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惯性稳瞄系统瞄准线漂移测试技术研究

作　者: 梁洁
导　师: 韩军; 聂亮; 陈文建
学　校: 西安工业大学
专　业: 光学工程
关键词: 惯性稳瞄伺服转台模态分析 PID调节器靶心检测
分类号: TH745.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

惯性稳瞄系统是现代武器系统的眼睛,关系到发现、跟踪、打击目标的速度,影响武器的首发命中率。当前观瞄仪有个严重的问题,就是瞄准目标后,随着时间的推移,目标的像会在视场内缓慢移动,甚至移出视场。迫切需要一种精密的测量仪器来测出这个漂移量,并且测出由陀螺零漂和伺服电路零漂引起的漂移量,以衡量观瞄设备的瞄准精度。本课题在分析出瞄准线漂移成因(即地球自转、伺服电路零漂、陀螺零漂)的基础上,提出了一种新的高精度测试方法,即用观瞄仪瞄准平行光管发出的十字目标(模拟无穷远处的目标),在输出的视频图像上会有一个平行光管发出的十字图像,在不同时刻,十字相对于图像中心的偏移不同,进而可由计算机直接输出瞄准线漂移曲线,解决了瞄准线漂移量测量复杂、精度不高的问题。在本测试系统中,转台伺服系统承载着观瞄仪,转台机械结构必须要有足够的强度和刚度,另外伺服系统要求机械结构要有较好的动态响应能力,所以根据指标要求,用UG进行三维建模,首先对模型进行了静力学分析,在满足刚度和强度的基础上,又对机械结构进行了优化设计和模态分析,得到了既满足刚度强度要求,又具有很高动态响应能力的机械结构,提高了测试系统的测试精度。在测试时要求伺服转台能快准稳地跟随指令,且具有较好的抗扰能力,本课题在分析伺服系统传递函数的基础上,根据调节器的工程设计方法,设计了三环伺服系统的电流环、速度环、位置环的调节器,校正了伺服系统各环的传函,使伺服转台能快速、准确、稳定的跟随指令,改善了测试系统的性能,提高了测试精度。图像处理是输出瞄准线漂移曲线的前提,其处理精度影响着最后的测试精度,本课题结合拍摄的十字图像,分析了各种滤波、边缘检测等预处理方法,找出了最适合本测试系统的图像预处理方法。在此基础上本课题研究了多种十字中心检测方法,最后比较选出HOUGH变换作为本测试系统中心检测的算法,经验证具有很高的精确度。本课题从机械结构、伺服系统、图像处理三个方面做了深入的研究,从而保证了测试系统具有很高的测量精度,这种设备能很好的解决当前观瞄仪器瞄准线漂移量检测的难题。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-15
  1.1 引言  10
  1.2 国内外现状  10-12
  1.3 本课题研究的目的和意义  12-13
  1.4 本论文研究的内容  13-15
2 惯性稳瞄系统瞄准线漂移测试方案  15-23
  2.1 瞄准线漂移的影响因素  15-16
  2.2 瞄准线漂移测试原理  16-18
  2.3 转台总体设计  18-20
    2.3.1 电机选择  18-19
    2.3.2 码盘选择  19-20
    2.3.3 轴承选择  20
  2.4 转台位置控制方案  20-21
  2.5 十字中心检测方法  21-22
  2.6 小结  22-23
3 转台机械结构设计  23-39
  3.1 转台结构设计  23-28
    3.1.1 转轴的设计  23-24
    3.1.2 基座的设计  24-25
    3.1.3 轴承支架与码盘固定支架设计  25
    3.1.4 转台转盘设计  25-26
    3.1.5 转台装配示意图  26-28
  3.2 转台重要部件的静力学分析  28-30
    3.2.1 转台和轴的装配体的静力学分析  29-30
    3.2.2 基座的静力学分析  30
  3.3 模态分析  30-33
    3.3.1 无加强筋的转盘模态分析  31-32
    3.3.2 有加强筋的转盘模态分析  32-33
  3.4 结构优化设计  33-38
    3.4.1 转动部分优化前的模态分析  34-35
    3.4.2 优化以后的转动部分模态分析  35-38
  3.5 小结  38-39
4、转台控制系统设计  39-58
  4.1 位置伺服系统动态校正的结构类型  39-41
  4.2 控制算法介绍  41
  4.3 调节器的工程设计方法  41-42
  4.4 三环伺服系统原理  42-43
  4.5 电流调节器的设计  43-48
    4.5.1 电流调节器结构的选择  44-45
    4.5.2 电流环PI调节器参数设计  45-46
    4.5.3 电流环性能分析  46-48
  4.6 速度环调节器设计  48-53
    4.6.1 速度调节器的选择  48-50
    4.6.2 速度环PI调节器的参数设计  50-51
    4.6.3 速度环性能分析  51-53
  4.7 位置调节器设计  53-57
    4.7.1 位置环调节器参数计算  53-55
    4.7.2 位置环性能分析  55-57
  4.8 小结  57-58
5、瞄准线漂移图像检测  58-82
  5.1 图像预处理  58-64
    5.1.1 数字图像滤波  58-60
    5.1.2 图像二值化  60-62
    5.1.3 图像边缘检测  62-64
  5.2 十字靶心检测  64-67
    5.2.1 投影法  64-67
    5.2.2 直线求交点法  67
  5.3 最小二乘法直线检测  67-70
  5.4 Radon变换直线检测  70-73
  5.5 Hough变换直线检测  73-77
    5.5.1 标准的Hough变换直线检测  73-74
    5.5.2 概率Hough变换直线检测  74
    5.5.3 标准Hough变换法直线检测试验  74-77
  5.6 Hough变换法求瞄准线漂移量的检测精度  77-81
  5.7 小结  81-82
6 结论  82-83
参考文献  83-86
致谢  86-88

惯性稳瞄系统瞄准线漂移测试技术研究

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