光电跟踪测量系统综合控制器子系统伺服设计报告

目次1设计依据12设计要求121功能要求122技术指标1221跟踪方式1222角跟踪范围1223跟踪速度和加速度2224跟踪精度和过渡过程2225记忆跟踪223使用要求2231环境适应性2232可靠性指标2233维修性2234电磁兼容性33系统工作原理及组成331综合控制器工作原理3311太阳角规避功能5312跟踪方式切换5313限位保护功能5314自检功能532综合控制器硬件组成5321DSP控制卡6323功率级10324电机参数1033接口设计114伺服控制参数设计1141系统的品质要求1242速度回路设计1243位置回路设计13431半自动跟踪13432数字引导跟踪14433电视自动跟踪1544融合跟踪设计16441时间同步和量纲对准17442数据关联17443状态估计1845记忆跟踪设计2046目标捕获设计215软件设计226可靠性设计2561可靠性模型2562可靠性设计257维修性设计261设计依据依据光电跟踪测量系统综合控制器子系统设计任务书。2设计要求21功能要求A具有单杆半自动跟踪、电视自动跟踪、数字引导跟踪功能；B跟踪方式可平滑转换功能；C数字通讯功能；D记忆跟踪功能；E保护功能；F太阳角规避功能。22技术指标221跟踪方式A半自动跟踪具有机下单杆半自动跟踪功能，单杆归零后经纬仪无爬行；B数引跟踪能够接收主控计算机的引导信息，完成机载GPS引导、雷达引导、定点引导、互引导等跟踪功能；C自动跟踪能够完成两个可见光电视、两个红外系统自动跟踪功能，跟踪稳定可靠；系统待机采用凝视状态等待目标，一旦目标进入视场，可实现对目标的捕获。D各种跟踪方式平稳切换跟据需要手动切换跟踪方式，或根据事先约定的优先级完成数引跟踪、电视自动跟踪、红外自动跟踪等方式的自动切换，并实现各种跟踪方式下满足切换条件的平稳切换。222角跟踪范围高低角5185；方位角无限制。223跟踪速度和加速度保精度角速度0005/S40/S；最大角速度60/S；保精度角加速度0/S220/S2；最大角加速度100/S2。224跟踪精度和过渡过程在保精度工作角速度和角加速度条件下，电视/红外自动、程序引导跟踪误差最大值不大于3，电视随机误差均方根值不大于20，红外随机误差均方根值不大于30。阶跃信号输入在线性范围内的条件下，跟踪系统的过渡过程时间不大于1S。225记忆跟踪系统具有记忆跟踪功能，保证在丢失目标时间不大于3S时，能继续跟踪。23使用要求231环境适应性A存放温度30C60C；B工作温度0C55C；C相对湿度95（25C时）；D设备应具有较好的防尘、防霉、防盐雾能力。232可靠性指标A平均无故障工作时间MTBF3000H；B连续工作时间TC12H；233维修性平均故障修复时间MTTR05H（对于一线可更换部件）。234电磁兼容性设备应具有良好的电磁兼容性，能经受实际工作环境中各种设备所产生的电磁辐射，并对其它设备不产生干扰。3系统工作原理及组成31综合控制器工作原理综合控制器采用PCI总线结构计算机，并配以PCI总线构架的串行通讯卡、伺服控制卡和网卡。综合控制器主要工作任务是完成数据通讯、伺服控制、多传感器数据融合。按照功能结构划分，综合控制器可以分为伺服控制模块和工控机模块。其中伺服控制模块由DSPFPGA结构的伺服控制卡组成，它主要负责接收按键信息、工作状态信息、采样信号、编码器数据、各个图像处理器数据和多特征图像处理系统数据，采集单杆数据，同时和工控机进行PCI数据通讯，最终利用这些数据完成伺服跟踪控制运算，产生PWM调宽波驱动电机实现伺服跟踪。工控机模块由内插两块串口通讯卡和网卡的工控机组成，它主要负责数据通讯和多传感器数据融合。