[發(fā)明專利]一種兩自由度大負(fù)載跟蹤穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310045028.2
• 申請(qǐng)日: 2013-02-04
• 公開（公告）號(hào): CN103149948A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周向陽(yáng);張宏燕;房建成
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D3/12
• 分類號(hào): G05D3/12;G01C21/18
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 成金玉;盧紀(jì)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航空光電成像技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種兩自由度大負(fù)載跟蹤穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)，適用于以直升飛機(jī)或輕小型飛機(jī)為飛行平臺(tái)的航空光電成像系統(tǒng)，可用于航空遙感、基礎(chǔ)測(cè)繪、軍事偵察等領(lǐng)域。

背景技術(shù)

穩(wěn)定跟蹤平臺(tái)由于能隔離載體（導(dǎo)彈、飛機(jī)、戰(zhàn)車、艦船）擾動(dòng)，不斷測(cè)量平臺(tái)姿態(tài)和位置的變化，精確保持動(dòng)態(tài)姿態(tài)基準(zhǔn)，并通過(guò)圖像探測(cè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)自動(dòng)跟蹤，所以在現(xiàn)代武器系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。例如：在彈（箭）制導(dǎo)導(dǎo)引頭中，要求跟隨主穩(wěn)定的目標(biāo)瞄準(zhǔn)線能夠隔離彈體角運(yùn)動(dòng)對(duì)武器射擊線的擾動(dòng)，通過(guò)安裝在穩(wěn)定跟蹤平臺(tái)上的圖像探測(cè)裝置獲取穩(wěn)定的目標(biāo)圖像，為大視場(chǎng)目標(biāo)捕獲和小視場(chǎng)目標(biāo)識(shí)別與跟蹤提供測(cè)量和計(jì)算基準(zhǔn)，提高在行迸間的發(fā)射命中率；坦克、裝甲戰(zhàn)車等地面車輛需要頻繁機(jī)動(dòng)、停止、快速瞄準(zhǔn)和行進(jìn)間射擊，其作戰(zhàn)平臺(tái)不僅應(yīng)具有高度的機(jī)動(dòng)能力，還應(yīng)具備運(yùn)動(dòng)間穩(wěn)定瞄準(zhǔn)，跟蹤、射擊能力，穩(wěn)定跟蹤平臺(tái)可用于安裝晝視、夜視、測(cè)距功能三合一的觀瞄設(shè)備，獲取穩(wěn)定的視場(chǎng)，使觀察者能清楚地洞察戰(zhàn)場(chǎng)情況；雷達(dá)的天線體積龐大，經(jīng)常受到各種各樣的干擾，為了使其按預(yù)定規(guī)律搜索或?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)跟蹤，需要穩(wěn)定系統(tǒng)來(lái)隔離這些干擾。在航空偵察攝影觀測(cè)設(shè)備、機(jī)載目標(biāo)指示器、空間遙感探測(cè)和海底聲納探測(cè)等深海作業(yè)場(chǎng)合，穩(wěn)定跟蹤平臺(tái)都得到了廣泛的應(yīng)用。

