紅外地平儀處理電路優(yōu)化設計

1、I -控 制 工 程 1 9 8 8 年 第 4期 紅 外地 平儀 處理 電路優(yōu) 化設 計 張 陶 摘要 本 文根 據(jù) 地 平 儀 存 在 的誤 差 ， 分析得 出處 理 電路 優(yōu) 化 的 設 計 變 量 、 目標 函數(shù)和 約束 條件 ，利 用面向結構 圖的數(shù)字 仿真方 法計算 處理 電路 的輸 出，進 而求 出 目標 函數(shù) 值 。 然 后 利 用S W r FT 方 法 進 行 恍 億 ， 得 出 了合 理 的 優(yōu) 化 結

2、 果 ，并 對 優(yōu) 化 結 果進 行 分析 。一 、 引言 紅 外 地 平 儀 是里 呈 篷 盔 倒 量 崽L 趣 罐： 提 高 紅 外 地 平 儀 精 度 、 使 苧 性 能 最是 我們 設 計 追 求 的 目 標。 本 課題對 地平 儀 的模 擬通道 處理 電路進行優(yōu) 化設 計 ，以提 高紅外 地平儀 的精度 。本 課題的研 究對象為 用在 向步軌道上 的擺 動式掃描 地平儀。 根據(jù)地平儀 類型 ，對輸 入?yún)?數(shù)稍作 修改 ，同樣

3、適用于 其它類型 的地平儀 。二 、模 擬通道 處 理 電路 模 擬通道處 理 電路參數(shù)直接 影響著S ／g ( 空間／地 球)信 號和 E／S ( 地球 ／ 空 間) 信號 輸 出時刻的誤差 ，進 而影 響著 地平儀 的精度 ，這是 地平儀優(yōu)化 的 主要 目標 。模擬 通道 由浸沒型 熱敏 電阻紅外探 測器 、低 噪聲前 置放 大器 、微分器 以及兩 個峰值檢 測 器 和整形 電路組 成。 其結 構框 圖如 圖 1所 示。模擬通道傳

4、遞函數(shù)如 圖 2 所 示，為探測 器 響應率 ，G， 和 。 分別為前置 放大 器和 微 分 圉 1模擬埔遭處理電路結構圓 維普資訊 http://www.cqvip.com 一 8一 季 節(jié) 內也 有周期性 變 動，這 就產(chǎn) 生了季節(jié)性 誤差 。對季節(jié)性誤差，低軌道衛(wèi)星上的值遠大于高軌道衛(wèi)星上的值 ，本課題研究對象為高軌道 衛(wèi)星，這個誤差較小 ，未作進一步的詳細分析 ，但在約泰條件中，得證幕統(tǒng)誤差小于一很小 的值 ( 即遠小于隨 機

5、誤 差的值 )．為此 ，我們選 擇微 分器 輸 出的隨機誤差 作為 目標 函數(shù) 。即在保 證系統(tǒng) 誤差足夠 小的前提 下 ，臺理 地選擇處 理 電路參 數(shù)使 隨機誤 差最 小 。 此外 ， 季節(jié)性 誤差可 通過 調節(jié)閾值 電平來 進行 調 整 ， 具體 地說 ， 對 S ／E段 ，必 須減小 閾值 電平 ， 相 當于 將～個 負的 固定 電位加 在信號 的正峰 值上 J對于 E ／S 段 ， 可 以增加 閾值 電平 ， 相 當于 將一十

6、 正的廚定 電位加 在信號 的負峰 值上[ 2 ]下面詳細 闡述最優(yōu) 化 問題 及解決 的方法。2．最 優(yōu) 化 問 題 的 提 出 (1) 目標 函 數(shù) 處理 電路的 一個 主要 設計 目標 ，就是 使姿態(tài)測量 誤 差最小 即須使 姿態(tài)測量 誤 差 的 3 口隨機誤差 ( 3) 最小 。而 ( 3 口 ) 可 表 示 為 ；( 3) =2 硝 At ( 3 c O[ 1式 中， ：掃描鏡 的掃描頻率 ．． ．．’： 掃描鏡的 掃描

7、輻度 A t ( 3 口 ) ：地 平穿越 時刻 的3隨機誤 差 由于f 與釓溈 常數(shù) ，因此 ( 3 口 ) 正 比于A t ( 3)要使 畢 ( 3 d ) 為最 小 ，A t ( 3 口 ) 又 可表 示 為 ：A t ( 3) = 3 N ／ S’須 使 出 ( 3 口 為 最 小 ) 。( 3． 2 )式 中 N：處理 電路輸 出噪聲均 方根 值 s：處理 電路輸 出信號 的最大斜率 ，也就 是輸 出信號微分 最大值 ，A

8、t ( 3 d ) 即為優(yōu) 化設計曲 目標 函墩 。要求 解出 ( 3) ，需求解 出Ⅳ和s 。影 響Ⅳ和 s 的 除輸入 函數(shù)外， 主要為微 分 器的積分 時 問常數(shù) ， 。 和微 分 時問常數(shù)r。 j 幕 測器及 微分 級的時 間常數(shù)均 已選 定 。因為微 分器 的 微 分 時 問常數(shù) 和積分 時 間常數(shù) 決定 著處 理 電路的帶 寬 ，要 減小隨機 誤差 ，需 減小輸 出噪聲 ，增加 輸 出 信 號 的斜 率 ，這 是 一對 矛

9、 盾 。 需 臺 適 地 選 擇 r n 和 f3 使 A t ( 3) 堆 小 。 為 此 選 定 f “和 T O 3 作 為 優(yōu) 化 設 計 的 設 計 變 量 。關于 N 的求解將 在 ( 3 )節(jié)說 明，輸入 函。數(shù)將 在 ( 2)節(jié)給 出。然 后利 用仿 真 的方法 計 算 出 S和 S。仿真 計算 S和 S的方 法 將 在 3 一節(jié) 中 給 出 。(2) 輸 入 函 數(shù) 在進行 僥化分析 時 ，我 們假定 輸入 函數(shù)為 嚴