工控机的数据通讯功能主要是通过串口卡与主控计算机、各个视频存储系统、编码器、GPS/B码时统终端、各个图像处理器、调光调焦控制系统、激光器以及光纤通讯模块进行RS422数据通讯，同时与伺服控制卡进行PCI数据通讯。而多传感器数据融合功能主要是工控机采集各个图像处理器脱靶量数据、主控计算机引导数据以及GPS引导数据等目标数据，通过数据融合算法实现比单一处理器数据跟踪更稳定的目标跟踪。伺服控制模块通过控制方位和俯仰力矩电机的运转来实现对空间目标的跟踪测量，它由方位和俯仰两套位置随动系统组成，控制方式采用双闭环控制结构，内环为速度环，外环为位置环。执行元件为力矩电机，采用H型单极可逆PWM驱动方式。伺服控制模块可以实现半自动跟踪、电视自动跟踪和数学引导跟踪三种跟踪方式。半自动跟踪时，操作手通过监视器观察目标并操纵单杆动作，从而使与单杆相连的方位和俯仰两套传感器产生相应输出电压，并经过A/D转换后送入控制器。控制器对单杆数据按位置调节器算法进行运算后作为速度回路给定，再经速度调节器算法运算后产生控制信号送往功率级驱动电机，半自动跟踪控制原理框图如图1所示。电视自动跟踪时，电视系统能将视场中目标与视场中心位置的偏差形成脱靶量传送给控制器。控制器对接收的脱靶量进行位置调节器和速度调节器的运算后产生控制信号送往功率级。此外在电视跟踪时由于脱靶量的滞后，通常还在速度环中加入速度滞后补偿甚至加速度滞后补偿环节，以弥补脱靶量的滞后影响，提高跟踪精度。电视自动跟踪控制原理框图如图2所示。数字引导跟踪时，主控计算机系统将目标的位置和速度信息送入控制器，其中速度信息是前馈引入速度回路以构成复合控制，以提高系统的跟踪精度。数引随动跟踪控制原理框图如图3所示。数据融合跟踪时，综合控制器将有效的目标数据进行数据处理，然后通过融合算法算出目标的融合位置，用此融合位置数据进行自动跟踪引导。数据融合控制原理框图如图4所示。图3数引随动跟踪控制原理框图目标速度速度前馈速度回路校正位置回路校正微分测速编码器电机加负载目标位置图1半自动跟踪控制原理框图单杆编码器微分测速校正放大速度校正放大电机加负载图2电视自动跟踪控制原理框图速度滞后补偿加速度滞后补偿目标位置校正放大编码器速度校正放大电机加负载微分测速脱靶量N编码器位置数据脱靶量1编码器位置数据预测滤波预测滤波加权数据融合目标位置量位置校正微分测速速度校正电机加负载编码器引导数据1预测滤波引导数据N预测滤波图4数据融合控制原理框图311太阳角规避功能综合控制器通过串口卡接收主控计算机传来的经过太阳角规避处理的目标引导航迹数据，综合控制器按照平滑切换方式根据状态信息将跟踪功能切换到太阳角规避上即可。312跟踪方式切换切换过程中采用一阶控制器改善其动态过程效果，等到切换过程稳定或小偏差时转入二阶控制器保证其跟踪精度。同时切换的过程中将前一种跟踪方式的偏差按照递减的方式保存下来，并将其加到切换后的跟踪方式的偏差上，将总偏差送一阶控制器。这种切换方式经实际工程验证，效果很好。313限位保护功能经纬仪电限位时，综合控制器会收到电限位开关发过来的脉冲状态信号，如果收到此信号综合控制器会发反向满码调宽波来保护仪器，使经纬仪最大程度减小撞击。314自检功能检查各个系统通讯数据是否正常。32综合控制器硬件组成综合控制器硬件结构如图5所示，采用凌华工控机，内插PCI总线架构的DSP控制卡及串行通讯卡。DSP控制卡接收到编码器、电视脱靶量后，一方面用于自跟踪运算，另一方面通过PCI总线送给工控机进行融合处理。工控机将融合处理的结果通过PCI总线回送DSP控制卡用于跟踪，同时通过串行通讯卡与一些外部系统实现串行通讯功能。