兩自由度跟蹤穩(wěn)定平臺(tái)有效跟蹤目標(biāo)和穩(wěn)定成像載荷，是航空偵察平臺(tái)中使用最多的一種，技術(shù)較為成熟。即將光電傳感器等偵察設(shè)備置于相互正交的俯仰、方位兩個(gè)框架組成的平臺(tái)上，通過(guò)陀螺敏感平臺(tái)相對(duì)慣性空間運(yùn)動(dòng)，然后經(jīng)通絡(luò)穩(wěn)定回路驅(qū)動(dòng)框架力矩電機(jī)，克服外界干擾力矩，達(dá)到穩(wěn)定目的。典型的國(guó)外產(chǎn)品主要有：以色列CONTROP精密技術(shù)公司研制的ESP-600C型無(wú)人機(jī)載光電偵查平臺(tái)采用兩軸平臺(tái)，其方位轉(zhuǎn)動(dòng)范圍360°×N、俯仰+10°～-10°、最大角速度50°/s、最大角加速度-50°/s²，其穩(wěn)定精度達(dá)到15urad。MSSP-3型海事觀察平臺(tái)主要用于海事巡邏飛機(jī)和巡邏船，采用四框架陀螺穩(wěn)定系統(tǒng)，帶有高分辨力前視紅外相機(jī)、高性能CCD（Charge?CoupledDevice，電荷耦合器件）相機(jī)和激光測(cè)距儀。這兩種穩(wěn)定平臺(tái)代表了二框架結(jié)構(gòu)和四框架二軸機(jī)構(gòu)形式穩(wěn)定平臺(tái)的國(guó)際先進(jìn)水平。但是目前研究較多的是承載小、載荷少、體積小的機(jī)載跟蹤穩(wěn)定平臺(tái)，此外，還存在穩(wěn)定范圍小，沒(méi)有POS提供姿態(tài)基準(zhǔn)不能工作的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種兩自由度大負(fù)載跟蹤穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)，穩(wěn)定精度高、承載/自重比并可以自主提供姿態(tài)基準(zhǔn)，適用于直升飛機(jī)或輕小型飛機(jī)航空成像、偵察作業(yè)。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種兩自由度大負(fù)載跟蹤穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)，其特征包括結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)及控制系統(tǒng)；所述的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)包括四個(gè)線振動(dòng)減振器、基座、方位框架和俯仰框架；所述的動(dòng)力系統(tǒng)均采用有刷直流力矩電機(jī)+減速齒輪系統(tǒng)，包括方位有刷直流力矩電機(jī)和方位減速齒輪，用于驅(qū)動(dòng)方位框架；俯仰有刷直流力矩電機(jī)和俯仰減速齒輪，用于驅(qū)動(dòng)俯仰框架；所述控制系統(tǒng)包括測(cè)量組件和控制電路，測(cè)量組件包括光電成像器件、位置姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)POS、兩支MEMS陀螺儀、一支MEMS加速度計(jì)、方位光電碼盤、俯仰光電碼盤；控制電路的電路板集中安裝在電路箱內(nèi)，且電纜線路從方位軸系、俯仰軸系內(nèi)部穿過(guò)；光電成像器件、POS、陀螺儀、加速度計(jì)通過(guò)俯仰軸系支承安裝在方位框架內(nèi)，方位框架通過(guò)方位軸系支承吊于基座下，基座采用圓周封閉的整體式環(huán)形硬鋁合金結(jié)構(gòu)通過(guò)四個(gè)線振動(dòng)減振器坐安裝底板上。

所述的方位框架、俯仰框架由外到內(nèi)分布，兩框架回轉(zhuǎn)軸線正交于一點(diǎn)；方位框架采用封閉的整體式U形結(jié)構(gòu)，通過(guò)方位軸系支承吊于在基座下，繞方位軸實(shí)現(xiàn)0°至360°旋轉(zhuǎn)，并由方位光電碼盤測(cè)量方位框架和基座的相對(duì)轉(zhuǎn)角；俯仰框架采用開放的整體式方形結(jié)構(gòu)，通過(guò)俯仰軸系支承安裝在方位框架內(nèi)，繞左俯仰軸、右俯仰軸實(shí)現(xiàn)-90°至0°旋轉(zhuǎn)，并由俯仰光電碼盤測(cè)量俯仰框架和方位框架的相對(duì)轉(zhuǎn)角；方位框架隔離基座方位角速率，俯仰框架隔離基座滾轉(zhuǎn)角速率；實(shí)現(xiàn)抵消干擾力矩，實(shí)時(shí)穩(wěn)定和調(diào)整俯仰框架上的光電成像器件視軸的目的。

本發(fā)明的原理是：兩自由度大負(fù)載跟蹤穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)由兩個(gè)框架構(gòu)成，由外至內(nèi)分別是方位框架、俯仰框架。方位框架的回轉(zhuǎn)軸沿著飛機(jī)的航向方向，用以隔離飛機(jī)的方位角運(yùn)動(dòng)；俯仰框架的回轉(zhuǎn)軸沿飛機(jī)飛行方向，用以隔離飛機(jī)的橫滾角運(yùn)動(dòng)；各回轉(zhuǎn)軸均以順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為正。