一种光电跟踪仪自动跟踪状态下的单杆补偿方法
【专利摘要】本发明提供一种光电跟踪仪自动跟踪状态下的单杆补偿方法，首先采集单杆数据X0；其次X0进行死区处理，输出X1；再对X1进行归一化处理，输出X2；对X2进行一阶低通滤波处理，输出X3；对X3进行二次函数运算，输出X4；对X4进行限幅处理，输出X5；将图像处理系统运算后的误差e加上综合补偿数据X5得到综合误差信号err，并将err加入伺服系统位置环校正环节进行补偿。本发明通过单杆完成对跟踪误差的补偿或者对光轴指向的偏移，从而提高光电跟踪仪的跟踪精度或者指向需要的瞄准点。
【专利说明】一种光电跟踪仪自动跟踪状态下的单杆补偿方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于自动控制领域，主要涉及一种自动跟踪状态下的单杆补偿方法，尤其 涉及一种光电跟踪仪在自动跟踪状态下，存在一定跟踪误差需要补偿或者在自动跟踪的状 态下需要使光轴指向偏离跟踪点的操作方法。
【背景技术】
[0002] 光电跟踪仪是一种借助光电探测器（电视、红外、激光器等），经信号处理，由伺 服系统驱动转台使设备光轴指向被探测目标的光机电一体化设备，大都具有自动跟踪和手 动跟踪功能，自动跟踪是指光电跟踪仪伺服系统采用图像处理系统输出的目指偏差闭环驱 动光轴指向目标的过程，而手动跟踪是指操纵手利用单杆设备操作转台运动指向目标的过 程。所以光电跟踪仪操纵台上具有单杆设备（简称单杆），给操纵手提供了在手动状态下， 进行设备光轴的调整的功能，完成目标的手动搜索、跟踪。该方法单杆调整量的叠加位置 为光电跟踪仪伺服系统速度环路的入口，其位置环路在单杆操作时处于无效状态（见附图 1)，对相对快速运动的目标无法进行瞄准，如果在自动跟踪状态下使用该方法，受自动跟踪 状态下速度环外层位置闭环的作用，该补偿量不仅难以做到1 :1补偿，而且该补偿量将被 位置环路抵消掉，使补偿失效，除非所加补偿量能跟随目标输入速度，但实际中操纵手在探 测器上观察到的是位置偏差，而不是速度变化，该法不可取，且未见相关报道。光电跟踪仪 在目标的跟踪过程中，为了提高跟踪精度，会采用II型系统，II型系统对静态目标、匀速目 标理论上都是无差跟踪，对匀加速目标会存在相对稳定的滞后误差，对该误差进行补偿可 进一步提高系统性能，直观的补偿方法是：偏移图像处理系统的解算中心点，此法理论上是 可行的，在实际工程中首先需要增加与图像处理系统的单杆数据接口，同时增加了图像处 理系统的运算量；其次目标跟踪过程是一个实时动态过程，执行动作的是伺服系统，图像处 理系统对该过程的理解不同于伺服系统，采用该方法将增加实施的复杂度；另外伺服系统 的运算周期远高于图像处理系统的运算周期，从实时性角度考虑，该方法不是最优的，且未 见公开报道。本发明公布的方法是利用伺服系统基本环路特性，通过单杆补偿光电跟踪仪 自动跟踪状态下的跟踪误差或者在自动跟踪状态下偏移光轴指向，该方法充分利用了传统 单杆功能的数据接口，并不影响图像处理系统对目标的处理，且能保证实时性最高。
[0003] 目前，国内外公开的文章、资料、专利对本发明要描述的在自动跟踪状态下的单杆 补偿方法未见相关报道。
【发明内容】
[0004] 要解决的技术问题
[0005] 本发明要解决的技术问题是，提供一种光电跟踪仪自动跟踪状态下的单杆补偿方 法，以便在光电跟踪仪处于自动跟踪状态下，通过单杆完成对跟踪误差的补偿或者对光轴 指向的偏移，从而提1?光电跟踪仪的跟踪精度或者指向需要的猫准点。
[0006] 本发明的技术方案为：
[0007] 所述一种光电跟踪仪自动跟踪状态下的单杆补偿方法，其特征在于：对光电跟踪 仪单杆在方位和俯仰两个通道均采用以下步骤进行补偿：
[0008] 步骤1 :采集单杆数据X。；
[0009] 步骤2 :对步骤1采集的单杆数据X。进行死区处理，输出Xi ;
[0010] 步骤3 :对Xi进行归一化处理，输出X2 ;
[0011] 步骤4 :判断设备是否处于自动跟踪状态，如"是"则执行步骤5,如"否"则执行其 他操纵；
