经纬仪伺服系统快速捕获方法研究

　　1 引 言

　　随着靶场测试目标速度的提高和设备自动化程度的发展， 跟踪目标速度越来越高， 产生了较大的角速度、 角加速度和更大的加加速度 ， 快速目标使动态跟踪误差急剧增大　，这就对光电经纬仪的跟踪伺服系统快速性和捕获目标的能力要求越来越高。特别在经纬仪静止目标穿越视场时， 目标相对于经纬仪的速度和加速度很大， 由于传感器视场有限，尤其是对应没有大视场传感器的情况下， 目标在视场中停留时间很短， 所以发现目标后， 要求经纬仪跟踪系统快速做出反应，快速过渡到稳定跟踪目标状态，这个由发现目标到转入稳定跟踪的过渡过程称为捕获跟踪[1]。捕获跟踪是光电经纬仪进行跟踪测量的前提， 捕获跟踪的过渡过程时间越短越好。

　　2 捕获跟踪问题分析

　　按照光电经纬仪捕获跟踪自动化程度， 可分为自动捕获跟踪和半自动捕获跟踪。

　　自动捕获跟踪是光电经纬仪发现目标后伺服系统启动自动跟踪完成对目标的锁定和跟踪， 整个过程没有人的参与。 半自动捕获跟踪是在一般人的参　与下实现的。 操作手在发现目标后， 根据目标在视场中的位置选择合理的时机启动伺服系统对目标进行跟踪。由于人反应时间的延迟和动作的滞后， 半自动捕获的能力远远小于自动捕获的能力。 随着靶场测试目标运动速度的加快， 穿过视场的时间很短。 如何减少捕获时间、 提高系统快速自动捕获跟踪能力是对捕获系统的主要技术要求。

　　从伺服控制原理的角度来看， 捕获跟踪过程是一个动态响应过程， 系统的动态性能直接决定了系统的捕获跟踪能力。这是因为电视视场有限， 运动目标穿过时， 在视场内成像的时间很短， 如果系统的动态性能不好，很容易因为超调或振荡的原因导致目标逸出视场，捕获跟踪失败。所以在传感器视场一定的情况下， 系统的动态性能决定了经纬仪的　　快速捕获跟踪能力。

　　伺服系统的动态性能在时域上主要表现在上升时间 超调量上。 上升时间越短， 超调量越小 ， 系统的动态性能越好。 在频域上主要由频带宽度、 相位裕度等决定。设计的伺服系统带宽越快， 系统的响应越快， 动态性能越好。

　　由式 (1) 可以看出， 系统相位稳定裕度越大， 超调量越小。　超调量小意味着捕获跟踪时不会因为系统的超调过大目标出视场， 导致跟踪失败。 分析式(2)　得出系统的开环剪切频率ωc越高， 稳定裕度 γ 越大， 系统的调整时间越短， 捕获跟踪的速度越快。但是， 电视跟踪伺服系统是一个离散采样控制系统， 传感器曝光时间、 脱靶量计算和传输时间都给伺服系统带来了严重的滞后， 降低了系统的稳定裕度， 限制了系统开环剪切频率增加[2]。 采样控制系统开环剪切频率ωc应满足下式要求：