惯性导航载体上的光电跟踪系统研究

摘要

由于半捷联式光电跟踪系统具有体积小、质量轻以及成本较低等优点，因而逐渐成为研究焦点。对于车载光电跟踪系统而言，要想在运动过程中能够精确地跟踪目标，一方面需要使用相应的视轴稳定技术，消除载体姿态等因素对视轴的干扰；另一方面，需要提高光电跟踪系统的跟踪瞄准精度。
　　本文首先介绍了车载光电跟踪系统的结构，并基于坐标变换理论，推导了目标在光电稳定平台中的角位置扰动方程与角速度扰动方程，分析了视轴稳定机理，并比较了直接稳定方式与半捷联稳定方式的差异。
　　其次，为了消除载体姿态对视轴的影响，基于捷联惯导的基本原理以及四元数理论，给出了载体的位姿解算方法以及目标方位俯仰角的计算方法，同时分析了两轴光电跟踪系统存在跟踪盲区的数学机理，并为电机选型提供了参考条件。
　　接下来，为提高光电跟踪系统的指向精度，在分析了光电跟踪系统的误差来源的基础上，使用四元数建立了视轴与水平仪矢量的指向误差模型，基于电子水平仪的测量数据，提出了一种误差参数辨识方法，并通过实验验证了此误差参数辨识方法的可行性，同时给出了光电跟踪系统的初始标定方法。
　　最后，基于LabVIEW开发环境，建立了车载光电跟踪系统的三维仿真平台，并通过三维仿真实验验证了视轴稳定以及位姿解算相关算法的正确性以及平台搭建方案的可行性。

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缩略语对照表

第一章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2相关技术的研究现状

1.3虚拟仪器仿真技术概述

1.4论文主要研究内容

第二章 半捷联光电跟踪系统的视轴稳定技术研究

2.1光电稳定平台的结构分析

2.2光电稳定平台运动学分析

2.3光电稳定平台稳定机理研究

2.4 本章小结

第三章 半捷联光电跟踪系统的位姿解算与奇异性分析

3.1捷联惯导的基本原理

3.2四元数理论

3.3基于四元数的位姿解算方法

3.4奇异性分析

3.5本章小结

第四章 光电跟踪系统的指向精度分析与误差参数辨识

4.1光电稳定平台误差源分析

4.2指向误差建模与补偿方法

4.3误差辨识实验

4.4光电跟踪系统的初始标定

4.5本章小结

第五章 惯性导航载体上光电跟踪系统的三维仿真分析

5.1 LabVIEW软件介绍

5.2基于LabVIEW的三维仿真平台搭建

5.3系统模块与界面设计

5.4仿真分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1本文工作总结

6.2后续工作展望

参考文献

致谢

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