基于Simulink的光电经纬仪捕获过程仿真分析

0 引言

    光电经纬仪是高精度光电跟踪测量系统，广泛应用于飞行器精确定轨测量。跟踪测量的前提条件是完成对目标的初始捕获^［1］，而目标捕获的关键在于能否将捕获过程中系统位置误差幅值限制于相机视场范围内^［2-4］。 本文从捕获过程位置误差幅值控制的角度，建立光电经纬仪伺服系统 Simulink仿真模型，对捕获过程进行仿真，分析得到目标脱靶量生成时间和目标速度前馈信息生成时间对捕获过程位置误差及其峰值幅度的影响规律，并据 此给出了提高光电经纬仪目标初始捕获性能的基本途径。

1 目标捕获过程

    光电经纬仪伺服系统一般是带速度前馈^［5，6］的位置 － 速度 － 电流三环位置随动系统^［6-8］，如图1。θ 为伺服系统的跟随信号， θ为目标速度前馈信息。

    捕获阶段，目标进入视场，相机送出目标及背景图像信号，视频处理单元从图像信号检出目标，给出目标脱靶量。目标脱靶量与光电经纬仪指向位置合成目标位置信息 θ，控制算法对 θ 序列处理得到目标速度信息 θ^{［5，6，9］}。伺服系统按照 θ 和θ信息驱动跟踪机架跟随目标转动，完成目标的捕获并对目标实施跟踪测量。扫描搜索方式下目标脱靶量生成时间的经验计算式为T_E= 1. 5N /f，N 为视场划分块数，f 为图像帧频。目标速度信息 θ生成时间就是从目标首帧脱靶量到算出准确的目标速度前馈信息的时间。T_F的大小与 θ的处理算法及 f 有关，一般有 T_F= 10 / f。

2 数据仿真

    建立伺服系统 Simulink 仿真模型，就目标脱靶量生成时间 T_E和目标速度信息生成时间 T_F对捕获过程位置误差的影响进行仿真。

2． 1 目标脱靶量生成时间对捕获过程位置误差的影响

    模拟匀加速和匀速运动目标，分别输入位置信号 θ =0. 5t²和 θ = t，设目标速度前馈信息与目标脱靶量同时有效，则前馈速度信号为 θ= t 和 θ= 1。目标脱靶量生成时间 T_E取0． 0，0． 1，0． 2，0． 3，0． 4，仿真得到匀加速目标捕获过程位置误差曲线图 2( a) 和匀速运动目标捕获过程位置误差曲线图 2( b) 。

   由图 2 知，匀加速运动目标和匀速运动目标捕获过程中，目标脱靶量生成时间是位置误差的主要成因，位置误差的主体是脱靶量生成时间内目标位置的变化，其它影响因素与之相比可忽略不计。对加速度为 a 的匀加速运动目标，位置误差峰值 θ_error≈ 0. 5aT²_E，对 匀 速 运 动 目 标，位 置 误 差 峰值θ_error≈θT_E。