精确导引系统的跟踪算法仿真及微伺服控制器设计

论文摘要

近年来,光电制导武器例如激光制导炸弹、导弹等以其高精度和高命中率在现代战场上被广泛的使用,对我方重要设施构成了严重的威胁。为了对抗这些高精度高命中率的光电武器,一种十分有效的手段就是利用强激光武器去软杀伤或硬破坏上述光电武器的光学系统和光电传感器。如何精确定位光电制导武器的光学系统是首要解决的问题,但是例如雷达、红外技术等传统的方法满足不了导引所需要的高精度要求,而利用这些光学系统本身的“猫眼效应”特性在CCD探测器上所成的像去精确定位目标最为理想。基于“猫眼效应”的精确导引系统正是利用这一思想对远距离处的光电武器装备的光学系统或光电传感器精确定位,实现对强激光束的导引。本文的主要工作如下:1、介绍了基于“猫眼效应”的精确导引系统,分析了系统中各个功能模块的功能以及要求,并对整个系统的工作流程给予了阐述。2、针对猫眼回波图像的特点,通过分析、比较几种对猫眼回波图像中的猫眼光斑的跟踪算法,选取了质心算法作为对猫眼光斑的跟踪算法。然后利用MATLAB对猫眼回波图像序列进行了跟踪算法仿真,为精确导引系统中视频取差器对猫眼光斑的跟踪算法提供了理论依据和仿真验证。3、根据精确导引系统中其他功能模块的功能及需求,设计了精确导引系统中的微伺服控制器,并对微伺服控制器硬件和软件的设计以及实现的功能进行了详细的介绍。4、结合微伺服控制器和微伺服反射镜进行了实验,测出实验数据并进行分析。最后,联合精确导引系统中的CCD探测器、视频取差器、微伺服控制器以及微伺服反射镜四个功能模块完成精确导引系统的演示实验。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及其意义
• 1.2 国内外发展动态
• 1.2.1 国外发展动态
• 1.2.2 国内发展动态
• 1.3 本文所做的主要工作
• 第二章 基于“猫眼效应”的精确导引系统
• 2.1 精确导引系统的组成及各部分的功能
• 2.1.1 激光照射器
• 2.1.2 CCD 探测器
• 2.1.3 视频取差器
• 2.1.4 微伺服控制器
• 2.1.5 微伺服反射镜
• 2.2 精确导引系统的工作流程
• 第三章 “猫眼”回波光斑的跟踪算法仿真研究
• 3.1 “猫眼效应”原理
• 3.2 跟踪算法的选取
• 3.3 质心算法仿真
• 3.3.1 图像预处理方法
• 3.3.1.1 中值滤波
• 3.3.1.2 形态学滤波
• 3.3.2 阈值分割原理
• 3.3.2.1 直方图法
• 3.3.2.2 最大类间方差法
• 3.3.3 质心算法原理
• 3.3.4 仿真实验
• 3.3.4.1 图像预处理
• 3.3.4.2 阈值分割
• 3.3.4.3 质心求取
• 3.4 本章小结
• 第四章 微伺服控制器的设计
• 4.1 功能要求
• 4.2 方案选择
• 4.3 微伺服控制器的硬件设计
• 4.3.1 C8051F040 单片机
• 4.3.2 FPGA
• 4.3.3 RS-232 和RS-422 接口
• 4.3.3.1 RS-232 接口
• 4.3.3.2 RS-422 接口
• 4.3.4 CAN 总线接口
• 4.3.4.1 CAN 总线简介
• 4.3.4.2 CAN 总线接口的组成
• 4.3.4.3 通信协议与报文格式
• 4.3.5 AD 转换接口
• 4.3.6 DA 转换接口
• 4.3.7 压电陶瓷的驱动电路
• 4.3.8 微位移传感器
• 4.3.9 电源
• 4.4 微伺服控制器的软件设计
• 第五章 实验结果
• 5.1 微伺服控制器的输入码与输出电压测试
• 5.2 微伺服反射镜最大偏转角度
• 5.3 微伺服反射镜偏转角的非线性特性
• 5.4 微伺服反射镜的迟滞特性
• 5.5 微伺服控制器的频率特性
• 5.5.1 无负载频率特性
• 5.5.2 带负载频率特性
• 5.5.3 阶越响应
• 5.6 精确导引演示实验
• 5.6.1 实验环境及实验设备
• 5.6.2 实验安排
• 5.6.3 演示结果
• 第六章 总结
• 6.1 本文的主要工作
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 硕士期间论文发表情况