一种应用于机载红外辅助导航的Risley棱镜系统控制方法
【专利摘要】本发明提出一种应用于机载红外辅助导航的Risley棱镜系统控制方法，该方法以瞄准线指向矢量命令为输入量，利用基于非近轴矢量光线追迹法的反向精确解析算法，计算出能够准确实现瞄准线指向要求的棱镜各自旋转角度并作为控制模型输出量。该方法能够有效解决实际应用中瞄准线扫描轨迹连续,离散的各瞄准线指向矢量相应的棱镜旋转角度计算过程相互独立，从而造成的棱镜不断大幅度旋转的问题，提高了棱镜旋转的平稳性和效率。仿真及实施结果表明使用本发明中控制方法能够达到发明目的，具有瞄准线指向控制精确，棱镜旋转运动控制效果好等优点，同时作为软件控制算法，使用成本低，适用范围广。
【专利说明】
-种应用于机载红外辅助导航的R i SI ey棱镜系统控制方法
技术领域
[0001] 本发明属于机载红外辅助导航设备中瞄准线指向的伺服控制领域，主要设及一种 Risley棱镜系统的精确控制模型，具体为一种应用于机载红外辅助导航的化Sley棱镜系统 控制方法，保证棱镜连续、平滑、高效旋转。
【背景技术】
[0002] 机载红外辅助导航设备用于飞机在夜间或复杂气象条件下对飞行航线前方区域 进行扫描观察，实时形成清晰的地理图像供飞行员观察，能够提高飞行员对空地态势的感 知能力，提局飞机的夜视作战能力。
[0003] 目前许多机载红外辅助导航设备由传统的悬挂光电吊舱形式转变为与武器挂架 整体外形一体化形式，设备允许的体积空间极其有限，同时还要实现大范围扫描W及严格 的重量限制。传统瞄准线运动方案如整体稳定万向架式方案和双反射镜方案很难满足载动 静态性能、稳定性、体积、重量等设计指标的要求。
[0004] Risley棱镜又称为旋转双棱镜，由两块共轴相邻独立旋转的模形折射棱镜组成。 根据棱镜对入射光束的折射作用原理，通过控制两个棱镜的各自旋转角度，使得出射光束 的方位角度、俯仰角度连续变化，实现出射光束在W入射光束为轴的锥形范围内任意方向 变化，引导出射光束到达指定的位置，就可W实现瞄准线的扫描运动。旋转化Sley棱镜方案 具有控制灵活、机械运动平稳、振动噪声小、扫描效率高，结构紧凑等优点，已被广泛应用于 性能先进的机载光电产品中。
[0005] 寻求两个棱镜的旋转角度与出射光束指向位置之间的内在联系是Risley棱镜光 束指向系统实际应用面临的基本问题。由出射光束的指向计算两个棱镜各自的旋转角度， 是化Sley棱镜瞄准线运动方案应用研究的基础前提。传统方法采用一级近轴近似矢量中屯、 算法结合逆向推算求解该问题:将棱镜看作模角很小的光模，入射光束在棱镜主截面内偏 转角度恒定，仅取决于模角和折射率的大小。Risley棱镜对光束总的偏转角度就是两个棱 镜偏转角度的矢量和。该方法是近轴条件下的薄棱镜近似，仅适用于偏转角较小的Risley 棱镜系统，且求解精度不够。对于机载红外辅助导航设备中大角度范围光束转向的需求，需 要精确的Risley棱镜运动控制方法。采用非近轴矢量光线追迹法结合两步法可W求得该问 题的精确解析解。首先基于光线追迹法推导光束指向随Risley棱镜角度位置变化的解析关 系式;然后采用两步法:第一步保持一个棱镜不动，转动另一棱镜直至出射光束的偏转角到 达目标值，第二步保持两个棱镜的相对夹角不变，同时转动两个棱镜直至到达出射光束要 求指向。该算法为双棱镜系统的大角度偏转应用提供了理论基础和方法导引。
