术方案

本发明专利技术提供一种察打武器系统和察打武器随动跟踪控制方法，包括光电追踪系统以及光电伺服系统；光电追踪系统包括集成于中央平台的可见光成像装置、红外成像装置、激光测距装置、GNSS以及IMU；光电伺服系统包括俯仰调节子系统和方向调节子系统；俯仰调节子系统和方向调节子系统均与中央平台连接。本发明专利技术的察打武器系统及察打武器随动跟踪控制方法，适用于察打武器系统在各种外界扰动和自身振动或摩擦条件下，机载光电平台的随动跟踪，保证视轴始终指向目标，机载发射系统的稳定瞄准，对目标进行持续的弹道锁定。行持续的弹道锁定。行持续的弹道锁定。

【技术实现步骤摘要】
一种察打武器系统及随动跟踪控制方法


[0001]本专利技术属于目标检测与追踪领域，具体涉及一种察打武器系统，还涉及一种察打武器随动跟踪控制方法。

技术介绍

[0002]机载光电稳定跟踪平台和机载火箭弹发射系统是微型智能察打武器的重要组成，机载光电稳定跟踪平台需要保持光电成像系统的视轴一直保持稳定，机载火箭弹发射系统需要保持对目标的实时瞄准，然而机载光电稳定跟踪平台和机载火箭弹发射系统在工作过程中容易受到载机的运动干扰和环境的影响，其控制性能受到非线性摩擦、陀螺仪漂移、系统振动等因素的影响，并且，无人机的工作环境存在各种不确定因素，在短兵相接的战场环境下，最佳的攻击机会稍纵即逝，因此，在硬件固定的条件下，机载光电稳定跟踪平台和机载火箭弹发射系统的随动跟踪控制方法对察打武器系统具有重要意义。
[0003]关于机载光电稳定跟踪平台的研究很多，但是微型智能察打武器平台相比于一般的机载光电稳定跟踪平台多出了一套火箭弹发射系统，由于机载微型火箭弹在空中飞行的时间从几秒到几十秒不等，单纯的随动跟踪不能满足其对动态目标的打击需求。