BUS方位、俯仰力矩电机接口DSP800HZ、200HZ中断PCI主控计算机编码器机下单杆工控机俯仰0、180度限位俯仰手动/机动方位、俯仰启动方位、俯仰功率级报警跟踪状态控制按键GPS/B码时统终端调光调焦控制系统综合控制器串行通讯卡1A/D采集I/O口串口PWM捕获电视图像处理模块测量电视图像处理模块中波红外图像处理模块编码器长波红外图像处理模块串行通讯卡2P1P2P3P4P5P6P7P2RXDRXD捕获电视图像处理模块测量电视图像处理模块P3P4RXDP1P8RXDP5P6P1P2P5P6P7光纤通讯模块多特征图像处理系统P8中波红外图像处理模块激光器长波红外图像处理模块RXDP7P8捕获电视视频存储测量电视视频存储中波红外视频存储长波红外视频存储多特征图像处理系统RXDRS422RS422RS422RS422RS422RS422RS422RS422RS422RS422RS422RS422RS422RS422RS422RS422RS422RS422图5伺服系统结构框图321DSP控制卡DSP控制卡主要由DSP芯片、FPGA、串行通讯芯片、A/D芯片、PCI总线接口芯片组成，主要完成功能有位置回路、速度回路的运算；单杆模拟量采集；读取操控按键，并点亮相关指示灯；采集编码器和电视脱靶量串行通讯数据；与工控机进行PCI总线数据交换。DSP采用TI公司的TMS320F2812，它具有运算精度高、速度快、使用灵活以及集成度高等优点，主要完成位置回路、速度回路运算及外围设备的控制功能。FPGA用于辅助DSP对外围设备的逻辑控制，选用CYCLONE系列FPGA中的EP1C12Q240C8，具有12060个逻辑单元LE和173个I/O口，可以内嵌4K的RAM。FPGA采用模块化的设计思想，内部设计结构图如图6所示，主要完成的功能有以下三个部分产生PWM调宽波信号；实现DSP与串行通讯芯片、A/D芯片的接口逻辑；内嵌双口RAM，实现PCI总线接口芯片的本地仲裁。图6FPGA设计框图串行通讯芯片采用ST16C654，其具有64字节输入输出FIFO，它由四个增强的16C650异步通信单元加驱动逻辑组成，从而构成四个通道的串行通讯，而且相互独立，每个通道的最高通讯速率可以达到1MBPS。串行通讯芯片主要完成DSP与外部系统进行串行数据通讯。单杆模拟数据采集接口采用AD7864芯片实现A/D转换功能，并用FPGA实现对AD7864芯片的控制以及DSP的逻辑接口功能，AD7864主要特性有4通道单端输入，12位分辨率；输入模拟量电压范围10V，5V可选；PCI总线仲裁RAMRAM仲裁16C54地址仲裁AD7864地址仲裁16C54读写、数据总线AD7864读写、数据总线DSP地址数据及控制总线PCI总线调宽波功率级可达165S转换速度。A/D转换主要完成的功能是采集单杆方位和俯仰传感器的模拟电压输出量，并转换为12位数字量送给DSP。PCI接口芯片采用PLX公司的PCI9054，其工作于从模式，通过PCI总线与工控机数据交换。工控机接收到多个电视脱靶量后，进行融合预处理，并将预处理的结果通过PCI总线送给DSP控制卡进行位置和速度回路校正运算。DSP伺服控制卡3D图如图7所示。图7DSP伺服控制卡3D图322串行通讯卡串行通讯采用研华公司的PCI1622CU型号PCI接口8路串口卡，该串口卡符合PCI22规格，速度最高可达9216KBPS，具有8个RS422/485端口和128字节FIFO标准的16PCI954USRT，I/O地址由PCI即插即用功能自动分配。支持WINDOWS98/ME/2000/XP/XPEMBEDDED,LINUX操作系统。