[0006] 中国专利《采用双光模实现的机载红外扫描观察装置》公开了一种采用双光模实 现瞄准线扫描的机载红外扫描观察装置，该发明通过旋转双光模使机载红外导航装置实现 了瞄准线扫描观察。该发明公开的双光模控制方法中有两方面尚待改进:第一，该发明未建 立双棱镜旋转控制模型，采用一级近轴近似算法求解双光模各自的旋转角度，求解精度不 够;第二，该发明棱镜运动过程中存在大角度旋转问题，影响瞄准线反应速度及双棱镜系统 的平稳性。
【发明内容】
[0007] 本发明针对现有技术中存在的双棱镜旋转控制模型不明晰、Risley棱镜光束指向 控制算法不精确等问题，利用基于非近轴矢量光线追迹法的反向精确解析算法，提出了能 够准确实现瞄准线指向控制的Risley棱镜系统旋转控制模型;针对实际应用中的棱镜不断 大幅度旋转问题，提供一种将离散的各瞄准线指向矢量命令的棱镜旋转角度计算过程由相 互独立转化为相互关联的控制方法，从而保证棱镜连续、平滑、高效旋转。
[0008] 本发明的技术方案为：
[0009] 所述一种应用于机载红外辅助导航的Risley棱镜系统控制方法，其特征在于:包 括W下步骤：
[0010] 步骤1:将机载红外辅助导航设备工作过程中的扫描轨迹指令离散化为若干瞄准 线指向矢量（81，01)，1 = 1，2,3...，其中51，01分别表示瞄准线指向的方位角度和俯仰角 度，-V2<Si<V2，-V2<0i<V2;并按照下面公式对瞄准线指向矢量（Si，0i)，i = l，2， 3...进行矢量变换，得到转换后的瞄准线指向矢量（〇i, 0i)，i = l，2,3...:
[0011]
[0012]
[0013] 步骤2:对于步骤1中得到的每一个转换后的瞄准线指向矢量，通过W下步骤得到 对应的Risley棱镜对中两个棱镜的旋转角度;其中对应于第i个转换后的瞄准线指向矢量 (O i，0 i)，得到的化S1 ey棱镜对中入射棱镜和出射棱镜的旋转角度依次为01, i，02, i:
[0014] 步骤2.1:根据第i个转换后的瞄准线指向矢量（(61,01)，利用公式
[0015]
012，i二目ll，i+| A 0 I i
[0017
[0018
[0019
[0020J 订昇恃判俩化瞄化巧巧问巧巧护」校说胞巧用度果甘：101,i j = 1011,i+ZZ3i j，叫2,i} ={012,i+2Z3i}，其中Z为整数集，ni和ri2依次为Risley棱镜对中入射棱镜和出射棱镜的折射 系数，Qi和依次为化S1 ey棱镜对中入射棱镜和出射棱镜的顶角；
[0021] 步骤2.2:在步骤2.1中得到的满足瞄准线指向要求的棱镜旋转角度集合中，按照 两个棱镜的实时状态eprel，0pre2，W棱镜所需转动幅度Cl,i和拉1最小为要求，得到最终两个 棱镜的旋转角度为：
[0022]
[0023]
[0024]
[0025] W最终得到的两个棱镜的旋转角度作为控制量，驱动相应驱动装置带动两个棱镜 旋转，实现瞄准线正确指向。
[00%]所述一种应用于机载红外辅助导航的Risley棱镜系统控制方法，其特征在于:包 括W下步骤：
[0027]步骤1:将机载红外辅助导航设备工作过程中的扫描轨迹指令离散化为若干瞄准 线指向矢量（81，01)，1 = 1，2,3...，其中51，01分别表示瞄准线指向的方位角度和俯仰角 度，-V2<Si<V2，-V2<0i<V2;并按照下面公式对瞄准线指向矢量（Si，0i)，i = l，2， 3...进行矢量变换，得到转换后的瞄准线指向矢量（〇i, 0i)，i = l，2,3...:
[002引
[0029]
[0030] 步骤2:对于步骤I中得到的每一个转换后的瞄准线指向矢量，通过W下步骤得到 对应的Risley棱镜对中两个棱镜的旋转角度;其中对应于第i个转换后的瞄准线指向矢量 (O i，0 i)，得到的化S1 ey棱镜对中入射棱镜和出射棱镜的旋转角度依次为目1, i，目2, i:
