[发明专利]一种提高光电跟踪系统跟踪精度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电设备技术领域，更具体地涉及，一种提高搭载于光电稳定平台的跟踪系统的跟踪精度的方法。

背景技术

在现有技术中，中国电子科技集团公司第二十七研究所的专利“一种光电跟踪系统动态跟踪精度校准装置”和“一种光电跟踪系统动态跟踪精度校准装置及方法”，通过由固体激光器、扩束器、快速倾斜镜和反射镜组成的信标光分系统产生信光标到靶板，而且信标光分系统可以通过光斑模拟多种运动方式和运动速度的目标，这样对设备的精度测试，通过高速采集系统对光斑进行采集，采用高速数字图像处理技术得到较高的测量精度，实现对光电跟踪系统动态快速、准确的校正。

然而，问题在于，在实际应用中，光电跟踪系统往往安装在光电稳定平台上，整个跟踪系统的实际结构与理论上的设计有所差异，各零部件的尺寸误差、形状误差、位置误差等因素导致基于理论结构设计的控制方法性能下降，跟踪精度降低。如何通过数据处理和系统模型辨识等方式减小误差，提高整个跟踪系统的跟踪精度，这方面研究很少。

发明内容

本发明提出的提高光电跟踪系统跟踪精度的方法是基于正弦扫频法、谱分析法和自适应的遗传算法完成对系统模型的辨识，从而实现提高光电跟踪系统的跟踪精度，具体分以下几步：

步骤一：采集输出信号

本发明采用FIFO技术对光电跟踪系统输入激励信号x(t)进行采样，采集输出信号，x(t)为幅度可调的正弦扫频信号，在进行信号采集时，对于采样过程要注意如下原则：

a、最低频率应该选择为光电跟踪系统的第一个转折频率的1/2或者更低；

b、为了使用后面提到的算法进行数据处理，要求每个频率点的采集时间必须为激励信号周期的整数倍；

c、信号的采样频率要大于光电跟踪系统各个环节最高谐振频率的两倍，以满足奈奎斯特采样定理。

步骤二：数据预处理

对步骤一中采集的输出信号，剔除高于的采样值。为保证信号的连续性，被剔除点的数据可以用插值的方式来填补，插值的方法为：y(i)＝y(i-1)+(y(i-1)-y(i-2))，式中i表示当前采样点。

步骤三：幅度比和相位差计算

本发明采用谱分析的方法计算幅度和相位差。

步骤一中输入的激励信号为x(t)，t表示时间信号，光电跟踪系统的脉冲反应函数为g(t)，则对象的输出量y(t)如下式所示：

激励信号x(t)的自相关函数R_x(τ)和互相关函数R_xy(τ)分别为：

式中τ为积分变量；

式中λ为积分变量，下角标xy表示不同激励信号；

对上式两边都取傅里叶变换，可得：

令新的积分变量υ＝τ-λ，则得：

右式前后两项分别是脉冲反应函数的频率特性和输入信号的自功率谱密度，因此可得：

式中，S_x(jw)为R_x(τ)的傅里叶变换。

则输出信号的幅频特性、相频特性分别为：

H＝|G(jw)|

步骤四：遗传算法进行模型辨识

采用自适应的遗传算法进行光电跟踪系统模型的辨识，选取的系统模型采用拉氏变换法，n阶系统模型形式如下所示，

根据上一步中得到的频域响应，采用自适应的遗传算法求取k和a_i(i＝1，2，…n)，从而确定系统的传递函数。

所述的自适应的遗传算法，指的是在遗传算法中采用基于复对数频率响应的适应度函数，交叉概率和变异概率采取自适应策略。

所述的基于复对数频率响应的适应度函数，是在拟合频域数据时，构造适应度函数如下：

式中

n-拟合的频域点数

ω_i-第i个频率点的角频率

H-输出信号的幅频

-输出信号的相频

下标mdl-光电跟踪系统模型

下标dat-拟合的数据

所述的自适应策略是设定自适应交叉概率如下：

式中，f_max是种群中适应度值的最大值；f_avg是每代种群适应度值的平均值；f′是要进行交叉的两个个体中适应度值较大的；f是当前个体的适应度值；这里取P_c1＝0.9，P_c2＝0.6。