基于分布式控制系统技术的角度跟踪系统设计.pdf
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1、信息记录材料 2023 年 7 月 第 24 卷第 7 期基于分布式控制系统技术的角度跟踪系统设计毛小飞(新余市江西智锂科技股份有限公司 江西 新余 338000)【摘摘要要】基于分布式控制系统(DCS)技术设计行之有效的角度跟踪系统。对此,在介绍 DCS 技术的基础上,深入分析了整个系统框架设计思路,并从系统框架搭建、系统硬件设备搭建和软件设计层面进行了详细分析,并最终展示了对应的实验测试结果,实验表明设计的角度跟踪系统在不同的设置场景下均可以在有限误差条件下实现跟踪目标。【关关键键词词】D DC CS S 技技术术;角角度度跟跟踪踪系系统统;软软硬硬件件设设计计【中中图图分分类类号号】TP
2、279 【文文献献标标识识码码】A 【文文章章编编号号】1009-5624(2023)07-0112-030 引言随着科技的不断发展,人们对于精准测量和跟踪目标物体的需求越来越高,特别是在军事、航空、导航等领域。而角度跟踪系统是其中一个重要的技术手段,能够实现对目标物体在空间中的角度位置精准跟踪1。分布式控制系统(distributed control system,DCS)技术是一种高精度的数据采集和处理技术,具有快速响应、高精度和抗干扰等优点,因此被广泛应用于角度跟踪系统中。本研究的目的在于为相关领域的研究提供参考和借鉴,希望能够对角度跟踪系统的设计和应用起到一定的推动作用。1 相关技术介
3、绍1.1 DCS 技术原理和特点DCS 技术是一种分布式控制系统技术,主要应用于过程控制领域。DCS 系统将大型过程控制系统分解成多个子系统,每个子系统包含多个控制单元,这些控制单元分布在不同的位置,并通过通信网络进行连接和数据传输。DCS 系统具有以下特点:分布式控制:DCS 系统通过将控制单元分布在不同位置,实现分布式控制,使得系统更加灵活、可靠、稳定,并且可以快速响应。高性能:DCS 系统具有高速的数据处理和响应能力,能够快速处理大量数据和复杂算法,确保系统的高效运行。可扩展性:DCS 系统具有良好的可扩展性,可以根据用户需求增加控制单元和设备,扩展系统功能和容量。安全性:DCS 系统采
4、用了多重保护机制和安全策略,确保系统的安全运行。抗干扰性:DCS 系统通过采用优化的通信协议和信号处理技术,可以有效抵抗噪声和干扰,提高了系统的稳定性和可靠性。在角度跟踪系统中,DCS 技术主要应用于信号采集和数据处理方面,通过高速的数据采集和处理能力,实现对目标物体的精准跟踪和控制。同时,DCS 系统具有优秀的抗干扰性和可靠性,可以满足对系统稳定性和精度要求较高的应用场景。因此,DCS 技术在角度跟踪系统中有着广阔的应用前景2。1.2 角度跟踪系统的相关技术及其应用角度跟踪系统是指通过测量目标物体在空间的角度位置,实现精准跟踪和控制的系统。角度跟踪系统主要应用于军事、航空、导航、天文等领域,
5、相关技术如下。1.2.1 光电测量技术光电测量技术是指利用光学和电子技术对目标物体进行测量和跟踪的技术。在角度跟踪系统中,光电测量技术主要应用于测量目标物体的角度位置和姿态角度等信息,通过相机和光电传感器采集目标物体的图像和数据,并对数据进行处理和分析,实现对目标物体的跟踪和控制。1.2.2 惯性测量单元技术惯性测量单元技术是指利用加速度计和陀螺仪等惯性传感器对目标物体的运动状态进行测量和跟踪的技术。在角度跟踪系统中,惯性测量单元技术主要应用于测量目标物体的角速度和姿态角度等信息,通过惯性传感器采集目标物体的运动数据,并对数据进行处理和分析,实现对目标物体的跟踪和控制。1.2.3 雷达测量技术
6、雷达测量技术是指利用雷达系统对目标物体进行测量和跟踪的技术。在角度跟踪系统中,雷达测量技术主要应用于测量目标物体的距离和角度位置等信息,通过雷达系统采集目标物体的信号和数据,并对数据进行处理和分析,实现对目标物体的跟踪和控制。1.2.4 GPS 定位技术GPS 定位技术是指利用全球定位系统(GPS)对目标物体进行定位和跟踪的技术。在角度跟踪系统中,GPS 定位技术主要应用于测量目标物体的位置信息,通过 GPS系统采集目标物体的定位数据,并对数据进行处理和分析,实现对目标物体的跟踪和控制。2 系统设计思路2.1 系统框架设计DCS 技术被广泛应用于角度跟踪系统中,该系统的主要功能包括程序引导、搜
7、索捕获以及自动跟踪等。基于DCS 技术的角度跟踪系统设计的系统框架包括以下几个模块:(1)图像采集模块:负责采集摄像机拍摄到的图像,并将图像数据传输给图像处理模块。(2)图像处理模块:负责对图像数据进行处理和分析,提取所需的目标物体信息,例如目标的位置、角度、大小等。(3)控制模块:根据图像处理模块提取的目标物体信息,计算出目标物体相对211信息记录材料 2023 年 7 月 第 24 卷第 7 期于云台的角度偏差,然后控制舵机使云台朝向目标物体。(4)界面显示模块:负责显示系统运行状态、目标物体的位置信息和角度偏差等。系统框架设计的主要任务是将以上各个模块组织起来,形成一个完整的系统,具体实
8、现方式包括:(1)设计合适的数据接口和通信协议,以确保各个模块之间能够正常通信和协作。(2)设计合适的算法和控制策略,以实现对目标物体的精确定位和跟踪。(3)设计合适的硬件系统,包括光源、摄像机、舵机等,以保证系统具有足够的性能和精度。设计人员对整个系统进行仿真和测试,以验证系统的性能和稳定性,确保系统能够满足设计要求和实际应用需求。图 1 系统框架设计2.2 系统硬件设计基于以上需求,该系统硬件设计需要包括以下几个方面:(1)阵列天线设计:根据系统要求,设计 88 子阵的阵列天线,选择合适的天线元件,考虑阵列天线的辐射方向、辐射图案、阵列间距等因素,以提高系统的接收灵敏度和抗干扰性能。(2)
9、预选滤波电路设计:根据预选滤波器的参数要求,选择合适的滤波器电路方案,以滤除不需要的频率成分,提高系统的信噪比和抗干扰性能。(3)低噪声放大电路设计:设计低噪声放大器电路,对预选滤波后的信号进行放大处理,以提高系统的灵敏度和抗干扰性能。(4)变频电路设计:设计变频电路,将射频信号转换为中频信号,以方便数字信号处理。(5)处理机箱设计:选择合适的处理机箱,将变频后 的信号输入到数字信号处理器中进行处理,同时需保证处理机箱具有良好的散热性能、抗干扰性能和稳定性。(6)电源电路设计:设计合适的电源电路,为系统提供所需的各种电压和电流,以保证系统正常运行。在进行系统硬件设计时,还需考虑系统的总体结构、
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