[0031 ]步骤2.1:根据第i个转换后的瞄准线指向矢量（〇1，0 1)，利用公式
[0032；
[0033；
[0034；
[0035；
[0036；
[0037] 计算得到满足瞄准线指向要求的棱镜旋转角度集合：{01,i} = {021,i+2ZW，{02,i} ={ 022,i+2Z3i}，其中Z为整数集，ni和ri2依次为Risley棱镜对中入射棱镜和出射棱镜的折射 系数，Qi和〇2依次为化Sley棱镜对中入射棱镜和出射棱镜的顶角；
[0038] 步骤2.2:在步骤2.1中得到的满足瞄准线指向要求的棱镜旋转角度集合中，按照 两个棱镜的实时状态eprel，0pre2，W棱镜所需转动幅度Cl,i和拉1最小为要求，得到最终两个 棱镜的旋转角度为：
[0039]
[0040] 其中
[0041]
[0042] W最终得到的两个棱镜的旋转角度作为控制量，驱动相应驱动装置带动两个棱镜 旋转，实现瞄准线正确指向。
[0043] 有益效果
[0044] 本发明的有益效果体现在W下几个方面：
[0045] ( - )本发明建立了双棱镜旋转控制模型，该模型W机载红外辅助导航设备瞄准线 指向矢量为输入量，W双棱镜各自旋转角度为输出量，利用基于非近轴矢量光线追迹法的 反向解析算法精确解析瞄准线控制问题，解决了现有基于双棱镜系统的机载红外辅助导航 装置中由于采用近似算法导致瞄准线指向误差较大的问题。
[0046] (二)本发明提出了双棱镜连续平滑旋转控制方法，将独立的棱镜旋转角度计算过 程联系起来，扩大棱镜旋转角度取值范围，参考当前棱镜旋转角度，W两棱镜所需运动幅度 最小为标准对多组棱镜旋转角计算结果取值，因此该控制方法能够有效消除传统控制算法 导致的棱镜大幅度运动现象，最大程度上保证了双棱镜运动控制的平稳性及精确性。
【附图说明】
[0047] 图1是瞄准线指向空间矢量转换示意图。
[004引图2是双棱镜系统示意图。
[0049] 图3是双棱镜控制模型步骤图。
[0050] 图4是瞄准线菱形扫描轨迹示意图。
[0051 ]图5是实现菱形扫描轨迹双棱镜旋转角度变化示意图。
[0052] 图6是两棱镜旋转角度变化示意图1(应用双棱镜平滑旋转控制方法前）。
[0053] 图7是两棱镜旋转角度变化示意图2(应用双棱镜平滑旋转控制方法后）。
【具体实施方式】
[0054] 下面结合瞄准线指向扫描仿真实例及相应附图对本发明作进一步的详述。
[0055] 首先叙述本发明的基本原理：
[0056] 一、Risl巧棱镜系统反向精确解析算法
[0057] Risley棱镜系统对入射光线产生偏折从而改变光的传播方向，机载红外辅助导航 设备利用双棱镜的相对旋转，引导出射光束到达预先设定的指向，通过反向精确解析计算 实现瞄准线指向所需的双棱镜旋转角度，实现瞄准线的扫描运动。
[005引1)瞄准线指向矢量变换
[0059]在机载红外辅助导航设备工作过程中，瞄准线指向不断移动形成连续的扫描轨 迹。离散化该扫描轨迹为一系列瞄准线指向矢量（Si, 01)，i = l，2,3...，作为本发明中 Risl巧棱镜系统旋转控制模型的输入量，其中Si(-V2<Si<V2)，0i(-V2<ei<V2)分别 表示瞄准线指向的方位角度和俯仰角度。
[0060] 建立如图I所示的瞄准线指向空间坐标系
为瞄准线指向矢量，为便 于利用非近轴光线追迹法中的Sne 11定理计算，将瞄准线指向矢量转换表示为
，其中偏转角O (〇< O < V2)为瞄准线与Z轴逆方向夹角，旋转角0 (0《0 < 231)为瞄准线指向矢量在Z轴垂直面上的投影逆时针旋转的角度。
