当卫星追踪遥远星系、无人机锁定目标时，哪怕0.1毫米的瞄准偏差，都可能导致任务失败。我国中科院光电技术研究所、中国科学院大学团队最新研究显示，通过一种基于重复控制策略改进的误差观测器（RCEOB），光电跟踪系统在复杂扰动下的精度提升2倍，多频率扰动抑制率达47.5%。相关成果近日发表于《Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering》，为航天探测、量子通信等“高精尖”领域装上“稳定之眼”。

光电跟踪系统的“隐形干扰”：多频率扰动难题

光电跟踪系统是高端装备的“视网膜”，需将目标稳定在CCD靶面中心，精度要求达微米级。但在舰船、飞机等移动平台上，机械振动（如发动机5Hz振动）、大气湍流（如特定频率气流抖动）等干扰如同“无形的手”，会推偏瞄准线。传统扰动抑制方法如扰动观测器（DOB），面对多周期谐波（如5Hz、10Hz谐波共存）和窄带峰值扰动（如1Hz海浪摇摆）时，如同“用单一把钥匙开多把锁”，往往顾此失彼。

“比如舰载光电雷达，可能同时受到螺旋桨5Hz振动和海浪1Hz摇摆的双重扰动，传统控制器难以同时‘抓牢’两个频率。”研究团队解释，这些扰动频率不同、幅度各异，如同“多人按不同节奏推桌子”，普通控制器难以协调，导致跟踪误差增大3倍以上。

RCEOB算法：像“智能滤波器”精准“捕捉”扰动

团队创新设计的RCEOB算法，融合误差观测器（EOB）与重复控制策略，如同给系统装上“智能频谱分析仪”，能同时识别并抑制多种频率扰动：

分块控制：一面“镜子”变多面，各对一个频率
传统重复控制只能锁定单一基频（如5Hz）及其谐波，如同“只能过滤一种颜色的光”。RCEOB将控制器分为多个独立子块，每个子块针对特定频率调谐，像“把大镜子拆成小镜子，各自对准不同扰动源”。例如，一个子块抑制5Hz螺旋桨振动，另一个处理1Hz海浪摇摆，多频率扰动下误差降低60%。

驯服“水床效应”：避免“按下葫芦浮起瓢”
重复控制易出现“水床效应”——抑制某频率扰动时，可能放大其他频率干扰，如同“用尽全力关门却撞开了窗户”。团队通过动态调整滤波器增益（k值），使非目标频率的扰动放大率从2倍降至1.05倍，水床效应抑制47.5%，确保系统整体稳定。

实验验证：多场景下精度提升2倍

在实验室搭建的光电跟踪平台上，RCEOB接受了严苛测试：

• 单频扰动测试：面对5Hz周期性振动，跟踪误差从0.12mrad（毫弧度）降至0.03mrad，抑制率达75%；
• 多频扰动测试：同时施加2Hz、5Hz、10Hz扰动，传统方法误差达0.2mrad，RCEOB将误差控制在0.08mrad，精度提升2.5倍；
• 长期稳定性测试：连续运行100小时，性能衰减仅3%，优于传统算法的15%。

“参数可调是关键。”团队指出，通过调整滤波器的α、η值，可适配不同场景：天文观测需抑制低频扰动（如0.1Hz地面振动），无人机跟踪需快速响应高频抖动（如20Hz气流扰动）。

从地面到太空：“抗扰”技术赋能多领域

该算法已在某型车载光电跟踪系统试用，复杂路况下目标锁定成功率从82%提升至98%。未来，其应用场景将扩展至：

• 深空探测：抑制卫星平台振动，提升火星车导航精度；
• 量子通信：稳定激光链路，减少大气扰动导致的量子态失真；
• 微创手术：消除机械臂高频抖动，提高手术刀定位精度至微米级。

论文通讯作者毛耀表示：“RCEOB为‘动态环境下的精准控制’提供新思路，下一步将结合AI自适应学习，让系统能‘自学’识别未知扰动。”

来源: 信息与电子工程前沿FITEE