【正文】 速度的平穩(wěn)性及均勻性。選擇的絕對位置位數(shù)為19位，176。176。，每個像素對應(yīng)的角度為 =176。半個像素對應(yīng)的角度為=176。要保證俯仰上的穩(wěn)定指向，針對靜態(tài)及動態(tài)指標(biāo)，對陀螺的零偏穩(wěn)定性及零偏重復(fù)性具有很高的要求。 光電穩(wěn)定陀螺信號電氣傳輸設(shè)計圖38 陀螺信號傳輸結(jié)構(gòu)圖如圖38所示，總電源通過滑環(huán)傳輸后，經(jīng)過一級二級濾波及DC/DC變換后，在輸出級濾波饋送給光纖陀螺。陀螺輸出采用差分模擬輸出或隔離脈沖輸出，通過滑環(huán)輸出傳至伺服控制系統(tǒng)及車載計算機系統(tǒng)。機械上通過安裝單只兩軸正交陀螺于俯仰軸系或安裝兩只陀螺正交于俯仰軸系。陀螺隔離電源的輸入及陀螺輸出信號的隔離避免了系統(tǒng)噪聲施加于陀螺本身，后端伺服系統(tǒng)對陀螺信號的采集的噪聲即是陀螺信號本身的噪聲。 陀螺應(yīng)用探討事項（1）電源要求非常穩(wěn)定，使用獨立電源，一般采用差分模擬信號較好，采用RS422傳遞陀螺感應(yīng)的慣性空間信號，信號傳輸帶寬一般比較窄。陀螺輸出信號傳輸波特率在1Mb/s以上較好。SPI傳輸可以達到好幾兆赫茲。應(yīng)用滿足應(yīng)達到1KHz的采樣率。高頻噪聲自動濾掉，低頻噪聲掩蓋本身信號，頻帶信號有重疊。峰值噪聲影響比較大。（2）選擇不同的陀螺，帶寬一般能滿足要求，上電短期噪聲很嚴(yán)重，一般需要較長的收斂時間，短期漂移影響很大，長期漂移影響較小。光纖陀螺應(yīng)用外圍電路比較而言較簡單，動力調(diào)諧陀螺應(yīng)用外圍較復(fù)雜。不同的陀螺長期漂移都很小。目前高精度光纖陀螺是一個比較好的選擇，微機電陀螺應(yīng)用稍差，動力調(diào)諧陀螺精度不是一定比較高，用起來外圍電路較麻煩，漂移問題不用太擔(dān)心，如遇碰框會導(dǎo)致陀螺性能下降。微機電陀螺存在沖激，軍用上使用也沒太好辦法。（3）光纖陀螺較微機電陀螺在零偏重復(fù)性、噪聲、零偏、零偏穩(wěn)定性、標(biāo)度因數(shù)方面一般高一個數(shù)量級。如果是天線級穩(wěn)定可以用兩軸，車載應(yīng)用一般用三軸，用兩軸穩(wěn)定系統(tǒng)由于缺橫滾軸會造成圖像的旋轉(zhuǎn)。圖像消旋取決于目標(biāo)跟蹤算法或電子穩(wěn)像技術(shù)，或取決于二者的結(jié)合[41~43]。（4）穩(wěn)定、搜索一般采用雙速度環(huán)，測速機或絕對位置位置微分的速度信號用作速度內(nèi)環(huán)，陀螺輸出的速度信號用作速度外環(huán)。目標(biāo)跟蹤時，目標(biāo)偏離光軸的偏差作為位置環(huán)的輸入，套在陀螺反饋的速度環(huán)的外環(huán)。（5）機械系統(tǒng)在控制帶寬內(nèi)應(yīng)無諧振、無摩擦。機械特性基本決定伺服系統(tǒng)的最終控制性能。（6）數(shù)字信號傳輸處理影響帶寬，但模擬信號需通過滑環(huán)傳遞。經(jīng)驗證分析高頻噪聲無影響（高頻噪聲積分信號較容易去掉），中低頻噪聲不處理，高幅值噪聲會有影響，小范圍噪聲沒有太大影響，增加低通濾波器會影響系統(tǒng)帶寬。采用最佳隔離法避免外部噪聲融入是得到高質(zhì)量陀螺信號的較好方法。 光電伺服框架絕對位置獲取設(shè)計分析分析系統(tǒng)性能對位置獲取的要求，分析、設(shè)計基于EnDat串行接口協(xié)議的編碼器與旋轉(zhuǎn)變壓器作為位置獲取傳感器的實現(xiàn)方法比較。(1) 系統(tǒng)性能分析 ( )。實際選取時，從電氣角度考慮，遵循1/2定位精度選擇原則，即電氣精度約為10秒。從軍事應(yīng)用角度考慮，要求選擇的位置測量必需工作可靠和能提供可靠的測量數(shù)據(jù)，包括應(yīng)用在惡劣環(huán)境中；控制環(huán)對動態(tài)性能、速度穩(wěn)定性和剛性的要求越來越嚴(yán)格；所用的位置編碼器對電機的重要特性也具有決定性影響。(2) 選型分析1）旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器一般采用數(shù)字轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換，旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換器開環(huán)增益?zhèn)鬟f函數(shù)為 θout/θin=Ka/S2.