基于小波分析的惯性传感器信号Kalman滤波

针对光电跟踪系统惯性传感器信号特点,本文提出通过小波分析的方式确定相关Kalman滤波的模型及参数.该方法利用小波分析的优良特性,采用先将信号进行去噪处理,然后对去噪后的信号进行AR建模.根据小波去噪后的信号比较接近真实信号,将得到的观测噪声方差乘以一个小于1的系数后作为系统的过程噪声方差,从而确定模型的噪声参数.仿真实验结果表明,该方法不仅对惯性传感器的静态数据有很好的效果,而且对其动态观测数据也有良好的效果.同时,该方法不仅对光电跟踪系统有效,而且还具有一定的通用性.     

基于CLIPS的机载光电跟踪设备故障诊断专家系统研究

针对机载光电跟踪设备传感器种类多、单元部件结构复杂和急需快速故障定位的要求,设计了机载光电跟踪设备故障诊断专家系统;通过建立跟踪系统故障树并分析其故障特点,确定了模糊多值产生式规则的知识表示方式和冲突消解策略,构建了专家系统知识库和推理机;同时结合数据库建立的故障表和规则表,实现专家系统解释器功能;最后将CLIPS嵌入VC设计友好人机交互界面;实验表明,该专家系统操作方便,能快速准确定位故障、解释故障成因以及提供维修建议。     

音圈电机驱动的快速控制反射镜高带宽控制

分析一种音圈电机驱动的快速控制反射镜(FSM)的机械结构,由此建立其数学模型。依据模型,以不完全微分PID控制算法来消除结构谐振的不稳定影响,采用线性功率放大驱动方式,可使控制带宽超过其结构谐振频率,实现高带宽控制。实验表明,该方法应用于结构谐振频率分别为90Hz和20Hz的两种快速控制反射镜,系统的抑制带宽能分别达到315Hz和240Hz,而且该方法简单可行,通用性强。     

基于小波分析的惯性传感器信号实时处理方法

分形噪声和白噪声是影响光电跟踪系统惯性传感器输出信号精度的重要因素,采用传统的方法很难滤除分形噪声.利用分形噪声在小波变换域的特殊性质,采用小波滤波方式,并在此基础上,实现两种不同带宽的惯性传感器信号的融合.通过将阈值计算进行简化,并对信号输入延拓方式进行改进,提高了信号处理的精度,由此可以大大降低信号的小波变换长度以提高运算速度,最终在相应硬件的基础上实现信号的实时处理.最后的实验验证了该算法的有效性和实时性.     

FPGA和DSP平台惯性传感器信号小波处理

为了满足光电跟踪系统对激光陀螺信号去噪处理提出的高实时性要求,对小波阈值消噪算法的特点进行分析,提出一种基于FPGA和DSP的硬件平台实现此滤波算法,达到了高实时滤波的要求,且滤波效果明显。实验结果表明,设计的硬件系统对单频率和多频率噪声都具有去噪功能,并将输出延时降低在15μs以内。     

快速控制反射镜系统中的传递函数辨识

提出一种传递函数辨识方法。该方法使用非线性最小二乘曲线拟合法,结合控制对象的传递函数模型选取参数初始值,针对不同的频率特性分段拟合。使用该方法可以将复杂的控制系统频率特性转化为高精度的传递函数。在系统的中低频段内获得幅频±1dB和相频±1°的传递函数辨识精度。由此设计的数字补偿器有效补偿了机械谐振带来的影响,扩宽了控制系统的闭环带宽。传递函数辨识方法摆脱了数字补偿器设计依赖手工调试的状况,并可以提供复杂的数字补偿器以得到高性能的控制系统。     

基于液晶空间光调制器的光束偏转控制

液晶空间光调制器(LCSLM)通过实时调制波前倾斜实现光束偏转,与传统的快反镜相比,具有非机械调制、体积小、功耗低、轻巧灵敏等优点,可应用于空间光通信中。简单介绍了液晶实现光束偏转的原理,并测试了LCSLM的调制特性,根据调制特性设计基于LCSLM的光束偏转闭环系统。实验结果表明LCSLM能有效地抑制光束抖动,使相对误差小于±1.75%。分析了LCSLM的衍射效率对于光束质量的影响及液晶响应速度、系统传输时延和算法复杂度对控制系统带宽的制约。     

改进根轨迹的快速反射镜控制参量设计

为了保证快速反射镜控制系统在时域和频域同时具有良好性能,采用了一种改进根轨迹的控制参量设计方法。首先,根据辨识出的模型,建立音圈电机驱动的快速反射镜传递函数的根轨迹;其次,根据对控制系统性能指标的要求,导出闭环控制系统预期主导极点位置;再次,通过配置控制器的零点位置,使系统的根轨迹具有预期的主导极点;最后,根据模值公式和相角公式,确定系统增益和控制器极点位置。结果表明,采用改进根轨迹法设计的控制系统具有良好的动态性能,还可以有效抑制闭环系统的机械谐振,而且简单易行、通用性强。     

快速反射镜扰动信号的模糊补偿控制

为了抑制扰动信号对快速反射镜系统输出性能的影响,保证快速反射镜结构特性改变后控制系统抑制扰动信号的能力,提出了一种对扰动信号进行模糊补偿的复合控制系统。系统中,模糊控制环节的输出参数同时用于整定PID控制参数和前馈环节控制参数,补偿系统因扰动造成的偏差,控制系统不需要增加额外的传感器,不会增加硬件系统的复杂性。利用频域分析方法,设计PID控制器的控制参数,进而设计模糊控制的规则。最后,对这种控制系统进行了仿真实验分析,结果表明:快速反射镜的结构参数变化前后,扰动模糊补偿控制系统对系统中的扰动信号均具有较高的抑制能力。     

两种惯性传感器数据融合

基于闭环控制器调整合成姿态角的融合原理,用DSP构建了数字融合滤波器。融合过程通过PID闭环控制器实时校正动力调谐陀螺仪测量的低频数据,再用该数据修正没有低频和直流分量的角速率传感器的测量数据,从而得到高低频段测量特性较好的融合数据。该过程实现了测量带宽高低不同两种惯性传感器的数据融合。融合滤波器的融合效果测试结果表明,融合后的数据除了在交接频率10Hz附近的测量特性与真实数据有误差(幅值最大衰减-4.5dB,相移最大25o)外,在别的频段都与真实数据吻合得比较好。融合后的测量带宽可达到1000Hz,测量噪声为2.346″(RMS),因而其测量特性优于所选用传感器中的任意一种。在现有传感器不能满足要求的前提下,其应用为宽带宽惯性测量的实现提供了新思路,也为宽带宽惯性稳定系统的实现提供了前提条件。