应用跟踪误差等效模型评价光电经纬仪跟踪性能

　　1　引　言

　　目前室内检测光电经纬仪电视、红外跟踪伺服系统性能的方法主要有光学动态靶标检测和等效正弦引导检测两种[1]。动态靶标检测并不能有效评价光电经纬仪的跟踪性能,其原因主要是动态靶标只能提供一个近似正弦的运动目标而非标准正弦,目标运动的高阶导数过大;根据经典控制理论中的动态误差系数法,过大的高阶导数会使跟踪误差无法真实体现光电经纬仪的跟踪性能。由于无法准确获取光电经纬仪跟踪系统的传递函数,动态误差法仅可用于理论分析,而不能对过大的跟踪误差进行量化计算和修正。等效正弦检测法因没有相应的光学目标检测装置而只能通过被检设备的计算机引导完成,亦不能直接检测电视跟踪系统的跟踪性能[2]。所以,目前的检测手段尚不能很好地完成对光电经纬仪跟踪性能的评价。

　　准确建立光电经纬仪跟踪伺服系统的传递函数模型,可以设计合理的输入信号(如等效正弦信号)得到等效的跟踪误差,从而间接地完成系统跟踪性能的评价。但是光电经纬仪的光学系统,包括CCD传感器以及跟踪架结构等难以用准确的数学模型表述,由于存在大气抖动、摩擦、传感器滞后等噪声干扰,使得建立一个准确、有效的光电经纬仪跟踪伺服系统数学模型很困难。

　　系统辨识是现代控制理论的一个重要分支,其理论基础是一个系统的动态特性必然表现在系统的输入输出数据之中,因此可以利用输入输出数据所提供的信息来建立系统的数学模型。系统辨识采用测试法建立系统数学模型,主要利用系统的大量输入输出信息,不需要分析系统各部分的机理和结构。

　　本文根据系统辨识理论建立了光电经纬仪跟踪误差等效模型,根据光电经纬仪的指标要求设计等效正弦信号作为测试信号,将信号输入到所建立的模型中得到等效跟踪误差,据此评价其跟踪性能。

　　2　跟踪误差等效模型的建立

　　2.1　跟踪误差等效模型建立原理

　　光电经纬仪跟踪伺服系统是一个单输入单输出的位置伺服系统,可认为是单位反馈系统,其误差采样闭环离散系统结构如图1所示。图中,r(t)、c(t)是光电经纬仪的输入、输出,e(t)是稳态误差输出。虚线所示的理想采样开关并不存在,是为了便于分析而虚设的。分别对r(t)、c(t)、e(t)进行采样后得到对应的脉冲序列为r*(t)、c*(t)、e*(t),采样后的z变换函数分别为R(z)、C(z)、E(z)。G(s)为光电经纬仪跟踪伺服系统的传递函数。

　　由图1,跟踪伺服系统的连续输出和跟踪误差输出的拉氏变换为

　　对式(3)取z变换,并整理得到光电经纬仪跟踪伺服系统对输入量的误差脉冲离散传递函数