[0061] 当瞄准线指向第一象限即8>0且0>〇时：
[0062；
[0063；
[0064；[0065] C>=arctan{tan0/sin[arctan(tan0/tan5)]}[0066] 将瞄准线指向矢量转换推广到整个平面有：
[0067]
[006引
[0069] 2)基于非近轴光线追迹法的Risley棱镜系统反向精确解析算法
[0070] 建立如图2所示的双棱镜坐标系，棱镜n 1和棱镜n 2的折射系数分别为ni和ri2，棱 镜顶角分别为Ql和〇2。01，02分别表示棱镜和棱镜n 2的旋转角度，入射光束
沿Z轴逆方向入射，则棱镜n 1的左界面法线矢量可表示为：
[0071]
[0072] 对棱镜IIi应用空间矢量形式的Snell定理，入射光线在棱镜左界面发生折射，折 射光线矢量为：
[0073]
[0074] 由于两个棱镜之间的空气层左右界面平行，入射光束在棱镜Hi中与ri2中的传播 方向不变，因此可忽略其中的两次折射过程。从棱镜口2右界面入射的光线矢量可W看作：
[0075]
[0076] 棱镜n 2右界面的法线矢量可表示为：
[0077]
[0078] 再次应用Snell定理进行折射计算，得到棱镜ri2右界面的折射光线矢量为：
[0079]
[0080] 将",、V;表达式代入表达式可得出射光束4的方向余弦向量化，L，M)，其中：
[0081]
[0082]
[0083]
[0084] 其中由于双棱镜旋转角度目1和目2,折射系数m和m，顶角日1和日2均已知，可推出偏转
角巫与倫柱值媒功1击.
[0085]
[0086]
[0087]由上式知，偏转角O-旦确定，双棱镜旋转角度之差I A目I也随之确定，且：
[008引
[0089] 本发明中，瞄准线指向矢量（O，0 )为已知量，根据偏转角O求出I A 0 I，进而采用 两步法求解两棱镜旋转角度01和02:第一步，保持一个棱镜不动，旋转另一棱镜直至两个棱 镜旋转角度之差为I A 0 I，此时瞄准线指向矢量由（0，〇)变为（O，0 '），0 '可由正向算法计 算得出。第二步，保持I A0|不变，将两棱镜同时旋转p=0-0 '，使瞄准线指向达到目标指 向。
[0090] 对于同一瞄准线指向，该方法可求得两套解：
[00川
对应I A目| =02-目1，即在第一步中保持棱镜IIi不 动；
[0092]或；
[oow]
，对应I A 0| =01-02,即在第一步中保持棱镜ri2不动。
[0094]二、Risley棱镜平滑旋转控制方法及旋转控制模型
[00M]在上述双棱镜反向解析计算过程中，瞄准线指向矢量的旋转角0的值域为[0,2 n)，双棱镜旋转角度0的值域为(-2n，2n)。在机载红外辅助导航设备工作时，通常会接收连 续的扫描轨迹指令(如对战场进行连续逆时针螺旋轨迹扫描），从而旋转角0会在X正半轴 即如处发生跳跃现象。同时，当切换观察多个特定区域时，瞄准线指向要求突变，也会造成 旋转角0跳跃。
[0096] 由于双棱镜反向解析计算过程相互独立，上述的两种跳跃现象会导致双棱镜旋转 角度e作为计算结果也会发生跳跃，运种现象会导致双棱镜在执行旋转命令时大幅度运动， 降低导航设备的稳定精度和跟踪精度，降低瞄准线反应速度。
[0097] 为解决上述问题，保证双棱镜能够平滑、连续、高效地旋转，本发明设计了双棱镜 平滑旋转控制方法，下面对于两套解均做描述：
[0098] (1)将瞄准线指向矢量的旋转角0及双棱镜旋转角度e的值域均扩大到(--，-)， 运样每个瞄准线指向（s，e)均对应多组满足条件的棱镜旋转角度，即
[0099]
，其中Z表示整数集；