具有提高系统性能的中断状态寄存器、预留终端电阻空间、自动RS485数据流控制、易于使用的强大工具ICOMTOOLS、通用PCI支持33V或5VPCI总线信号、2500VDC浪涌保护和2500VDC隔离保护。PCI1622CU串口卡图如图8所示。图8PCI1622CU串口卡图串口卡插在综合控制器的PCI插槽上，通过PCI总线将各系统通讯数据传送到DSP伺服控制器内，DSP也可以通过此串卡回送数据。综合控制器按照200HZ的时统数据帧频工作，通讯卡接收一帧时统数据后，硬件会产生中断信号，综合控制器响应该中断后，对时统数据解码，当判断出该时统数据为10MS的整数倍时，读取连接其他系统的串行端口的FIFO数据，并一起和时统数据打包发送。当采样信号到来后，编码器数据要先于时统数据发送完毕，从而可保证时统数据和编码器数据同时对齐打包发送。通讯数据内容按照通讯协议要求发送。串行通讯接口主要完成的功能有A完成与捕获电视图像处理器、测量电视图像处理器、长波红外图像处理器、中波红外图像处理器和多特征图像处理系统的数据通讯，向其发送角度信息、时间信息、距离信息、控制命令等数据；B完成与编码器系统的通讯，与编码器进行双向数据通讯，转发主控计算机控制命令；C完成与主控计算机的通讯，接收控制命令，发送采集的各系统信息；D完成接收GPS/B码时统终端的通讯，接收时间信息及自检状态信息；E完成与捕获电视、测量电视、中波红外和长波红外视频存储系统的通讯，接收视频存储系统的信息，向视频存储系统系统发送角度信息、时间信息、距离信息、控制命令等；F完成与调光调焦系统的通讯，接收调光调焦系统工作状态及自检信息，向调光调焦系统发送控制命令，距离调焦信息；G完成与光纤通讯系统的通讯，接收光纤通讯系统的工作状态及自检信息；H完成与激光测距机的通讯；323功率级伺服功率放大器采用6单元IGBTIPM智能模块为核心功率器件。IPM模块的驱动电路内置，具有软开关功能，能防止误导通。IPM内含多种保护电路过流保护、负载短路保护、控制电压欠压保护及过热保护，并内含报警输出功能。当IPM出现保护动作时，有报警信号输出，该信号可使控制计算机停止输出驱动信号，并有指示灯显示报警。324电机参数A方位力矩电机峰值堵转电压70V7V峰值堵转电流25A峰值堵转力矩不小于600NM70V时空载转速25R/MIN连续堵转力矩不小于350NM连续堵转电压40V4V连续堵转电流145A转动惯量36KGM2力矩波动系数不大于1重量97KGB俯仰力矩电机峰值堵转电压60V6V峰值堵转电流63A峰值堵转力矩不小于64NM60V时空载转速50R/MIN连续堵转力矩不小于40NM连续堵转电压38V38V连续堵转电流4A转动惯量0105KGM2力矩波动系数不大于2重量135KG根据以往类似设备检测数据，选用该型号力矩电机可满足最大速度和最大加速度的任务要求。33接口设计A串行通讯接口除与编码器系统通讯频率为800HZ、捕获电视系统通讯频率为50HZ外，其他系统的通讯频率为100HZ。除与多特征图像处理子系统的波特率为1152KB/S外，其他系统波特率为2304KB/S；接口电平为RS422；BPCI总线接口工控机和伺服控制模块之间采用PCI总线方式进行数据交换；CI/O接口采集俯仰0、180限位状态，方位、俯仰启动状态，长波红外、中波红外测量电视、捕获电视、数学引导、融合跟踪、单杆跟踪的跟踪状态，方位俯仰功率级故障报警，并输出跟踪状态供显示；D同步信号接收接口接收时统送来的800HZ，200HZ采样信号，RS422接口，负脉冲，脉宽3S10S；EPWM输出接口输出方位4路PWM调宽信号，俯仰4路PWM调宽信号。4伺服控制参数设计伺服系统是一个位置随动系统，采用速度和位置双闭环的串级控制结构。