【正文】 3 旋轉變壓器解算簡圖 電機選擇分析 電機選型方法方位軸系、俯仰軸系計算的總力矩結果如表33所示。方位、俯仰電機選擇分時充分考慮總力矩進行核算。論文只對方位電機選擇進行分析。表33 合計總力矩俯仰方位合計載荷力矩（）動密封摩擦力矩（）合計總力矩（） 永磁直流力矩電機給出七個主要技術數(shù)據(jù)。峰值堵轉電壓：Up，連續(xù)堵轉電壓：Uc；峰值堵轉電流：Ip，連續(xù)堵轉電流：Ic；峰值堵轉轉矩：Mp，連續(xù)堵轉轉矩：Mc；最大空載轉速：n0。以上七項參數(shù)標明在圖314的電機機械特性示意圖中。 圖314 電機機械特性當確定負載轉矩和負載轉速工作點后，即可通過該點作出平行斜線，該斜線的電壓與Up、Uc均成比例關系，即為滿足工作點的電源電壓，此時的If與Mf相對應。通過Mc的豎直線左邊Up線的下方區(qū)域為長期工作區(qū)，豎線右邊Up線下方三角形區(qū)域為短時工作區(qū)。而MpIp峰值堵轉點可持續(xù)堵轉5秒。 方位電機選型由表33可知，所選方位電機力矩要求：峰值堵轉力矩≥，連續(xù)堵轉力矩≥。初選國內某所生產(chǎn)的J198LY001永磁直流力矩電機。其機械特性曲線如圖315所示。由此可以核算出帶負載后方位電機的最大轉速為32rad/s(1833176。/s)，滿足系統(tǒng)最大調轉轉速（系統(tǒng)最大調轉轉速要求計算在此不推導）要求。圖315 某電機機械特性曲線根據(jù)上述計算，所選方位電機滿足系統(tǒng)性能指標。電機詳細參數(shù)如表34所示。表34 電機性能指標性能J198LY001峰值堵轉電壓（V）27峰值堵轉電流（A）≦10峰值堵轉轉矩（Nm）≧連續(xù)堵轉電壓（V）15連續(xù)堵轉電流（A）連續(xù)堵轉轉矩（Nm）允許峰值堵轉時間5s允許連續(xù)堵轉時間長期最大空載轉速（r/min）350電樞電阻（Ω）轉矩波動系數(shù)（%）≦6 本章小結 本章分析了光電搜索跟蹤系統(tǒng)涉及的主要幾項關鍵技術。給出了光電系統(tǒng)數(shù)字圖像光纖傳輸技術的分析及設計實現(xiàn)方法，分析了試驗過程中的注意事項，給出了試驗結果。給出了慣性空間穩(wěn)定光電穩(wěn)定系統(tǒng)應用作戰(zhàn)使命分析，從隔離度的角度分析了慣性空間穩(wěn)定的注意事項，分析了系統(tǒng)應用時對慣性空間姿態(tài)傳感器的要求，提出了孤立慣性空間姿態(tài)傳感器以提高后端對慣性姿態(tài)傳感器采集避免系統(tǒng)噪聲引入的方法，分析了車載作戰(zhàn)武器平臺光電穩(wěn)定控制系統(tǒng)框圖及影響系統(tǒng)應用的要點和注意事項，結合目標信息處理對伺服控制的要求分析了光電搜索系統(tǒng)對慣性穩(wěn)定的制約。分析了光電伺服系統(tǒng)位置信號的要求，比較了旋轉變壓器與光電編碼器獲取電機位置的及優(yōu)缺點，較詳細地針對EnDat編碼器接口時序進行了分析及創(chuàng)造性的解碼，給出了基于系統(tǒng)某一位置的EnDat編碼器的時鐘信號與數(shù)據(jù)信號的截圖結果。簡要介紹了旋轉變壓器的解算框圖。最后給出了伺服系統(tǒng)執(zhí)行元件電機的選擇分析方法。4 工程問題分析研究 紅外搜索幀間圖像特性研究 空域360176。全景拼圖幀數(shù)N的數(shù)學關系每幀圖像運動情況如圖41所示。