机载光电跟踪陀螺稳定技术

机载光电跟踪陀螺稳定技术

田润爽 李琛峰 刘家诚

中航西安飞机工业集团股份有限公司  陕西西安   710089

摘要：机载光电平台系统是装载到飞机上的系统。其中，所面对装载飞机有着多种姿态的变化，并存在振动问题，在飞行的过程中也会受到风阻力矩的影响，从而出现轴指向不稳定的问题。如此一来，便影响机载光电平台系统中观测设备的正常运行，不能够保证成像的清晰度。对此，为有效避免这些问题的出现，需要做好稳定分系统的建设，促进装载飞机中运动、振动与光学传感器中视轴的隔离。确保视轴能够在固定的惯性空间方向中达到相对稳定的效果。同时，为保证被观测的目标可进行跟踪观测，同样需要机载光电平台系统能够在明确指令的指导下，进行规定运用。由此可见，从伺服控制的角度来看，机载光电平台系统其本质上是一种跟踪系统和视轴稳定，需要做好精心设计。

关键词：机载；陀螺；稳定平台

引言

结合具体的情况分析，在装载飞机中，需要保证光电目标的精准搜索、捕获、识别，需要建立其指示系统和传感器，包括但不限于更高精度的导航、毫米波雷达等，以此来满足实际需求。在光电仪器安装中，应保证其安装平台的稳定性，可通过对陀螺稳定平台进行应用的方式，对载机振动进行隔离，以此来获取一个相对惯性空间稳定的平台。之后，基于控制指令，完成对光电载荷下目标的定位跟踪、搜索捕捉。由此可见，通过对机载陀螺稳定平台的合理应用，一方面是实现了空间的稳定，另一方面是实现了对目标的跟踪。

一、预测滤波技术分析

（一）预测滤波技术的意义

预测滤波技术实际应用的过程中，一方面能够对跟踪目标中的各项数据信息进行提供，包括但不限于目标的速度信息、目标的加速度信息、目标的精准位置信息等。另一方面也能够开展预测外推处理，在跟踪系统中对下一个目标进行提前预知，把握下一个目标中速度、加速度、位置等重要信息。如此一来，更有利于保证控制系统的应用可达到更理想的跟踪速度与更快速的能力。其中，当目标信号出现了丢失问题，通过对跟踪控制系统进行合理应用，同样能够完成对目标位置移动方面的有效预测，从而在跟踪的过程中达到更好的连续性和更好的稳定性。另外，通过对预测滤波技术进行合理应用，也可更高精度的数据信息进行获取，在对跟踪的方式进行切换时，仅仅是对数据进行切换，有效避免了伺服系统的抖动问题，针对多种跟踪手段的切换均进行了改善优化。由此可见，当前还需要切实做好预测滤波技术的分析与研究，切实发挥出预测滤波技术的价值和作用，包括在精密跟踪中的价值作用，在快速捕获中的价值和作用等。

（二）预测滤波技术的历史

统计滤波估计方法作为一种基础性方法，在包括当前工程技术领域、自然科学领域等多个方面均有着广泛地应用，是对信号数据信息进行处理的科学方法。其中，最早在1795年提出了最小二乘法。之后，最小二乘法也在不断影响了该理论的发展。不过，在该种方法实际应用中，并未针对观测数据的统计特征进行分析，并未针对被估参数统计特征进行分析。其优势在于操作工程中更加简单，这也使得该方法得到了广泛地应用。有关随机过程的估计，其是在上世纪三十年代才开始研究的，研究的根本性目的在于对火力控制系统中的精确跟踪问题进行处理，并在此前提下提出了平稳随机过程中的最优先行滤波理论。之后，线性系统理论数理统计知识二者之间不断结合整理，衍生出了一种最新的估计理论，该种估计理论面对随机信号，能够将其作为预测、平滑和滤波。不过，分析该理论技术也存在一些不足，如预测滤波技术的应用无法对计算方法进行直接给出等问题。

二、伺服控制系统以及伺服计算机分析

在伺服控制系统应用中，需要针对主控制台所发布的工作方式命令进行接收。之后，面对陀螺稳定平台，对其进行控制，以此来完成相关功能的实现。机载光电系统本身是一个十分庞大的工程，有着十分繁琐的内容和细节。其中，对伺服控制系统进行分析，在系统组成方面，在信号传递关系方面也伴随着较大的复杂性特点。