设计方法上，采用连续系统频率特性法设计调节器，然后用双线性变换方法进行离散化处理，以实现计算机控制。由于设计方位、俯仰控制结构的调节器方法相同，因此仅以方位系统为例进行设计。方位控制对象传递函数为（1）02681GSS41系统的品质要求根据技术指标要求，在保精度工作范围内，为保证跟踪精度，系统的品质因数要求为在最大保精度速度40/S和最大保精度加速度20/S2情况下，要求系统品质因数达到（2）MAX4036“80VK（3）AX2436“42速度回路设计综合考虑速度回路校正参数取为（6）426091053VCSSGS校正以后的速度开环传递函数是（7）1018VOSS速度回路开环频率特性如图9所示，剪切频率CV832RAD/S，相位裕度PM697，系统满足稳定条件。图9速度回路开环频率特性图43位置回路设计位置回路设计的目的是实现伺服系统所要求的在一定速度、加速度条件下稳态和动态性能指标。影响伺服系统的稳态及动态性能主要因素是传感器采样频率和滞后时间、位置回路的带宽、开环增益和无差度型别等。应根据不同的跟踪方式，设计不同的校正控制器。431半自动跟踪半自动跟踪时位置回路人工闭环，输入值即为经A/D转换后的单杆电压。另外位置回路是采用带有死区的抛物线函数对单杆进行非线性校正，以满足系统低速和高速的要求，并保证单杆归零不爬行，实际使用效果明显。其特性曲线如图10所示，输入输出特性函数可表示为（8）20KXAXYA其中K与A可以根据实际情况进行修改。432数字引导跟踪引导跟踪由于具有速度前馈，系统精度很容易达到，以稳定性作为重点考虑。位置回路校正环节取为（9）30416PCSGS此时位置回路的开环频率特性如图11所示，系统开环剪切频率为C216RAD/S，相位裕度PM707。计算出这时系统的速度品质因数，30VK加速度品质因数，不能满足系统精度要求。为提高系统精度，引入速53AK度前馈构成复合控制，取速度补偿系数K097，可计算出此时系统速度品质因数，加速度品质因数，远远满足系统精度要求。968VK168AK根据系统跟踪性能要求，对于保精度角速度40/S和角加速度20/S2，输入正弦信号，仿真结果如图12所示，系统跟踪误差最大值80SIN5TTYX图10单杆非线性校正特性曲线图11数引跟踪位置回路开环频率特性图28，满足技术指标要求。另外考虑到实际情况下有时引导信息不准确，距目标的实际位置有一定偏差，此时可将单杆数据叠加到引导位置值上，通过操作单杆来修正引导信息的位置偏差，以满足实际工作需要。图12数字引导正弦跟踪误差曲线433电视自动跟踪由于捕获电视采样频率25HZ，而其他电视的采样频率为100HZ，因此捕获电视脱靶量的滞后时间大于其他电视系统。为方便电视跟踪方式切换及融合设计，这里只针对25HZ捕获电视跟踪设计位置回路参数，而其他电视跟踪采用相同参数时也必满足跟踪精度要求。25HZ电视采样频率下位置回路校正函数为（10）21045PCSGS这时系统的速度品质因数，加速度品质因数，无法满足VK135AK系统加速度品质因数的要求。对此加入速度滞后补偿函数（11）0341VDS可计算出此时速度品质因数，加速度品质因数，满足系57VK490AK统精度要求，图13为采用速度滞后补偿的位置回路开环频率特性图,此时开环剪切频率RAD/S，相位裕度，满足系统稳定条件。用等效正弦12C0624MP作仿真输入，系统跟踪误差最大值小于3，仿真结果如图80SIN5TT14所示。图1325HZ带速度滞后补偿位置回路开环频率特性图图14速度40/S和加速度20/S2电视跟踪误差曲线44融合跟踪设计融合跟踪是利用经纬仪上多传感器数据源及外引导数据源的信息进行融合处理，以实现对目标轨迹的精确预测，从而保证在数据源遇到干扰的情况下依然能对目标进行稳定跟踪。