其中Δx為搜索時任意像元位移角度。圖41 每幀圖像運動圖 實際使用中幀頻f=50Hz ，則T=20ms。假設掃描搜索速度Vo=360176。/s。 則掃描每圈空域對應的紅外成像視場n滿足：（n1）Δx=360176。 （）Δx=VΔt （） 即（n1）Δt V=360176。 　 （） 其中Δt=T=20ms。 則 n=1+=1+50 （） 特定速度關系：V=360176。/s， n=51；V=180176。/s， n=101； V=120176。/s，n=151。 實際工程應用設定固定的360176。/s，180176。/s兩檔速度作為系統(tǒng)搜索時應用。 幀間相互重疊的角度與像素的關系（1）單幀動態(tài)視場與靜態(tài)視場的關系。靜態(tài)條件下大約16ms[52]為紅外單幀成像積分時間，采用的紅外成像系統(tǒng)形成的視場大小如圖42所示。圖42 靜態(tài)視場 設V0 =360176。/s，則動態(tài)視場運算如下（像素不變，間距拉伸）：動態(tài)視場 θ=θ0+V=9[52~53]+360176。/s=176。 （）采用的紅外熱成像系統(tǒng)形成的動態(tài)視場大小如圖43所示。圖43 動態(tài)視場（2）重疊像素與視場關系（V0=360176。/s） 20ms后：X1() 運動至X2() 運動角Δθ=V=360176。/s=176。 （） 重疊像素起點為： 橫向總像素 M=M0=768=（像素） （） 動態(tài)總像素不變，但空間分辨率及能量降低，直接的影響是對目標的探測距離的降低。（3）360全景拼圖實用公式360全景拼圖回復幀N（拼圖幀為N－1）N=1+50 （）實際拼接幀：n=50 （） 任意相鄰幀重疊像素起點M為 M= （橫面像素） （） 注：紅外熱像儀橫向視場為，橫向空間分辨率為768像素，實際產(chǎn)品紅外熱像儀存在輕微的差異，需根據(jù)熱像儀實測值進行相應的調整。綜合以上分析可得出如下推論：（1）/s高速搜索。幀間圖像重合度：δ=100%=100%=% （）（2）按/s搜索。幀間圖像重合度：△θ= ，θ=9+= （） δ=%。 （）（3）按/s搜索。幀間圖像重合度：△θ= ，θ=9+= （） δ=78%。 （）綜合以上分析，在工程設計時，確定固定的360176。/s、180176。/s、120176。/s進行空域搜索時，存在幀間重合現(xiàn)象，對于某一紅外目標而言可能出現(xiàn)在紅外熱像儀視場的一個視場中，也可能出現(xiàn)在紅外熱成像儀的兩個視場中，同時還存在多個目標出現(xiàn)在一個視場中，也就是說幀間目標特性基本不存在關聯(lián)性。在保證目標探測穩(wěn)健高概率時，需建立多圈掃描機制，以保證同一空域的分時關聯(lián)性，提高目標檢測的概率。動態(tài)視場的拉伸，擴張了視場，但同時降低了目標的輻射能量，影響了系統(tǒng)對目標的檢測距離[55~58]，這存在復雜的折算關系。 紅外搜索成像系統(tǒng)探測范圍研究 系統(tǒng)實際掃描威力圖實際紅外成像系統(tǒng)掃描威力圖如圖44所示。圖44 系統(tǒng)實際掃描威力圖其中[59~61]，R：對目標的探測距離； L：作戰(zhàn)武器作用距離；θ：探測器豎直放心視場角；σ：探測器傾角；h1：最低探測垂直高度；h2：最高探測垂直高度；h：垂直探測范圍；r1：最近探測水平距離；r2：最遠探測水平距離；r：水平探測范圍。 