(1+T1S)/(1+T2S) () 閉環(huán)增益： θout/θin=(1+T1S)/(1+T1S+S2/Ka+T2S3/Ka) ()轉(zhuǎn)換器傳遞函數(shù)的Ka、TT2隨分辨率、激磁頻率的改變而變化。一般地，帶寬與激磁有較大的關(guān)系，如激磁頻率為400Hz的轉(zhuǎn)換器帶寬fBW約為400/4=100Hz，如激磁頻率為2000Hz的轉(zhuǎn)換器帶寬約為2000/6=333Hz。T1=1/fBW () T2=(5/ fBW)*(R/12) ()Ka取值與帶寬有關(guān)系，Ka能取的最大值為Ka=6*帶寬2。顯而易見，激磁頻率為2000Hz時，帶寬約為333Hz，Ka能取的最大值為6*3332=665334 ()由于旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換器(RDC)是一個Ⅱ型伺服系統(tǒng)，當(dāng)軸角編碼器轉(zhuǎn)角呈加速或減速變化時,軸角編碼器將出現(xiàn)動態(tài)滯后誤差。其最大滯后誤差為： ()其中：為軸角編碼器最大角加速度,為加速度常數(shù)。由于所允許的為10， 則加速度1848186。/s2。由此選擇以下參數(shù)的旋轉(zhuǎn)變壓器可以滿足系統(tǒng)應(yīng)用要求。? 極對數(shù)：1:32?激磁電壓：26V?激磁頻率：2000Hz?最大空載輸出電壓：177。?最大空載輸出電壓相位移：粗機≤15186。，精機≤20186。?電氣誤差（平均值）：粗機 177。30分，精機 177。20秒（選10秒）?零位電壓：粗機≤60mV，精機≤36mV2）EnDat協(xié)議編碼器表面上滿足系統(tǒng)性能分析要求的這些應(yīng)用由位置分辨率和單信號周期內(nèi)位置誤差決定，其決定性因素是掃描方法以及掃描信號處理方式。基于EnDat協(xié)議的海德漢編碼器的工作原理是光電掃描結(jié)構(gòu)化刻線的光柵尺。采用光學(xué)掃描原理的測量系統(tǒng)在精度，運行平穩(wěn)度及減少驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)熱現(xiàn)象等方面擁有優(yōu)勢?；贓nDat協(xié)議的位置編碼器的以上優(yōu)勢，在數(shù)控機床、機械制造、電梯、軍用運動控制伺服系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用[44~48]。論文基于選擇的ROC425絕對式光電編碼器進行解碼分析、設(shè)計。、解碼實現(xiàn)進行詳細(xì)的分析。最后對設(shè)計旋轉(zhuǎn)變壓器后續(xù)解算電路進行簡述。 。后續(xù)電子設(shè)備提供給編碼器的時鐘脈沖用于同步數(shù)據(jù)傳輸。不傳輸數(shù)據(jù)時，時鐘信號為高電平。從圖39可以看出，給編碼器端的時鐘相對于給編碼器的時鐘存在電路傳輸延時。圖39 編碼器典型接口時序圖39中下半部分所示以編碼器發(fā)送位置值指令模式000111示意，模式指令伴隨時鐘的上升沿發(fā)出。數(shù)據(jù)包發(fā)送與數(shù)據(jù)傳輸同步。傳輸周期從第一個時鐘下降沿開始。編碼器保存測量值并計算位置值。兩個時鐘脈沖后，后續(xù)電子設(shè)備發(fā)送模式指令。模式指令發(fā)送后，經(jīng)過若干時鐘，編碼器回送數(shù)據(jù)以啟動信號開始，接著是錯誤位，然后是數(shù)據(jù)位，數(shù)據(jù)位低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)位長度取決于所采用的編碼器，以循環(huán)冗余校驗位結(jié)束。數(shù)據(jù)字結(jié)尾處，時鐘信號必須置為高電平。（）后，數(shù)據(jù)線返回低電平，然后，時鐘信號啟動新的數(shù)據(jù)傳輸[44~48]。 接口電路設(shè)計及編碼器解碼總構(gòu)（1）接口電路設(shè)計采用RS485連接編碼器與FPGA，RS485功能表如表3表32。其中表31為后端電子設(shè)備（FPGA）向RS485芯片發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)表，表32為編碼器端向RS485芯片發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)表。