一种滚摆式导引头跟踪回路角增量优化方法技术

本发明专利技术涉及一种滚摆式导引头跟踪回路角增量优化方法，包括以下步骤：当滚转框的相对运动范围绝对值小于等于π/2时，直接输出解算得到的滚转和摆动框的角位置指令；当滚转框的相对运动范围绝对值为(π/2,3π/2]时，将摆动框的角位置指令取负号，然后控制滚转框的相对运动范围绝对值小于π/2；当滚转框的相对运动范围绝对值为(3π/2,2π)时，示滚转框的限位情况优化输出指令。本发明专利技术的滚摆式导引头跟踪回路角增量优化方法，给出的角位置指令在导引头的跟踪范围内具有明确、单一的弹目指向关系，逻辑关系清晰，并且求解过程不需要大量的矩阵运算，硬件负担轻，实时性好。

【技术实现步骤摘要】
一种滚摆式导引头跟踪回路角增量优化方法
本专利技术属于光学跟踪平台伺服控制系统设计及应用领域，具体涉及一种适用于滚转-摆动结构成像导引头的，滚摆式导引头跟踪回路角增量优化方法。
技术介绍
目前常用的两轴成像导引头稳定平台多采用俯仰-方位结构和滚转-摆动结构。俯仰-方位结构导引头通常以俯仰框架为内框，以方位框架为外框，其优点是简单紧凑，两通道相互独立、耦合少，控制及跟踪算法较为成熟；不足之处是由于空间结构的约束以及大离轴角的盲区的限制，这种平台的离轴角很难突破±60°。滚转-摆动结构形式的导引头稳定平台以滚转框架为外框，以摆动框架为内框。摆动方向的离轴角可以达到±90°，滚转方向则可以达到0～360°，如果使用滑环，还能够实现连续旋转，很容易覆盖整个头罩前半球空间范围，可以实现对目标的大离轴角探测与跟踪。这种滚转-摆动式平台结构能同时满足对导引头体积小、质量轻和离轴角大等多项要求。但是，滚转-摆动式导引头的不足之处是跟踪回路的控制角位置指令提取及优化存在一定的困难。在滚转-摆动式导引头中，图像处理器输出的脱靶量信息是直角坐标形式，而导引头的框架结构是极坐标形式，由直角坐标脱靶量到极坐标控制指令的解算过程中，可以有很多种途径，依据使用的输入量和求解函数不同主要分为三种方法。第一种方法是综合陀螺的角速度信号、探测器的俯仰和方位脱靶量、滚转和摆动角位置信息，分别使用反正切和反余弦函数求解滚转和俯仰角增量。第二种方法同样是综合陀螺的角速度信号、探测器的俯仰和方位脱靶量、滚转和摆动角位置信息，使用反正切函数求解滚转和俯仰角增量。第三种方法是综合探测器的俯仰和方位脱靶量、滚转和摆动角位置信息、弹目距离信息，使用Paden-Kahan子问题求解方法获得滚转和俯仰框架的角位置指令，并依据最小角增量准则优化控制指令。上述三种方法中，前两种方法需要的输入信息较多，并且针对具体应用没有提出反三角函数数值多解指令优化方法；第三种方法虽然提出了指令优化准则，但是求解角增量过程中，除了要用到前两种方法中的信息，还需要用到弹目距离信息，在导引头测试和应用中都会造成系统复杂和成本上升。
技术实现思路
本专利技术要解决现有技术中的技术问题，提出一种用于滚转-摆动式导引头角位置指令提取及优化的，滚摆式导引头跟踪回路角增量优化方法。为减少摩擦和噪声，本专利技术所提出方法的工程背景为滚转框不应用滑环，且以零位为基准，顺时针和逆时针均可以旋转360°；摆动框架的离轴角范围为±90°。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案具体如下：一种滚摆式导引头跟踪回路角增量优化方法，包括以下步骤：当滚转框的相对运动范围绝对值小于等于π/2时，直接输出解算得到的滚转和摆动框的角位置指令；当滚转框的相对运动范围绝对值为(π/2,3π/2]时，将摆动框的角位置指令取负号，然后控制滚转框的相对运动范围绝对值小于π/2；当滚转框的相对运动范围绝对值为(3π/2,2π)时，示滚转框的限位情况优化输出指令。在上述技术方案中，应用该方法时：在失调角度比较小的情况下，滚转和摆动框架的控制角增量均可以用反正切函数来表示，其中，f表示光学系统的焦距，单位是mm；Δθr表示滚转框的角位置增量，单位是rad；Δθp表示摆动框的角位置增量，单位是rad；该方法具体包括以下步骤：步骤i：按照式(1)的表示求出滚转和摆动角增量在[-π/2,π/2]值域内的表达式；步骤ii：将滚转框架的角增量变换为[0,2π)值域内的表示，将摆动框架的角增量变换为[0,π/2]值域范围内的表示，将图像探测器输出的脱靶量转化为以滚转框和摆动框零位为起点的绝对角位置指令；步骤iii：对控制指令进行分区，划分出多个子区域；步骤iv：在每个子区域内分别优化输出的控制指令。在上述技术方案中，所述步骤ii中，将摆动框架的角增量变换为[0,π/2]值域范围内的表示的表达式为：0,Δz>0)1001ΔθrΔθp+00π(Δy<0,Δz<0)1001ΔθrΔθp+10π(Δy>0,Δz<0)1001ΔθrΔθp+20(Δy<0,Δz>0)0000ΔθrΔθp+00(Δy=0,Δz=0)0001ΔθrΔθp+1-sign(Δz)/20π(Δy=0,Δz≠0)0001ΔθrΔθp1/2-sign(Δy)/20π(Δy≠0,Δz=0)---(2).]]>在上述技术方案中，所述步骤iii的对控制指令进行分区具体为两级逻辑判断：在第一级逻辑判断中，判定条件为滚转框的当前角位置θr，在[0,2π)范围内将θr按照象限的定义分为四个子区域；在第二级逻辑判断中，判定条件为滚转框架的角增量值，由公式(2)解算出的绝对角位置指令与当前角位置相减即为判定条件。在上述技术方案中，所述步骤iii中，第二级逻辑判定中共有两个部分：第一级分区中的前三个象限为子区域I，第一级分区中的第四象限为子区域II；在子区域I中，第二级逻辑判断的条件分别为δθr∈[-π/2,π/2]、δθr∈(π/2,3π/2]和其它；在子区域II中，第二级逻辑判断的条件分别为δθr∈[-π/2,π/2]、δθr∈[-3π/2,-π/2)和其它。在上述技术方案中，所述步骤iv具体为：子区域I中指令的优化输出为：...