[0100] (2)参考上一瞄准线指向对应的双棱镜旋转角度目prel和目pre2, W当前棱镜所需转动 幅度Cl= I目广目prel I和12= I目2-目pre2 I最小为标准，对旋转角度进行取值作为最终计算结果。
[0101] 上述方法将扫描轨迹离散化后的各瞄准线指向相应的独立计算过程相互关联起 来，形成具有"累积效应"的旋转角度取值过程。结合该方法，联立双棱镜反向解析算法各等 式，本发明建立Risley棱镜系统旋转控制模型，如图3所示：
[0102] 步骤1:将机载红外辅助导航设备工作过程中的扫描轨迹指令离散化为若干瞄准 线指向矢量(81，权）4 = 1，2,3...作为输入量，其中51(-31/2<51<31/2)，01(-31/2<权<31/2) 分别表示瞄准线指向的方位角度和俯仰角度;并按照下面公式对瞄准线指向矢量(Si,01)，i = 1,2,3...进行矢量变换，得到转换后的瞄准线指向矢量（〇i, 0i)，i = 1,2,3.:
[0105] 步骤2:对于步骤1中得到的每一个转换后的瞄准线指向矢量，通过W下步骤得到 对应的Risley棱镜对中两个棱镜的旋转角度;其中对应于第i个转换后的瞄准线指向矢量
[0103] 1 (? i，0 i)，得到的化SIey棱镜对中入射棱镜和出射棱镜的旋转角度依次为01, i，02, i:
[0106] 采用第一套解：
[0107] 步骤2.1:根据第i个转换后的瞄准线指向矢量（(61,01)，利用公式
[0108；
[0109；
[0110：
[0111：
[0112：
[0113] 计算得到满足瞄准线指向要求的棱镜旋转角度集合：{01,i} = {011,i+2ZW，{02,i} ={012,i+2Z3i}，其中Z为整数集，ni和ri2依次为Risley棱镜对中入射棱镜和出射棱镜的折射 系数，Qi和依次为化S1 ey棱镜对中入射棱镜和出射棱镜的顶角；
[0114] 步骤2.2:在步骤2.1中得到的满足瞄准线指向要求的棱镜旋转角度集合中，按照 两个棱镜的实时状态eprel，0pre2，W棱镜所需转动幅度Cl,i和拉1最小为要求，得到最终两个 棱镜的旋转角度为：
[0115]
[0116]
[0117]
[0118] W最终得到的两个棱镜的旋转角度作为控制量，驱动相应驱动装置带动两个棱镜 旋转，实现瞄准线正确指向。
[0119] 采用第二套解：
[0121
[0120]步骤2.1:根据第i个转换后的瞄准线指向矢量（(61,01)，利用公式
[0122
[0123
[0124
[0125
[0126] 计算得到满足瞄准线指向要求的棱镜旋转角度集合：{01,i} = {021,i+2ZW，{02,i} ={ 022,i+2Z3i}，其中Z为整数集，ni和ri2依次为Risley棱镜对中入射棱镜和出射棱镜的折射 系数，Qi和依次为化S1 ey棱镜对中入射棱镜和出射棱镜的顶角；
[0127] 步骤2.2:在步骤2.1中得到的满足瞄准线指向要求的棱镜旋转角度集合中，按照 两个棱镜的实时状态eprel，0pre2，W棱镜所需转动幅度Cl,i和拉1最小为要求，得到最终两个 棱镜的旋转角度为：
[012 引
[0129]
[0130]
[0131] W最终得到的两个棱镜的旋转角度作为控制量，驱动相应驱动装置带动两个棱镜 旋转，实现瞄准线正确指向。
[0132] 本仿真实例中取棱镜折射率为m = n2 = 4,棱镜顶角为ai = a2 = 3.1°=0.0541rad。
[0133] 1)设计合理的扫描轨迹
