[发明专利]一种光电跟踪系统在目标逼近过程中避免像移的方法

说明书

本发明公开了一种光电跟踪系统在目标逼近过程中避免像移的方法，针对光电跟踪系统在目标逼近过程中，当机架与目标相对速度过大时，会出现像移现象这一问题，采用在光电跟踪系统控制框架中位置环控制器前面增加一个最优步长像移控制器避免像移问题。具体实现步骤：首先，最优步长像移控制器计算当前时刻位置环控制器输入最优步长，该步长在满足系统最大容许像移的情况下，使系统的响应最快；接着，最优步长像移控制器根据当前脱靶量和最优步长确定位置环控制器的输入，并将其送入位置环。本发明提出的方法解决了光电跟踪系统在目标逼近过程中的像移问题，兼具响应的快速性和超调小等优势，而且便于工程化实现。

技术领域

本发明属于光电跟踪系统控制领域，具体涉及一种光电跟踪系统在目标逼近过程中减小像移的方法。

背景技术

像移是指目标像点在相机焦平面上发生相对运动，是一种经常出现在空间相机、航空相机、武器观瞄系统等基于运动载体的光电系统成像过程中的物理现象，会产生拖尾、目标边缘模糊、灰度不真实等问题，降低成像质量。为提高成像质量，科研人员针对不同的应用场景采取了不同的像移补偿方法。李永昌等人针对空间遥感相机，采取了调整相机测摆的方式来抵消卫星运动带来的像移《宽视场遥感相机像移速度模型及补偿策略》，武汉大学学报，2018,43(8):1278-1286.)，付金宝、李开瑞等人针对航空相机采用角反射镜摆动控制系统补偿像移(付金宝等，《基于摩擦前馈的航空相机像移补偿复合控制》，电子测量与仪器学报，2014,06；李开瑞等，《基于图像分析的航空相机像移补偿机构检测方法研究》，光学与光电子技术，2015,05.)张庆生等人针对低空高射武器观瞄系统中的图像抖动问题，采取用与当前图像中目标模板最接近的前一帧图像区域代替当前图像对应区域的方法，对图像进行稳定。(张庆生等，《低空高射武器观瞄系统的图像稳定技术》，光学技术，2002,03)除此之外，还有机械式像移补偿法，集成像移补偿法、数字式像移补偿法(张玉欣等，《像移补偿技术的发展与展望》，中国光学与应用光学，2010,02.)。

光电跟踪系统作为一种高精度的跟踪观测设备，广泛应用于科学研究、航空航天、精密测量等领域。在光电跟踪系统的目标跟踪过程中，相机采集目标图像信息，提取脱靶量发送给位置环控制器，进而控制机架运动，使机架视轴跟随目标视线，最终二者趋于一致。从目标进入光电跟踪系统视场，到目标脱靶量为零，这一过程被称为目标逼近过程。光电跟踪系统在目标逼近过程中，如果机架与目标相对速度过大，也会产生像移现象。原有的光电跟踪系统中，为限制机架视轴与目标视线的相对角速度，通常采用限定位置环控制器输入信号步长的方法，即规定一个固定的步长Step，将目标脱靶量Δθ小于Step时，直接将脱靶量Δθ送入位置环控制器，当脱靶量大于Step时，将Step送入位置环控制器。

本发明提出的光电跟踪系统在目标逼近过程中避免像移的方法是设计一个最优步长像移控制器，实时计算当前时刻最优步长Step(t)，将目标脱靶量Δθ小于Step(t)时，直接将脱靶量Δθ送入位置环控制器，当脱靶量大于Step(t)时，将Step(t)送入位置环控制器。目前公开发表的减小像移的文献中，尚无类似的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：光电跟踪系统在目标逼近过程中，如果机架与目标相对速度过大，在相机曝光时间内，目标像点在相机焦平面上移动距离较大，降低成像质量，进而影响脱靶量信息的提取。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：设计一个可变步长像移控制器，实时计算位置环控制器输入量的当前时刻最优步长Step(t)，当目标脱靶量Δθ小于Step(t)时，直接将脱靶量Δθ送入位置环控制器，当脱靶量大于Step(t)时，将Step(t)送入位置环控制器。通过调节位置环控制器的输入限制机架视轴与目标视线的相对运动速度，进而减小相机曝光时间内目标像点在相机焦平面上移动的距离，减小像移，提高成像质量。