当电视自动跟踪目标后，融合跟踪算法自动启动，以保证电视自动跟踪的稳定性，融合跟踪也可手动解除，以便在某些情况下实现对多目标跟踪及切换功能。融合处理过程主要有时间同步和量纲对准、数据关联以及状态估计。441时间同步和量纲对准伺服系统接收电视处理器等多传感器数据源和引导信息源，但各传感器的工作频率及处理时间不同，观测的数据存在时间差，因此在融合前必须进行时间对齐。考虑到编码器的采样频率最高，忽略数据传输延迟，以接收编码器数据时刻为伺服系统工作时间基准，其它传感器的观测数据同步到该时间基准上来，同步方法采用卡尔曼滤波器的预测方程和误差协方差矩阵。假定在时刻得到第个电视传感器在时刻的脱靶量，则可将时刻ITKJTJKJT的编码器值与脱靶量相加后得到带有观测误差的目标位置值，利用卡尔曼JXT滤波方程求得该时刻目标状态的滤波估计后，则目标状态估计的同步|KJXT方程（12）|KIJKIJTTT协方差的同步方程（13）|TTKIJKIJKIKJJKJPTTPTTQT根据上述两式得到和后，即可根据加权航迹融合算法，|IJX|IJ忽略各传感器之间的互协方差，得到目标的融合轨迹（14）112NXPXPX（15）1量纲对准就是把各传感器的数据进行量纲统一，量纲统一基准为编码器值。442数据关联数据关联就是把来自多个传感器的观测点迹按最大概率归类到几个不同的事件集合中。由于经纬仪上的多个传感器通常是对同一个目标进行跟踪，因此只有一个事件集合也就是目标点迹形成的航迹，数据关联问题也就变得十分简单，实质上就是判断观测点迹是航迹上的真点迹还是噪声造成的假点迹，如果是真点迹则更新目标的航迹，如果是假点迹则予以剔除。同样假定电视传感器时刻得到的点迹为真点迹，则根据卡尔曼滤波JTJXT方程可得到时刻的目标滤波点迹，经过一个电视采样周期后,电视JT|JTT传感器得到时刻的目标点迹，这时就需要判断该时刻点迹是否为JTTJXTT真点迹。具体做法是利用卡尔曼预测方程得到时刻的目标预测点迹JT，然后以该预测点迹为中心，设置一关联门，目标点迹落在关联门|JJXT内，则认为是真点迹，否则认为是假点迹。为简单起见，通常选取矩形关联门，此时判定准则为（16）|JJJRXTTTK（17）2RP式中测量的标准差，卡尔曼滤波器预测标准差，P门限系数。K443状态估计状态估计就是利用数学方法来寻求与观测数据最佳拟合的状态向量，它是融合跟踪算法中重要的一个过程，上述两步骤都需要利用状态估计知识。目前最普遍使用的状态估计方法是卡尔曼滤波器，它采用状态方程来描述目标的运动方程，并以递归形式求解目标状态的最优估计。假定目标运动状态方程形式（18）|11KKKXW观测方程（19）KKZHV这时目标状态的最优估计为（20）|1|1KKKXKX其中，表示在时刻预测时刻的状态值，即卡尔曼一步|1|1KKX预测方程。增益的求解是递归进行，需要事先掌握目标的运动特性以及系统K噪声、测量噪声的统计特性。KWKV在实际目标跟踪过程中，考虑到经纬仪通常只能观测到目标的方位、俯仰角信息，因此只能通过这些观测数据来估计目标的方位、俯仰角运动轨迹。尽管这时目标的运动轨迹是条复杂的非线性轨迹，但是考虑到传感器的采样频率高，可以假设在短时间内目标作匀速直线运动，这时就可利用卡尔曼滤波方法来对目标进行状态估计。当然这种简化的结果将造成对目标的状态是次优估计，然而却可大大降低运算复杂程度，如果同时假定系统噪声、测量噪声的统KWKV计特性是平稳随机过程，这时卡尔曼滤波方程也是稳定的，这在工程上非常具有应用价值。