利用动态靶标谐波特性评价光电经纬仪的跟踪性能

　　1　引　言

　　目前,光电经纬仪跟踪性能室内检测的主要工具是光学动态靶标,而动态靶标并不能真实检测和有效评价光电经纬仪的跟踪性能,其主要原因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不再能够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传递函数,动态误差法仅可用于理论分析,不能对过大的跟踪误差进行量化计算和修正。所以,利用动态靶标不能很好地完成对光电经纬仪跟踪性能的评价。用等效正弦检测法检测伺服系统跟踪性能,能同时满足最大角速度和角加速度要求,是一种比较理想的检测方法[1],但是由于没有相应的检测设置目前尚不能实现。

　　由于无法测量光电经纬仪跟踪伺服系统的传递函数,动态误差系数法仅限应用于理论分析。而系统的幅频特性是角频率的函数,在特定角频率下的函数值可以通过计算系统的谐波信号幅值变化得到。目前,光电经纬仪跟踪性能评价都是在时域上完成的,测试过程中得到的仅仅是一系列的时序数据,其性能本质被掩盖。频域分析是目前信息处理研究的热点,尤其是现代信号处理方法和快速傅里叶变换(FFT)的提出和发展,使大量的信息处理运算得以实现。本文根据以上分析,提出了在频域内利用动态靶标谐波源实现跟踪性能等效正弦检测的方法。

　　文中介绍了利用动态靶标检测光电经纬仪跟踪性能的方法、构成以及位置关系等,在此基础上,给出了动态靶标方位角及其相应跟踪误差的幅度谱和功率谱,并详细分析了其特点。根据周期信号分解定理将方位角信号和相应跟踪误差分解为有限项的傅里叶级数,即一系列有限项的谐波信号,并且谐波信号幅值主要集中在1~5次谐波分量上,由此动态靶标的目标信号可以用有限项基波频率确定的谐波信号表示。光电经纬仪跟踪伺服系统可以简化为一个线性定常系统,使光电经纬仪跟踪动态靶标的过程变为一系列谐波信号输入到一个近似线性定常系统的过程。在光电经纬仪跟踪性能评价过程中,提出了跟踪误差系统的概念,分析了跟踪误差系统在特定角频率下幅频特性函数值的计算方法。最后,给出了利用动态靶标谐波信号和跟踪误差系统幅频特性函数完成光电经纬仪跟踪性能等效正弦检测的方法,并进行了可行性分析和实验验证。

　　2　动态靶标目标及跟踪误差的幅度谱分析

　　动态靶标与光电经纬仪空间运动关系如图1(a)(b)所示。图1(a)为动态靶标的原理图和光电经纬仪跟踪动态靶标时的位置关系。图1(b)中,S是可编程动态靶标上模拟目标的光点,S以空间某一特定位置R为圆心,以直线OR为旋转的轴线,在与OR相垂直的平面上旋转。S点的出射光形成以O点为顶点的光锥,O点是光锥的顶点,也是光电经纬仪水平轴、垂直轴和视轴三轴的交点,光电经纬仪对S点进行跟踪。