1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春30033
2 中国科学院 航空光学成像与测量重点实验室，吉林长春130033
在某型面阵分幅步进成像的航空光电载荷中，俯角分幅步进控制系统存在位置给定突变以及电机启停导致机身整体微晃动的问题，使系统调整时间延长超过时序控制并影响成像效果。提出了串级动态复合限幅控制方法，在带有Anti-Windup的主副回路串级控制基础上，根据“一周拍照开始信号”和“位置/速度控制信号”动态规划电压限幅和速度限幅的幅值，实现对步进给定突变的自适应以及根据需要减小机身整体微晃动影响，最终满足载荷时序控制要求。控制实验测试及动态成像实验表明：在该航空光电载荷俯角分幅步进控制系统采用串级动态复合限幅控制后，实现了拍照段步进位置和返程段回位控制的快速性和稳态性能，拍照段位置步进控制的稳态调整时间缩短了26.56%，返程段位置回位控制的稳态调整时间缩短了18.47%。该方法满足载荷时序控制要求，提高了动态成像的横向像移补偿效果。
航空光电载荷 航空相机 限幅 抗饱和 串级控制 airborne optical electronic load aerial camera amplitude limitation anti-windup cascade control 光学 精密工程
2023, 31(13): 1922
1 中国科学院西安光学精密机械研究所空间光学应用研究室, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院西安光学精密机械研究所光电测控技术研究室, 陕西 西安 710119
基于最小二乘法,利用面积加权的平均运动推导出了光学元件的表面平均刚体运动方程。基于微振动进行了光学系统调制传递函数(MTF)的影响分析,计算了相应的像移量及对应的系统光轴偏转角。利用刚体运动方程对频率响应分析数据进行了处理。根据系统光轴偏转角要求反推了光电载荷安装面的微振动量级要求。通过定频微振动实验实时测试了系统MTF。结果表明,分析结果与测试数据的误差均在20%以内,满足工程应用的要求,并验证了该计算方法的正确性。
光计算 光机集成 微振动 表面刚体运动 调制传递函数 空间光电载荷
海鹰航空通用装备有限责任公司, 北京 100074
无人机系统重要的侦察设备是光电载荷。为了使光电载荷获得清晰的图像, 提出了新的控制策略, 以抑制视轴的扰动。首先, 以两轴两框架光电载荷为研究对象, 分析了其结构和工作原理; 然后, 分析了影响视轴稳定精度的扰动因素并将其分类; 接着, 提出了双速度环控制策略, 设计了自抗扰稳定控制器; 实验研究表明, 采用该视轴稳定技术的光电载荷, 其扰动抑制的效果能够达到技术指标要求。
侦察无人机 光电载荷 视轴稳定 自抗扰控制 双速度环 reconnaissance UAV opto-electronic load line-of-sight stabilization Active Disturbance Rejection Control (ADRC) dual rate-loop
1 中国科学院 航空光学成像与测量重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
3 中国科学院大学, 北京 100049
针对远距离、长焦距、高分辨机载光电成像载荷对提升视轴指向控制精度的迫切需求, 从电流、速度、位置三环控制的基本原理入手, 对电机的力矩控制、干扰的抑制、对延迟的鲁棒性等问题进行了分析。首先, 分析了新型无刷电机电流驱动和控制方法及相应的优缺点。论述了主动抗扰内回路以及速度反馈外回路控制问题, 从算法的角度提高对视轴运动速度的控制性能; 另一方面, 考虑机械结构刚度对控制增益的制约, 从两级控制结构的角度对相应的控制方法进行分析。对目标跟踪控制这一典型位置环控制问题进行了分析, 从时滞反馈控制的角度论述了相应的理论研究进展。最后, 综合当前技术发展趋势给出机载光电载荷视轴指向控制技术的思考和建议。
机载光电载荷 视轴指向控制 主动抗扰 两级控制 目标跟踪 airborne photoelectric payload: line of sight cont
主要围绕无人机到无人机系统及其相应配套光电载荷的发展进行探讨, 在无人机系统方面, 通过多个可能的未来无人机系统的协同工作模式强调了无人机系统顶层设计的重要性, 建议尽早规范国内的军用无人机市场, 制订相关的无人机规范; 在光电载荷方面, 介绍了其中主流传感器形式随无人机系统发展的相应变化, 总结了 UAS所要求的高性能、多用途、多光谱/超光谱、通用及开放架构、智能化、小型化等发展趋势, 并简单介绍了各自采用的技术手段。
