● 摘要
随着军事科技水平的提高和现代作战模式的转变，精确制导武器已成为战争中争夺陆、海、空、天优势的主战武器，也是世界各国在军事实力与装备水平上角逐的焦点。导引头跟踪平台是制导武器用于实现探测器视轴稳定和对目标精确跟踪的核心部件。作为一个复杂的光、机、电一体化装置，它的性能通常会受载体扰动、传感器误差、框架间的耦合效应及干扰力矩等因素的影响。因此，研究抵消或补偿干扰因素的误差模型及方法对提高制导武器的目标捕获和打击能力具有重要的意义。
本论文旨在对影响跟踪平台框架轴稳定与控制性能的各种干扰进行深入、全面的分析，并基于分析的结果提出相应的测试或补偿方法。
论文的主要研究内容如下：
（1）在对跟踪平台结构及工作原理介绍的基础上，运用空间机构学的原理对三轴跟踪平台框架间的各种耦合关系及稳定机理进行了建模和分析，得出了视轴空域稳定的扰动补偿方程，揭示了两轴跟踪平台的原理性缺陷，给出了减小各种耦合影响与非线性干扰的具体方法。基于建立的跟踪平台机电控制模型对框架间的转动惯量耦合效应和载体的扰动特性进行了仿真实验。
（2）对传感器的信号处理与故障检测算法进行了研究。针对传统方法在定点汇编层实现双通道旋变轴角解调时运算量大、占用存储空间多的问题，基于切比雪夫多项式的构造原理设计了在[0,1]区间上快速逼近arctan(x)的低阶分段多项式并成功地实现了双通道旋变的轴角解调。为了减小光纤陀螺的随机误差对跟踪平台速度控制回路的影响，采用Allan 方差分析法对陀螺的随机误差进行了建模和辨识，通过最小二乘拟合有效地分离和辨识出了零漂信号中的各项误差源随机误差系数和误差贡献大小。基于改进的最小二乘支持向量机（LS-SVM）快速递归求解算法，将惯性测量组件的输出量、控制量并辅以环境因素作为观测样本序列，提出了一种基于改进LS-SVM 的惯性测量组件故障在线快速检测算法，试验结果证明该算法能显著提高故障检测的准确性和时效性。
（3）对三轴跟踪平台静不平衡力矩及摩擦力矩的测试与辨识方法进行了研究。为了消除跟踪平台的静不平衡力矩，对三轴跟踪平台因框架质量偏心引起的耦合关系进行了分析，得出了各个框架轴静平衡的条件及其稳定的先后顺序；基于被测框架轴转动的动力学模型，通过对其进行正弦小角度运动特性的分析，提出了一种通过对被测框架轴驱动电流测量量的多周期积分测定其静不平衡量及位置的新方法；为了减少非线性摩擦对跟踪平台框架轴动静态性能的影响，通过分析跟踪平台框架轴控制系统输入信号、干扰信号及稳态误差之间的关系，得到了可用于消除转矩纹波对摩擦参数辨识影响的补偿函数，提出了一种基于稳态误差响应及动态参数优化理论计算框架轴LuGre 摩擦参数的两步辨识方法，通过跟踪平台的补偿控制实验验证了该辨识方法的有效性。
（4）对导引头跟踪平台的控制技术进行了研究。通过对增加内速度环前后控制系统性能的比较得出双速度环在扰动抑制能力与力矩刚度方面均强于单速度环，通过对增加外位置环前后控制回路传递特性的研究指出外位置环能够抑制内速度环陀螺噪声引起的系统随机误差；为了提高导引头视轴稳定和跟踪的精度，提出了一种基于GA-FNN 的跟踪平台双闭环PID 控制策略，该方法以视轴稳定和跟踪偏差最小为目标，用遗传算法离线优化对系统具有全局性影响的模糊隶属度函数和网络结构，再用BP 算法在线调节对系统有局部性影响的输出权值，仿真实验表明该方法有效地改善了框架轴控制系统的动、静态性能；基于Adaline 网络学习算法，提出了一种不易受噪声影响的变步长LMS算法，设计了电流环采用变速PID 控制，速度环利用系统输出误差，采用二阶Adaline网络按LMS算法来实现其自适应逆控制的跟踪平台双闭环控制系统，与PID 控制相比，该方法显著提高了跟踪平台的控制精度，具有很强的鲁棒稳定性。
（5）基于前面研究得出的干扰力矩测试与补偿方法，研制并完成了一套导引头跟踪平台静平衡测试系统。重点对测试系统的总体方案、软硬件的实现过程进行了介绍。该设备除了能对框架轴的静不平衡量及位置进行测试外，还能对其动摩擦力矩进行测试。
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