技术实现思路

[0004]为此，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种满足对动态目标打击需求的察打武器平台随动跟踪方法，实现在飞行姿态下对目标的持续锁定与跟踪。
[0005]本专利技术的上述技术目的通过以下技术方案实现：
[0006]一种察打武器系统，包括光电追踪系统以及光电伺服系统；
[0007]所述光电追踪系统包括集成于中央平台(1)的可见光成像装置、红外成像装置、激光测距装置、GNSS以及IMU；
[0008]所述光电伺服系统包括俯仰调节子系统和方向调节子系统；所述俯仰调节子系统和所述方向调节子系统均与中央平台(1)连接；
[0009]所述俯仰调节子系统控制所述中央平台(1)沿竖直方向的轴线运动；所述方向调节子系统控制所述中央平台(1)沿水平方向的轴线运动；
[0010]所述中央平台(1)通过所述方向调节子系统连接发射仓(2)；所述发射仓 (2)内填装火箭弹。
[0011]优选地，所述俯仰调节子系统包括两组俯仰电机，每一组俯仰电机均包括光电俯仰电机和发射仓俯仰电机，每一组俯仰电机分别对应连接于中央平台两侧，所述光电俯仰电机(连接光电俯仰轴齿轮，所述发射仓俯仰电机连接发射仓俯仰轴齿轮，所述发射仓俯仰轴齿轮通过俯仰轴连接发射仓，所述光电俯仰轴齿轮通过俯仰轴连接中央平台，所述俯仰轴还与俯仰轴编码器连接。
[0012]一种察打武器系统随动跟踪控制方法，包括如下步骤：
[0013]S1、无人机搭载察打武器系统飞往目标区域，通过可见光成像装置和红外成像装
置持续获取目标区域的图像信息；察打武器系统从目标区域的图像信息中标定目标，获取目标的位置信息和姿态信息；
[0014]S2、根据步骤S1中的位置信息和姿态信息解算目标与图像信息的图像中心之间的脱靶量，计算目标与图像中心之间的角度差，然后，根据所述角度差调整光电伺服系统的俯仰角和方向角，保持调整后目标位于图像中心处；
[0015]S3、激光测距装置测量察打武器系统与目标之间的相对距离和相对角度；从射表中查询当前的相对距离和相对角度下，所对应的向目标发射弹药的发射角度；
[0016]若发射角度小于预定阈值，向目标发射火箭弹；
[0017]若发射角度大于预定阈值，间隔30ms进行弹道解算，计算无人机当前位置的发射角度，同时对察打武器系统进行姿态校准和对目标的随动追踪，直至解算出的发射角度小于预定阈值。
[0018]步骤S3中对察打武器进行姿态校准和对目标的稳定追踪的具体步骤如下：
[0019]S3.1、姿态调整：以无人机位置为基准坐标系、俯仰子系统的俯仰轴为俯仰坐标系、方向调节子系统的方向轴为偏航坐标系，建立三者之间的数学关系，如下：
[0020][0021][0022]其中，
[0023]分别为基础坐标系、偏航坐标系和俯仰坐标系的角速度；
[0024]脚标x、y、z分别为坐标轴；
[0025]θ
p
为俯仰轴的运动角度，θ
a
为方向轴的运动角度；
[0026]为基体坐标到偏航坐标的变换矩阵：
[0027][0028]表示从偏航坐标到俯仰坐标的变换矩阵；
[0029][0030]根据上述公式依次解出关于俯仰轴和方向轴的动力学参数，计算出两者的动力学模型；
[0031]将通过察打武器系统所采集到的目标的位置信息和无人机姿态信息代入动力学模型中，解算出需要调整姿态的参数，按照参数对察打武器系统进行姿态调整；
[0032]S3.2、随动跟踪：建立自适应模糊反步控制器，在所述自适应模糊反步控制器下实现对目标的随动跟踪；
[0033]首先，建立如下模糊逻辑系统：
[0034]R
′
：If x
1 is F
1l and x
2 is
ꢀꢀ
and，...，
[0035]x
n is
ꢀꢀ
Then y is G
l
，l＝1，2，...，N；
[0036]其中，
[0037]x＝(x1，x2，
…
，x
n
)
T
是系统输入；
[0038]y是系统输出；
[0039]F
il
和G
l
分别为模糊集；
[0040]N表示规则数；
[0041]所述模糊逻辑系统中，系统输出与输入之间的函数关系为：
[0042][0043]其中，
[0044][0044]和分别是F
il
和G
l
的隶属函数；
[0045]解得，
[0046][0047]y(x)＝Γ
T
φ(x)；
[0048]其中，
[0049]和φ(x)＝[φ1(x)，...，φ
N
(x)]T
分别是理想常数权向量和基函数向量；
[0050]然后，定义误差向量：
[0051]z1＝x1‑
x
1r
[0052]z2＝x2‑
α1[0053][0054]之后通过反步法设计控制器；
[0055]计算出虚拟控制量和自适应律：
[0056][0057][0058][0059]然后计算出实际控制律：
[0060][0061]然后完成控制器设计，将目标的位置信息相对于察大武器系统的坐标和无人机姿态信息代入控制器中，察打武器系统中的俯仰调节子系统、方向调节子系统自动调节，实现对目标的随动跟踪。
[0062]所述步骤S3.3的弹道解算方法具体为，建立如下弹道解算方程式，解出发射角度：
[0063][0064]其中，
[0065][0066][0067][0068][00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种察打武器系统，其特征在于，包括光电追踪系统以及光电伺服系统；所述光电追踪系统包括集成于中央平台(1)的可见光成像装置、红外成像装置、激光测距装置、GNSS以及IMU；所述光电伺服系统包括俯仰调节子系统和方向调节子系统；所述俯仰调节子系统和所述方向调节子系统均与中央平台(1)连接；所述俯仰调节子系统控制所述中央平台(1)沿竖直方向的轴线运动；所述方向调节子系统控制所述中央平台(1)沿水平方向的轴线运动；所述中央平台(1)通过所述方向调节子系统连接发射仓(2)；所述发射仓(2)内填装火箭弹。2.根据权利要求1所述的察打武器系统，其特征在于，所述方向调节子系统包括方位电机(3)，所述方位电机(3)通过方位齿轮(4)连接方位轴(8)，所述方位轴(11)与中央平台(1)连接，所述方位齿轮(4)与方位轴编码器(11)连接；所述俯仰调节子系统包括两组俯仰电机，每一组俯仰电机均包括光电俯仰电机(12)和发射仓俯仰电机(5)，每一组俯仰电机分别对应连接于中央平台(1)两侧，所述光电俯仰电机(12)连接光电俯仰轴齿轮(6)，所述发射仓俯仰电机(5)连接发射仓俯仰轴齿轮(7)，所述发射仓俯仰轴齿轮(7)通过俯仰轴(9)连接发射仓(2)，所述光电俯仰轴齿轮(6)通过俯仰轴(9)连接中央平台(1)，所述俯仰轴(9)还与俯仰轴编码器(10)连接。3.一种察打武器随动跟踪控制方法，利用权利要求1中的一种察打武器系统，其特征在于，包括如下步骤：S1、无人机搭载察打武器系统飞往目标区域，通过可见光成像装置和红外成像装置持续获取目标区域的图像信息；察打武器系统从目标区域的图像信息中标定目标，获取目标的位置信息和无人机的姿态信息；S2、根据步骤S1中的位置信息和姿态信息解算目标与图像信息的图像中心之间的脱靶量，计算目标与图像中心之间的角度差，然后，根据所述角度差调整光电伺服系统的俯仰角和方向角，保持调整后目标位于图像中心处；S3、激光测距装置测量察打武器系统与目标之间的相对距离和相对角度；从射表中查询当前的相对距离和相对角度下，所对应的向目标发射弹药的发射角度；若发射角度小于预定阈值，向目标发射火箭弹；若发射角度大于预定阈值，间隔30ms进行弹道解算，计算无人机当前位置的发射角度，同时对察打武器系统进行姿态校准和对目标的随动追踪，直至解算出的发射角度小于预定阈值。4.根据权利要求3所述的察打武器随动跟踪控制方法，步骤S3中对察打武器进行姿态校准和对目标的稳定追踪的具体步骤如下：S3.1、姿态调整：以无人机位置为基准坐标系、俯仰子系统的俯仰轴为俯仰坐标系、方向调节子系统的方向轴为偏航坐标系，建立三者之间的数学关系，如下：
其中，分别为基础坐标系、偏航坐标系和俯仰坐标系的角速度；脚标x、y、z分别为坐标轴；θ
p
为俯仰轴的运动角度，θ
a
为方向轴的运动角度；为基体坐标到偏航坐标的变换矩阵：为基体坐标到偏航坐标的变换矩阵：表示从偏航坐标到俯仰坐标的变换矩阵；根据上述公式依次解出关于俯仰轴和方向轴的动力学参数，计算出两者的动力学模型；将通过察打武器系统所采集到的目标的位置信息和无人机姿态信息代入动力学模型中，解算出需要调整姿态的参数，按照参数对察打武器系统进行姿态调整；S3.2、随动跟踪：建立自适应模糊反步控制器，在所述自适应模糊...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓宏彬，熊镐，柳朝阳，危怡然，
申请(专利权)人：邓宏彬，
类型：发明
国别省市：