无人机 无人机系统 光电载荷 传感器 UAV UAS opto-electronic payload sensor
·简要介绍了无人机优势及应用范围，对目前世界上主要固定翼无人机及无人直升机的光电载荷进行了研究分析，在此基础上，对新型无人飞行器概念平台进行介绍。最后总结了无人机光电载荷发展趋势，即随着无人机平台技术及光电载荷技术的迅速发展，长航时、良好隐身性、多用途、具备主动光电干扰能力、高智能将是无人机光电载荷的发展趋势。
无人机 光电载荷 unmanned aerial vehicle (UAV) electro-optical payload
1 中国航空工业洛阳电光设备研究所，河南洛阳471009
2 郑州大学，郑州450052
3 空军驻石家庄地区军事代表室，河北邯郸056028
轻型光电载荷在对目标进行搜索、探测、识别、跟踪时,必然要受载机的振动、风阻扰动等干扰因素的影响，造成视轴抖动，视频图像晃动、模糊，降低成像质量，设计合理的隔震系统，提高光电载荷视轴的稳定性和跟踪精度显得尤为重要。从结构设计的角度出发，对隔震系统的隔振理论、工作机理和设计要点进行了详细说明，给出了橡胶减震器和金属橡胶减震器各自的适用范围。振动试验结果表明：金属橡胶减震器设计合理、性能可靠；光电载荷成像质量好、稳定精度高。
航空侦察 轻型光电载荷 稳定精度 隔振理论 金属橡胶减震器 aerial reconnaissance lightweight photoelectric payload stability accuracy vibration isolation theory metal rubber isolator
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所中国科学院航空光学成像与测量重点实验室，吉林 长春 130033
介绍了近年来国外航空光电载荷的研究进展。综述了可见光、红外探测器的发展现状，分析了多频谱瞄准系统(MTS-A/B)吊舱、电光目标瞄准系统(EOTS)、DB-110第三代传感器等3种典型先进光电设备的性能，给出了它们的工作参数，并对上述设备所体现的共形光学、光谱成像、稳定与像移补偿、图像处理等技术做了详细阐述。同时，就其需要解决的关键技术做了进一步的分析和探讨。
光电载荷 光电侦察 态势感知 传感器 opto-electrical payload opto-electrical reconnaissance state awareness sensor
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春130033
介绍了无人机载设备的技术特点及机载小型图像处理器的组成。采用TI公司的数字信号处理器芯片为核心处理器，配合现场可编程逻辑器件(FPGA)与外部管理微控制单元(MCU)来实现目标数据的采集与处理，设计了适用于无人机光电载荷的超小型图像处理器系统。针对机载设备的特点，设计时充分考虑了体积、重量、功耗等要求。该系统已应用于多台套机载光电载荷中，工作稳定可靠，满足无人侦察机对捕捉和定位目标的要求。
无人机 光电载荷 数字信号处理器 图像处理器 Unmanned Aerial Vehicle(UAV) opto-electrical payload Digital Signal Processor(DSP) image processor
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,长春 130033
光电载荷的主要功能是用光电传感器实施遥感与测量,以搜索/探测感兴趣的目标,并以一定的精度对目标定位,实现遥感/测量一体化。一种无人机光电载荷,由20×变焦可见光电视、宽/窄视场可切换长波前视红外和重频5Hz的脉冲激光测距机构成,紧凑安装在25μrad稳定精度的两轴四框架稳定平台上,使可见、红外、激光三轴对准精度优于20″,测角精度优于1mrad。试飞表明,光电载荷下传图像清晰,目标定位数据可信。提高激光重频和平台隔离度,可改善搜索/探测效率与质量。
光电载荷 遥感测量 三轴对准 隔离度 optoelectronic payload remote sensing measuring three axes alignment isolation