为验证算法的有效性，以某弹道数据作为目标实际运动轨迹进行仿真，为简化仿真过程，假定两个电视传感器测量频率和测量特征点均相同，不考虑系统误差影响，融合数据源为两个。图15是数据源不受任何干扰情况下跟踪误差曲线。图16为对一电视数据源加入脉冲干扰信号源，得到图17的跟踪误差曲线。如果在识别出该干扰信号后，采用卡尔曼直线外推处理，得到图18的跟踪误差曲线，而采用融合处理后，可以得到图19的跟踪误差曲线。比较图17、18和19，可以看出在受到干扰的情况下融合处理后的误差最小，可以有效保证跟踪过程的稳定性。图15无干扰情况下跟踪误差曲线图16脉冲干扰信号图17有干扰情况下跟踪误差曲线图18有干扰情况下卡尔曼直线外推处理后跟踪误差曲线图19有干扰情况下融合处理后跟踪误差曲线45记忆跟踪设计记忆跟踪主要用于目标在短时间内被遮挡致使多个电视传感器都无法观测到目标，尽管此时可能还存在引导信息，但大多数情况下引导信息的位置偏差较大，因此为保证能再次快速搜索到目标，有必要采用记忆跟踪算法。通常对目标融合运算结果将形成一条目标融合航迹，在记忆跟踪时，可以在该航迹的基础上根据目标的运动模型进行预测外推得到模型预测轨迹，然而外推时间越长，预测误差也就越大，记忆跟踪效果也就越差。如果在融合跟踪时先将目标的引导轨迹与融合航迹进行比较得到航迹差，然后在记忆跟踪时利用该航迹差修正目标的引导轨迹，则可以得到更为准确的目标引导修正轨迹，之后利用该修正轨迹与目标模型预测轨迹进行加权组合后作为目标的预测位置去引导经纬仪，则可以得到更佳的记忆跟踪效果。图20是利用某型号光电经纬仪对模型弹跟踪数据和理论弹道数据作为实验源数据来仿真验证记忆跟踪效果，其中跟踪数据作为目标实际运动轨迹，理论弹道数据作为目标引导轨迹，从图中可看出相比单纯的模型预测算法或数字外引导，融合预测后的轨迹精度更高，记忆跟踪效果更好。46目标捕获设计在目标捕获阶段，当目标从视场中穿越时，经纬仪能迅速捕获目标并顺利转入对目标的跟踪。由于捕获初始时刻目标和经纬仪的相对运动（相对位置、相对速度）很大，如果不迅速减小它们之间的相对运动，目标则非常容易穿出视场。为此目标捕获时采用类似引导跟踪方式的复合控制结构，在双闭环串级控制结构基础上引入速度前馈环节。通常在捕获阶段的短时刻内目标在方位和俯仰角方向是匀速直线运动，当目标在视场中出现后，由目标脱靶量与对应的编码器值合成出目标在方位和俯仰角方向的位置，其速度则在匀速直线运动的假0102030200240280320360合合/S合合/DEGT0T1合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合合图20对比实验结果曲线设前提下通过状态估计的办法估计出来，将该速度前馈到速度回路使经纬仪的运动速度快速接近目标的运动速度，从而迅速减少经纬仪和目标之间的相对运动速度。同时在减少相对位置时采用多模控制技术，事先确定一组性能各不相同的位置调节器，然后按照一定的策略在该组中选择所需的调节器，在目标“迎头”或脱靶量大时选择动态性能好的调节器，在目标“尾追”和脱靶量小时选择稳态精度高的调节器，以保证捕获的稳定性。图21是某型号光电经纬仪对某型号弹红外捕获时脱靶量变化曲线，A点位置是弹在视场中出现，B点是经纬仪对弹已经成功捕获，脱靶量不再增加，BC段开始向红外自动跟踪平稳过渡，C点以后经纬仪转为自动跟踪方式。图21目标捕获脱靶量变化曲线5软件设计伺服软件设计主要包括两部分工控机应用程序、DSP程序。工控机应用程序开发环境采用VISUALC，C语言编程。应用程序通过PCI总线接收伺服控制卡发送的脱靶量和编码器数据，完成融合处理和记忆跟踪等算法。应用程序软件流程如图22所示。DSP控制卡