具体来看，在载机中，一般需要在机舱中对主控制台和伺服机箱进行安装，在舱外对陀螺稳定平台进行安装。在平台应用的过程中，可通过红外摄像系统与可见光电视，完成对外界图像数据信息的获取。之后，在机舱中的数字图像处理计算机中，对获取到的数据信息进行传送。再之后，通过对数字图像处理计算机的应用，便能够实现图像数据信息的有效处理，并在处理后获得红外和电视脱靶量。在此基础上，面向主控计算机，针对红外和电视脱靶量，采取串行通讯的方式进行传送，进而实现主控计算机下对脱靶量的有效存储。在主控计算机运行中，其速率一般为50帧，然后面向伺服控制系统，通过串行的方式完成数据信息的发送。其中，对每帧数据信息进行分析，所涉及内容包括但不限于工作方式命令内容、相应数据信息内容、帧头内容等。

三、陀螺稳定平台系统软件设计

在系统运行中，包括系统的功能、系统的控制算法等多个方面，均需要通过软件利用来实现。因此，这就需要做好软件设计，保证系统的良好性能。具体来看，在伺服控制中，对精简指令集进行了应用，并通过ARM处理器与LPC2292作为伺服控制计算机。之后，在程序设计中对高级语言进行应用，通过C语言使用提供程序开发中的语言支持。实践中，C语言的应用一方面具备高级语言的特点优势，另一方面也能够对更高质量的目标代码进行生成，并达到更高效率的程序执行效果，以及针对硬件方面进行直接操作。因此，在C语言技术应用中，便能够以函数作为程序的模块，从而对程序进行模块化处理。在人员对软件进行设计时，需要做好该特点的充分利用，需要针对其中某些功能进行编写处理，使其能够成为固定函数。如此一来，在主程序中仅仅需要对所需功能的函数进行调用便能够完成目标。同时，在这一过程中，也更加充分地实现了模块化程序设计优点的利用，在面对程序结构时可达到更加清晰的效果，在面对系统时，也能够对其进行更好地维护和调试处理。之后，通过对高级语言编程进行利用，同样能够对算法的潜力进行更深入、更便捷地挖掘。

具体来看，在软件系统中往往同时涉及这多个组成任务。因此，操作系统的应用需要对嵌入式的实时操作系统μC/OSⅡ进行选用。之后，在确定了μC/OSⅡ的基础前提下，便需要做好任务设计，以此来实现系统整体性能的优化。在对陀螺稳定平台系统软件进行设计的过程中，设计人员需要切实把握好当前所具备的真实硬件资源，然后结合资源的反馈，通过对软件进行合理应用完成对系统的控制，对数据信息的采集与处理，并能够对伺服控制进度进行提升。其中，对软件系统进行分析，其组成一般体现为两个方面。其一是μC/OSⅡ的操作系统方面，表示其中的核心代码软件。在此基础上，一方面是处理器无关的代码，另一方面是同处理器、用户移植存在关系的代码。其二是各个任务实现中的代码。在此基础上，针对各个传感器中所体现的数据信息进行采样处理，然后在完成了数据信息的采样处理后，在PWM中进行驱动电机输出。

结束语

综上所述，在稳定平台中对光电载荷进行安装，通过对陀螺稳定平台进行应用，更有利于对载机的振动进行有效隔离，更有利于对相对惯性空间稳定的平台空间进行获取。之后，结合主控计算机的控制指令完成驱动。在此基础上，便能够达到稳定空间和目标跟踪的效果。

参考文献：

[1] 高雨轩,侯远龙,高强等. 机载光电跟踪系统的自抗扰与快速非奇异终端滑模组合控制方法 [J]. 兵工学报, 2023, 44 (04): 1071-1085.

[2] 王晓迪,扈宏杰. 机载光电跟踪系统的模糊控制算法研究 [J]. 自动化与仪表, 2021, 36 (01): 24-27. 

[3] 常静,吴琼雁,任戈. 基于CLIPS的机载光电跟踪设备故障诊断专家系统研究 [J]. 计算机测量与控制, 2015, 23 (03): 749-751.