【技术保护点】
一种滚摆式导引头跟踪回路角增量优化方法，其特征在于，包括以下步骤：当滚转框的相对运动范围绝对值小于等于π/2时，直接输出解算得到的滚转和摆动框的角位置指令；当滚转框的相对运动范围绝对值为(π/2,3π/2]时，将摆动框的角位置指令取负号，然后控制滚转框的相对运动范围绝对值小于π/2；当滚转框的相对运动范围绝对值为(3π/2,2π)时，示滚转框的限位情况优化输出指令。

【技术特征摘要】
1.一种滚摆式导引头跟踪回路角增量优化方法，其特征在于，包括以下步骤：当滚转框架的相对当前角位置运动范围绝对值小于等于π/2时，直接输出解算得到的滚转和摆动框架的角位置指令；当滚转框架的相对当前角位置运动范围绝对值为(π/2,3π/2]时，将摆动框架的角位置指令取负号，然后控制滚转框架的相对当前角位置运动范围绝对值小于π/2；当滚转框架的相对运动范围绝对值为(3π/2,2π)时，视滚转框架的限位情况优化输出指令，同样保证滚转框架相对当前角位置的运动范围绝对值小于π/2；应用该方法时：在失调角度比较小的情况下，滚转框架和摆动框架的控制角增量均可以用反正切函数来表示，其中，f表示光学系统的焦距，单位是mm；Δθr表示滚转框架的控制角增量，单位是rad；Δθp表示摆动框架的控制角增量，单位是rad；μ为像元尺寸，单位是mm；⊿y为目标在靶面上水平方向的脱靶量，⊿z为目标在靶面上竖直方向的脱靶量；该方法具体包括以下步骤：步骤i：按照式(1)的表示求出滚转框架和摆动框架角增量在[-π/2,π/2]值域内的表达式；步骤ii：将滚转框架的角增量变换为[0,2π)值域内的表示，将摆动框架的角增量变换为[0,π/2]值域范围内的表示，将图像探测器输出的脱靶量转化为以滚转框架和摆动框架零位为起点的绝对角位置指令；步骤iii：对绝对角位置指令进行分区，划分出多个子区域；步骤iv：在每个子区域内分别优化输出的角增量指令；所述步骤ii中，将摆动框架的角增量变换为[0,π/2]值域范围内的表示的表达式为：式(2)中，θpi为摆动框架的角增量变换为[0,π/2]值域范围内摆动框架的绝对角位置指令值，θri为摆动框架的角增量变换为[0,π/2]值域范围内滚转框架的绝对角位置指令值；所述步骤iii的对绝对角位置指令进行分区具体为两级逻辑判断：在第一级逻辑判断中，判定条件为滚转框架的当前角位置θr，在[0,2π)范围内将θr按照象限的定义分为四个子区域；在第二级逻辑判断中，判定条件为滚转框架的角增量值，由公式(2)解算出的绝对角位置指令与当前角位置相减即为判定条件；所述步骤iii中，第二级逻辑判定中共有两个部分：第一级分区中...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜湖海，魏群，贾宏光，王超，虞林瑶，张天翼，朱瑞飞，吴海龙，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：