张雨恒，刘宗凯，周本谋，刘禹铭

（1.南京理工大学瞬态物理国家重点实验室，南京 210094；2.南京理工大学自动化学院，南京 210094）

0 引言

潜载光电设备在目标的捕获跟踪阶段，由于艏摇、纵摇、横摇的扰动，跟踪误差会增大。只对视轴稳定采取优化，无法完全消除自身扰动的影响，甚至会导致跟踪失败。视轴优化中，影响光电跟踪系统的主要因素除了目标的运动及平移，还有目标的旋转运动。文献［1］通过对脱靶量的滤波预测进行延时补偿，提高光电设备的跟踪精度。文献［2］针对舰载光电设备的扰动进行了建模，计算出船摇扰动的角速度作为前馈补偿，减小了跟踪误差。文献［3］使用改进的Singer 模型的卡尔曼滤波，研究了一种对非线性状态目标更有效的跟踪算法。Singer 模型相较于传统的CA（匀加速）和CV（匀速度）机动模型，将目标的机动认作是时间相关的有色噪声序列而非统计独立的白噪声序列作用的结果，对应于目标包含匀速和匀加速之间的运动，较CA 和CV 模型有更大的目标机动模式覆盖范围［4］。本文在潜艇与地面坐标的转换基础下，对整个随动系统中的粗跟踪系统，应用PID 控制以及通过Singer 模型的Kalman 滤波的方法得出前馈补偿，并结合精跟踪FSM 快速反应镜控制系统，完成整个光电设备的复合控制。

1 设计原理

1.1 坐标转换

潜艇姿态可以用潜艇甲板坐标系相对于大地水平坐标系的摇摆角度（艏摇角αH，纵摇角αP，横摇角αR）来表征。目标点在大地坐标系中的方位角为A，俯仰角为E。由于CCD 采样周期较小，单位时间内潜艇平移造成的方位和俯仰角度的变化也较小，相对于艇摇运动，可以忽略平移运动的影响。……