后端電子設(shè)備向RS485芯片發(fā)送數(shù)據(jù)時，為任意電平，DE為固定高電平，由DI發(fā)起，通過B,A差分傳輸出去。傳輸過程中存在一定的傳輸延遲。在編碼器端進行差分接收。表31 后端電子設(shè)備向芯片發(fā)送數(shù)據(jù)INPUTSOUTPUTSMODEDEDIBAx1101Normalx1010Normal00xHighZHighZNormal10xHighZHighZshutdown編碼器向RS485發(fā)送數(shù)據(jù)時，為低電平，DE為任意電平，通過編碼器A、B端接收來自編碼器的數(shù)據(jù)，在RO端輸出，后端電子設(shè)備在RO端接收來自編碼器的數(shù)據(jù)進行接收解碼。表32 編碼器向RS485芯片發(fā)送數(shù)據(jù)INPUTSOUTPUTSMODEDEA,B RO0x≥+1Normal 0x≤0Normal 0xInputs Open 1Normal 10 xHighZshutdown圖310 RS485與編碼器接口硬件原理圖編碼器與RS485芯片具體掛接電路如圖310所示。其中圖的上半部分一方面接收后端電子設(shè)備向編碼器發(fā)起的模式指令，另一方面接收來自編碼器應(yīng)答的位置值及校驗碼，通過VHDL程序及根據(jù)EnDat協(xié)議特性切換收發(fā)的時機。圖310的下半部分為后端電子設(shè)備向編碼器發(fā)出的時鐘，通過芯片的DI引腳輸入，上半部分的所有收、發(fā)數(shù)據(jù)均伴隨此時鐘建立。(2)解碼總構(gòu)基于EnDat編碼器接口解碼總構(gòu)框圖[49~51]如圖311所示。圖311 基于EnDat編碼器接口解碼總構(gòu)在DSP端定時中斷程序中產(chǎn)生一相對固定周期的方波信號，控制時鐘分頻器分頻輸出的時鐘，該時鐘作為FPGA內(nèi)部硬件的全局時鐘，同時作為編碼器的時鐘信號。方波周期的低電平期間時鐘分頻器進行減計數(shù)分頻，高電平期間時鐘分頻器輸出恒置為高。64位計數(shù)器根據(jù)鎖相環(huán)flag標(biāo)志（為0）進行加計數(shù)或?qū)敵銮?（flag標(biāo)志為0），在第11個時鐘脈沖后輸出控制標(biāo)志c=0，否則c=1。64位譯碼器前10個時鐘周期輸出DE信號為1，表明后端電子電路向RS485發(fā)送數(shù)據(jù)，否則DE信號為0，進而打開RS485的接收通道，移位寄存器傳輸模式指令。標(biāo)志c為1時，且判斷到RS485之RO端是否發(fā)生上升沿事件，由該事件觸發(fā)a信號提供給串并轉(zhuǎn)換，表示FPGA后續(xù)電子電路接收編碼器回送位置值的開始。串并轉(zhuǎn)換在標(biāo)志信號a為1時完成串行數(shù)據(jù)往數(shù)據(jù)寄存器的傳遞。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完后，給出鎖相環(huán)標(biāo)志flag=1，表明本輪數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束。串并轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)高字節(jié)直接送往三態(tài)緩沖選擇器，低字節(jié)經(jīng)鎖存后送往三態(tài)緩沖選擇器，在DSP端讀取虛擬映射的內(nèi)存，通過內(nèi)存地址的譯碼控制串并轉(zhuǎn)后數(shù)據(jù)的提取。FPGA構(gòu)建的結(jié)果是在DSP端形成了若干個寄存器，在DSP端操作的只是對應(yīng)DSP內(nèi)存的寄存器層面。 試驗結(jié)果分析試驗結(jié)果見圖312的示波器截圖。示波器的上半部分為后續(xù)電子電路向編碼器發(fā)起的時鐘脈沖。下半部分為向編碼器發(fā)送的模式指令與編碼器回送的位置值在數(shù)據(jù)線上的合成。整體效果符合EnDat編碼器的時序特征。圖312 實際調(diào)試信號時序波形圖 旋轉(zhuǎn)變壓器解算簡圖旋轉(zhuǎn)變壓器解算涉及數(shù)字轉(zhuǎn)換、電平轉(zhuǎn)換、CPLD譯碼、DSP讀取，簡要框圖如圖313。