[0134] 为设计合理的扫描轨迹，需要求解Risley棱镜系统的最大扫描范围，并将瞄准线 扫描轨迹约束在该扫描范围内。显然，光束经双棱镜折射后的偏转范围是W棱镜旋转轴为 对称轴，W 2 O max为顶角的圆锥，其中O max为Ri S 1 ey棱镜系统的最大偏转角。令两棱镜旋转 角度01 = 0,02 = 0,此时光束偏转程度最大。入射光束=(〇,〇, _-。逆2轴方向入射，经两棱 镜折射后，其方向余弦向量为化，L，M)，则有：
[0140] 因此设计本次仿真实例中扫描轨迹为图4中的菱形扫描轨迹，起点为(5 = -0.33,0 = 0)，扫描方向为顺时针，其方程形式为：
[0135]
[0136]
[0137]
[013 引
[0139]
[0141]
[0142] 2)万巧买施渝巧
[0143] 下面结合图3说明算法实施步骤：
[0144] 第一步:将菱形扫描轨迹均匀地离散化为N=400个瞄准线指向矢量促，拉)，i = l，2,...， N。为描述算法实施细节，本发明取第202个瞄准线指向矢量=(、馬。=(U2W，A。= -0.0033) 为例进行计算演示。此时满足第201个瞄准线指向矢量(8201 = 0.33,0201 = 0)的两棱镜当前 旋转角度为fWi = -3.2881，目pre2 = -2.9977。对f进行矢量转换： 、户 、
[0145]
[0146]
[0147] 第二步:经过双棱镜反向解析算法计算得出两棱镜旋转角度并扩大取值范围：01 = 011+2231,02 = 012+2231
[014引 巧中；
[0154] 作为棱镜系统固有参数，ai = -0.1623，日2 = -3.9967保持不变
[0149]
[0150]
[0151]
[0152]
[0153]
[0155]
[0160] 012= I A 目 I+目 11 = 0.399化2.9305 = 3.3297[0161] 第=步:当前棱镜满足瞄准线方向要求的最小旋转幅度为：[0162] minai)=min{| 目11+2ZJI-目preil } = I 目11+2Z巧-目preil =0.0614[0163] mina2)=min{| 目12+2Z3T-目pre2| } = I 目12+2Z23T-目pre2| =0.0474[0164] 此时幻=-1 ,Z2 = -1，得出；
[0156]
[0157]
[015 引
[0159]
[01 化]
[0166] 类似地，其它离散的各扫描轨迹点也可求得相应的双棱镜旋转角，控制模型输出 旋转角度控制相应电机运动，带动两棱镜旋转W实现瞄准线指向正确移动，进而实现本仿 真算例中的菱形扫描轨迹。
[0167] 3)计算结果分析及算法有效性说明
[0168] 图5为本发明仿真算例中实现菱形扫描轨迹的双棱镜旋转角度变化图。图中随着 瞄准线指向的顺时针旋转，两棱镜的旋转角度随箭头不断变化，四段弧线表示棱形扫描轨 迹四个边相应的棱镜旋转角度变化，其趋势平滑连续。
[0169] 图6为使用棱镜连续平滑旋转控制方法前两棱镜旋转角度随瞄准线指向方位角的 变化趋势：当瞄准线指向由菱形扫描轨迹的第一象限部分过渡到第二象限部分时，两棱镜 旋转角均出现幅度为化的跳跃。
[0170] 图7为使用棱镜连续平滑旋转控制方法后两棱镜旋转角度随瞄准线指向方位角的 变化趋势，由图可W明显看出，该趋势平滑连续，传统控制算法导致的棱镜大幅度运动现象 消失，双棱镜旋转的平稳性得到了明显改善。
[0171]从实施算例效果可知，本发明设计的双棱镜连续平滑旋转控制方法和基于非近轴 矢量光线追迹法实现瞄准线精确指向的双棱镜旋转控制模型能够有效地消除传统控制算 法导致的棱镜大幅度运动现象，最大程度上保证了双棱镜运动控制的平稳性及精确性，同 时解决了现有控制算法存在的求解不精确的问题。
【主权项】
