[发明专利]一种控制系统与成像系统的匹配设计方法

摘要

本发明是一种控制系统与成像系统的匹配设计方法，把目标信号等效为正弦输入信号，根据等效正弦信号的周期与成像系统曝光时间te，分为低频目标和高频目标；低频目标和高频目标对光电跟踪测量设备动态空间分辨率的影响因子(MTFv)具有不同的函数形式MTFlv和MTFhv；MTFv与静态条件下成像系统调制传递函数MTF0的乘积即为光电跟踪测量设备工作状态下的调制传递函数MTF；由MTF即可得到设备在工作状态下的空间分辨率fs0；通过对MTFv与MTF0的大小调整，实现控制系统与成像系统设计难度的平衡。

主权项

1.一种控制系统与成像系统的匹配设计方法，其特征在于如下步骤：（1）根据被测量目标得到目标的等效正弦信号θ_e(t)；θ_e(t)＝θ_maxsin(w_et)θmax=(θmaxv)2θmaxa]]>we=θmaxaθmaxv]]>目标相对光电跟踪测量设备的最大角速度；目标相对光电经纬仪的最大角加速度；（2）根据成像系统的曝光时间t_e确定目标为低频目标或高频目标；低频目标：te<2πwe]]>高频目标：te≥2πwe]]>（3）由初步设计的光电跟踪测量设备的反馈控制系统求出对目标的跟踪测量误差；跟踪测量误差E(s)与目标输入信号R(s)之间的传递函数为：E(s)=R(s)1+G(s)]]>G(s)：控制系统的开环传递函数；在频域内表示为：E(jwe)=R(jwe)1+G(jwe)]]>在实际系统中，在圆周频率w_e处的跟踪误差为：e(we,t)=θmaxsin(wet)|1+G(jwe)|≈θmaxsin(wet)1+|G(jwe)|=θmax1+|G(jwe)|sin(wet)]]>在圆周频率w_e处的最大跟踪误差为：emax(we)=θmax1+|G(jwe)|]]>对于已设计好的控制系统，|G(jw_e)|是定值；（4）当目标为低频目标时，再结合初步设计的成像系统的曝光时间t_e及静态下的空间分辨率f_s，求出光电跟踪测量设备动态分辨率的影响因子：MTFlv(fs0)=MTFMTF0=|sin(πfs0vmaxte)πfs0vmaxte|=|sinc(πfs0vmaxte)|]]>vmaxte=2emax(we)sin(wete2)]]>MTF：光电跟踪测量设备工作状态下成像系统的调制传递函数；MTF₀：静态条件下成像系统调制传递函数；f_s0：光电跟踪测量设备在工作状态下的空间分辨率;要求f_s0v_maxt_e＜1与f_s0＜f_s，否则要对控制系统或成像系统进行重新设计，直至f_s0v_maxt_e＜1且f_s0＜f_s；（5）当目标为高频目标时，再结合初步设计的成像系统静态下的空间分辨率f_s，求出光电跟踪测量设备动态分辨率的影响因子：MTF_hv(f_s0)＝|J₀(2πf_s0e_max(w_e))|且要求与f_s0＜f_s，否则要对控制系统或成像系统进行重新设计，直至且f_s0＜f_s；J₀为零阶Bessel函数；（6）求取所设计成像系统的动态分辨率；成像系统的分辨率为其MTF=a时所对应的空间分辨率f′_s0，a值与成像波段有关；MTF(f′_s0)=a（7）比较f′_s0与f_s0，并对控制系统与成像系统进行匹配设计；f′_s0＜f_s0：提高控制系统在目标频率处的开环增益或提高成像系统静态条件下的空间分辨率，直至f′_s0≈f_s0为止；f′_s0＜f_s0：降低控制系统在目标频率处的开环增益或降低成像系统静态条件下的空间分辨率，直至f′_s0≈f_s0为止；f′_s0≈f_s0：对控制系统与成像系统的设计难度进行平衡；提高控制系统在目标频率处的开环增益并降低成像系统静态条件下的空间分辨率，或降低控制系统在目标频率处的开环增益并提高成像系统静态条件下的空间分辨率，调整过程中要保证f′_s0≈f_s0成立。