大型戰(zhàn)斗機紅外探測范圍分析表41 大型戰(zhàn)斗機探測范圍明細上表列及的針對大型戰(zhàn)斗機的探測范圍明細[59~61]是在以下探測條件下計算得出：(1) 在理想情況下，不考慮地表輻射噪聲；(2) 以選用紅外探測計算距離為準，大視場對大型戰(zhàn)斗機探測距離為12km；(3) 大型戰(zhàn)斗機勻速前進，朝搜索者直飛，且保持與地表高度不變；(4) 飛行高度約為4km，以2km、3km、4km、5km分別計算；(5) ，，；(6) 基于穩(wěn)健探測搜索三圈空域所需時間（每圈按360186。/s考慮）。 某戰(zhàn)斗機紅外探測范圍分析上表列及的針對某戰(zhàn)斗機的探測范圍明細得出的條件與表41所列探測條件相同，除選擇的紅外探測計算以大視場對某戰(zhàn)斗機探測距離按8km考慮外。表42 某戰(zhàn)斗機探測范圍明細表 目標Ⅰ型靶機紅外探測范圍分析表43 Ⅰ型靶機探測范圍明細 針對Ⅰ型靶機設定如下探測條件[59~61]：(1) 在理想情況下，不考慮地表輻射噪聲；(2) 以選用的線陣紅外探測距離為準，大視場對Ⅰ型靶機探測距離為2km；(3)Ⅰ型靶機勻速前進，朝搜索者直飛，且保持與地表高度不變；(4) 飛行高度約為200m，以100m、150m、200m、250m分別計算；(5) 飛行速度約為50m/s，以40m/s，50m/s，60m/s分別計算；(6) 基于穩(wěn)健探測搜索三圈空域所需時間（每圈按360186。/s考慮）。 目標Ⅱ型靶機紅外探測范圍分析表44 Ⅱ型靶機探測范圍明細表針對Ⅱ型靶機設定如下探測條件[59~61]，(1) 在理想情況下，不考慮地表輻射噪聲；(2) 以選用的線陣紅外探測距離為準，大視場對Ⅱ；(3) Ⅱ型靶機勻速前進，朝搜索者直飛，且保持與地表高度不變；(4) 飛行高度約為500m，以300m、400m、500m、600m分別計算；(5) 飛行速度約為100m/s，以80m/s，100m/s，120m/s分別計算；(6) 基于穩(wěn)健探測搜索三圈空域所需時間（每圈按360186。/s考慮）。 電源饋電時序分析由于系統(tǒng)上電工作過程中，核心cpu控制程序等尚處于復位階段，即此時系統(tǒng)是處于開環(huán)狀態(tài)，電機此時的動作會造成災難性的影響，為此，需在工程上避免此種情況的發(fā)生。（1）增加電源啟動電路，由操作控制端給出電源啟動信號，整個光電搜索跟蹤系統(tǒng)才上電。（2）增加饋電時序電路，以避免伺服系統(tǒng)DSP在復位時造成電機動作。上電順序為：首先控制電路板組件+5V得電，然后是旋轉變壓器（或編碼器）、陀螺得電，然后是電機功率模塊得電，最后是熱像儀得電。（3）增加電機驅動禁能電路，系統(tǒng)上電復位過程中，系統(tǒng)cpu復位前默認為“1”，復位后復位電平賦為“1”。為此，在電機驅動端設置為“0”電平有效啟動電路。系統(tǒng)饋電管理如圖45所示。圖45 系統(tǒng)饋電流程圖 陀螺補償工程考慮陀螺作為慣性姿態(tài)傳感器，溫度漂移及零偏穩(wěn)定性是其關鍵的指標，零偏從理論上講是可以消除的，其本身定義是基于均值方差的1σ定義。實際應用時將慣性空間姿態(tài)速度引入計算機端進行觀測，上電后以實際觀測值減去漂移本身即可獲得補償。