圖313 旋轉(zhuǎn)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(jié)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(shù)數(shù)據(jù)。峰值堵轉(zhuǎn)電壓：Up，連續(xù)堵轉(zhuǎn)電壓：Uc；峰值堵轉(zhuǎn)電流：Ip，連續(xù)堵轉(zhuǎn)電流：Ic；峰值堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩：Mp，連續(xù)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩：Mc；最大空載轉(zhuǎn)速：n0。以上七項參數(shù)標(biāo)明在圖314的電機機械特性示意圖中。 圖314 電機機械特性當(dāng)確定負(fù)載轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)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(guān)系，即為滿足工作點的電源電壓，此時的If與Mf相對應(yīng)。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(zhuǎn)點可持續(xù)堵轉(zhuǎn)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(zhuǎn)力矩≥，連續(xù)堵轉(zhuǎn)力矩≥。初選國內(nèi)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(fù)載后方位電機的最大轉(zhuǎn)速為32rad/s(1833176。/s)，滿足系統(tǒng)最大調(diào)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速（系統(tǒng)最大調(diào)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速要求計算在此不推導(dǎo)）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(biāo)。電機詳細(xì)參數(shù)如表34所示。表34 電機性能指標(biāo)性能J198LY001峰值堵轉(zhuǎn)電壓（V）27峰值堵轉(zhuǎn)電流（A）≦10峰值堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩（Nm）≧連續(xù)堵轉(zhuǎn)電壓（V）15連續(xù)堵轉(zhuǎn)電流（A）連續(xù)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩（Nm）允許峰值堵轉(zhuǎn)時間5s允許連續(xù)堵轉(zhuǎn)時間長期最大空載轉(zhuǎn)速（r/min）350電樞電阻（Ω）轉(zhuǎn)矩波動系數(shù)（%）≦6 本章小結(jié) 本章分析了光電搜索跟蹤系統(tǒng)涉及的主要幾項關(guān)鍵技術(shù)。給出了光電系統(tǒng)數(shù)字圖像光纖傳輸技術(shù)的分析及設(shè)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(jié)果。給出了慣性空間穩(wěn)定光電穩(wěn)定系統(tǒng)應(yīng)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(yīng)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(yīng)用的要點和注意事項，結(jié)合目標(biāo)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(zhuǎn)變壓器與光電編碼器獲取電機位置的及優(yōu)缺點，較詳細(xì)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(jié)果。簡要介紹了旋轉(zhuǎn)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(xué)關(guān)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