1. 一种应用于机载红外辅助导航的Risley棱镜系统控制方法，其特征在于:包括以下 步骤： 步骤1:将机载红外辅助导航设备工作过程中的扫描轨迹指令离散化为若干瞄准线指 向矢量(心，以）4 = 1，2,3...，其中31及分别表示瞄准线指向的方位角度和俯仰角度，-31/2 <δ?<:π/2，-：π/2<^<：π/2 ;并按照下面公式对目苗准线指向矢量(3i，0i)，i = l ,2,3...进行 矢量变换，得到转换后的目苗准线指向矢量（Φ?, ?i)，i = l，2,3...:步骤2:对于步骤1中得到的每一个转换后的瞄准线指向矢量，通过以下步骤得到对应 的Risley棱镜对中两个棱镜的旋转角度;其中对应于第i个转换后的瞄准线指向矢量（?i， Θ i)，得到的Risley棱镜对中入射棱镜和出射棱镜的旋转角度依次为θ1;i，θ2,i: 步骤2.1:根据第i个转换后的瞄准线指向矢量（Φi，Θ 〇，利用公式计算得到满足目苗准线指向要求的棱镜旋转角度集合：{0i,i} = {θη,；?+2Ζ：π}，{02,i}= {012,i+2Z3i}，其中Z为整数集，n#Pn2依次为Risley棱镜对中入射棱镜和出射棱镜的折射系 数，α#Ρα 2依次为Ri s 1 ey棱镜对中入射棱镜和出射棱镜的顶角； 步骤2.2:在步骤2.1中得到的满足瞄准线指向要求的棱镜旋转角度集合中，按照两个 棱镜的实时状态ΘΡμ1，Θρμ，以棱镜所需转动幅度和|2,i最小为要求，得到最终两个棱镜 的旋转角度为：以最终得到的两个棱镜的旋转角度作为控制量，驱动相应驱动装置带动两个棱镜旋 转，实现瞄准线正确指向。2.-种应用于机载红外辅助导航的Risley棱镜系统控制方法，其特征在于:包括以下 步骤： 步骤1:将机载红外辅助导航设备工作过程中的扫描轨迹指令离散化为若干瞄准线指 向矢量(心，以）4 = 1，2,3...，其中31及分别表示瞄准线指向的方位角度和俯仰角度，-31/2 <δ?<:π/2，-：π/2<^<：π/2 ;并按照下面公式对目苗准线指向矢量(3i，0i)，i = l ,2,3...进行 矢量变换，得到转换后的目苗准线指向矢量（Φ?, ?i)，i = l，2,3...:步骤2:对于步骤1中得到的每一个转换后的瞄准线指向矢量，通过以下步骤得到对应 的Risley棱镜对中两个棱镜的旋转角度;其中对应于第i个转换后的瞄准线指向矢量（?i， Θ i)，得到的Risley棱镜对中入射棱镜和出射棱镜的旋转角度依次为θ1;i，θ2,i: 步骤2.1:根据第i个转换后的瞄准线指向矢量（Φi，Θ 〇，利用公式计算得到满足目苗准线指向要求的棱镜旋转角度集合：{0i,i} = {θ21,；?+2Ζ：π}，{02>i}= {022>i+2Z3T}，其中Z为整数集，n#Pn2依次为Risley棱镜对中入射棱镜和出射棱镜的折射系 数，α#Ρα 2依次为Ri s 1 ey棱镜对中入射棱镜和出射棱镜的顶角； 步骤2.2:在步骤2.1中得到的满足瞄准线指向要求的棱镜旋转角度集合中，按照两个 棱镜的实时状·Θρμ1，Θρμ2,以棱镜所需转动幅度ξ1;1和ξ 2>1最小为要求，得到最终两个棱镜 的旋转角度为：以最终得到的两个棱镜的旋转角度作为控制量，驱动相应驱动装置带动两个棱镜旋 转，实现瞄准线正确指向。
【文档编号】G02B26/08GK105955281SQ201610268635
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月27日
【发明人】王宏浩, 贠平平, 陶忠, 韩梅, 舒营恩, 别勇军, 卢晓敏, 张晶
【申请人】西安应用光学研究所