但由于陀螺的溫漂特性及通電重復性指標，每次上電后光電搜索跟蹤系統(tǒng)工作時均需減去相對于零值觀測向量的均值。問題是獲得絕對零值慣性空間速度的困難，比如車體不動時，人在車內調試車體本身就不是絕對靜態(tài)的。陀螺一上電就存在跑偏現(xiàn)象，導致系統(tǒng)模型建立不準確。陀螺的啟動時間一般為秒級，但陀螺信號輸出前期存在大值現(xiàn)象，啟動時間過后輸出信號一般較好，在預熱時間后陀螺信號才會真正的穩(wěn)定，在陀螺啟動的某一時段內陀螺信號建模是不準確的。為此，在工程上采用以下辦法：（1）關于零漂的問題，平臺不動時，跟蹤器修正零漂，平臺運動時，采用跟蹤器作零漂修正，進行卡爾曼濾波。通過上電工作時獲得零偏值，然后減此零偏值作為修正量。（2）選擇帶有溫度信號輸出的陀螺，實時獲得陀螺所處的溫度環(huán)境，結合溫度特性進行補償。 系統(tǒng)布線工程考慮（1）光電傳感器如激光、紅外熱成像儀、CCD攝像儀電源考慮獨立布線形成線束，并外加屏蔽層接于外部殼體，以隔離光電傳感器電源啟動或發(fā)射期間對系統(tǒng)其它部件的影響；（2） 電機啟動PWM電源采用獨立布線形成線束，外加屏蔽層接于外部腔體。（3）模擬視頻信號較易受到干擾，電機的啟動干擾尤甚，為此該信號傳遞也需外加屏蔽接于腔體。光電搜索跟蹤轉臺系統(tǒng)實際屏蔽布線分布如圖46所示。圖46 光電搜索跟蹤轉臺屏蔽分布布線圖 本章小結 本章分析探討了系統(tǒng)高速搜索掃描時紅外成像系統(tǒng)的不關聯(lián)性，基于多圈掃描機制建立目標穩(wěn)健探測的基礎上，探討了搜索過程中紅外成像系統(tǒng)視場的拉伸對目標探測距離存在的影響；分析了針對某型紅外熱像儀的系統(tǒng)掃描威力圖，給出了在一定的探測條件下不同目標的探測明細，為后端作戰(zhàn)武器的應用提供了一定的參考；為了避免上電過程中系統(tǒng)的誤動作造成破壞性影響，從工程上增加饋電時序管理電路；簡單探討了陀螺應用工程補償?shù)膶崿F(xiàn)方法；最后分析了系統(tǒng)布線時工程上應考慮的干擾屏蔽問題。5 總結與展望 總結本文針對當前國內外光電搜索跟蹤系統(tǒng)探測距離與作用視場的矛盾，針對國內普遍采用的主流紅外熱成像儀系統(tǒng)，為滿足系統(tǒng)作戰(zhàn)需求，研究設計參研的光電搜索跟蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了對空中的典型來襲目標的搜索檢測，搜索檢測目標數(shù)達到50個，可以對目標進行初步的威協(xié)判斷，選擇可疑目標進行跟蹤，并給出目標的座標、距離信息，引導后端武器對目標進行打擊、摧毀，系統(tǒng)初步達到實戰(zhàn)要求，該系統(tǒng)的研制初步達到國內領先水平。作者工作總結如下：（1）為滿足紅外成像伺服系統(tǒng)平臺仿真及系統(tǒng)軟件的要求，開展基于TMS320LF2407及TMS320LF2812的DSP機電運動控制系統(tǒng)研究與設計，研究規(guī)劃伺服系統(tǒng)軟件設計，研究規(guī)劃系統(tǒng)伺服與目標信號處理的協(xié)同流程，研究規(guī)劃系統(tǒng)電路設計；（2）研究基于直流電機的伺服系統(tǒng)電機驅動技術；（3）為滿足系統(tǒng)具備行進中的穩(wěn)定搜