[0012] 步骤5 :对X2进行一阶低通滤波处理，输出X3 ;
[0013] 步骤6 :对X3进行二次函数运算，输出X4 ;
[0014] 步骤7 :对X4进行限幅处理，输出X5 ;
[0015] 步骤8 :将图像处理系统运算后的误差e加上步骤7处理后的综合补偿数据X5得 到综合误差信号err，并将err加入伺服系统位置环校正环节进行补偿；
[0016] 步骤9 :等待下一个采样时刻，如果采样时刻到，则返回步骤1，否则继续等待。
[0017] 进一步的优选方案，所述一种光电跟踪仪自动跟踪状态下的单杆补偿方法，其特 征在于：步骤2中死区处理过程为：判断采样单杆数据\的绝对值是否小于ξ，若小于ξ， 则输出单杆数据&为〇,若大于ξ，则判断采样单杆数据Χ〇是正数还是负数，若为正数，则 输出单杆数据&为\减ξ，若为负数，则输出单杆数据&为\加 ξ ;ξ为单杆死区门限 值。
[0018] 进一步的优选方案，所述一种光电跟踪仪自动跟踪状态下的单杆补偿方法，其特 征在于：单杆死区门限值取不对单杆进行操纵的状态下，单杆数据\绝对值的最大值。
[0019] 进一步的优选方案，所述一种光电跟踪仪自动跟踪状态下的单杆补偿方法，其 特征在于：步骤3中归一化处理过程为将Xi乘以归一化系数k得到Χ 2 ;归一化系数k为
【权利要求】
1. 一种光电跟踪仪自动跟踪状态下的单杆补偿方法，其特征在于：对光电跟踪仪单杆 在方位和俯仰两个通道均采用以下步骤进行补偿： 步骤1:采集单杆数据χ〇; 步骤2 :对步骤1采集的单杆数据\进行死区处理，输出Xi ; 步骤3 :对Xi进行归一化处理，输出X2 ; 步骤4 :判断设备是否处于自动跟踪状态，如"是"则执行步骤5,如"否"则执行其他操 纵； 步骤5 :对X2进行一阶低通滤波处理，输出X3 ; 步骤6 :对X3进行二次函数运算，输出X4 ; 步骤7 :对X4进行限幅处理，输出X5 ; 步骤8 :将图像处理系统运算后的误差e加上步骤7处理后的综合补偿数据X5得到综 合误差信号err，并将err加入伺服系统位置环校正环节进行补偿； 步骤9 :等待下一个采样时刻，如果采样时刻到，则返回步骤1，否则继续等待。
2. 根据权利要求1所述一种光电跟踪仪自动跟踪状态下的单杆补偿方法，其特征在 于：步骤2中死区处理过程为：判断采样单杆数据\的绝对值是否小于ξ，若小于ξ，则输 出单杆数据&为〇,若大于ξ，则判断采样单杆数据Χ〇是正数还是负数，若为正数，则输出 单杆数据&为\减ξ，若为负数，则输出单杆数据&为\加 ξ ;ξ为单杆死区门限值。
3. 根据权利要求2所述一种光电跟踪仪自动跟踪状态下的单杆补偿方法，其特征在 于：单杆死区门限值取不对单杆进行操纵的状态下，单杆数据\绝对值的最大值。
4. 根据权利要求1所述一种光电跟踪仪自动跟踪状态下的单杆补偿方法，其特征在 于：步骤3中归一化处理过程为将\乘以归一化系数k得到Χ2 ;归一化系数k为
为将单杆向通道补偿方向推至最大位置后，所采集的单杆数据的绝对值的最大值。
5. 根据权利要求1所述一种光电跟踪仪自动跟踪状态下的单杆补偿方法，其特征在 于：步骤5中一阶低通滤波带宽为2Hz。
6. 根据权利要求1所述一种光电跟踪仪自动跟踪状态下的单杆补偿方法，其特征在 于：步骤6中二次函数运算为：如果Xi为正，则X 4 = X32,如果Xi为负，则X4 = -X32。
7. 根据权利要求1所述一种光电跟踪仪自动跟踪状态下的单杆补偿方法，其特征 在于：步骤7中限幅处理过程为：取Χ5= λ XX4;其中λ为跟踪通道补偿限位值，取
Θ为在图像处理系统稳定捕获目标条件下，其能够承受的光电跟踪仪位 置最大阶跃幅值，κ为系统稳定跟踪目标后的最大滞后误差。
【文档编号】G05D3/12GK104111662SQ201410255559
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年6月10日 优先权日:2014年6月10日
【发明者】刘小强, 寿少峻, 陆培国, 邢军智, 柳井莉, 任高辉, 宋晓明, 任元斌, 柳秋兴, 丁昨凯 申请人:西安应用光学研究所