[發(fā)明專利]面向機(jī)載廣域偵察監(jiān)視應(yīng)用的反掃穩(wěn)定一體化多環(huán)架平臺(tái)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010230492.9
• 申請(qǐng)日: 2020-03-27
• 公開（公告）號(hào): CN111348208B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王惠林;程剛;劉棟;王濤;蔣蕭村;雷亮;姜世洲;曹尹琦;王冠;柯詩(shī)劍;高瑜;齊媛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安應(yīng)用光學(xué)研究所
• 主分類號(hào): B64D47/00
• 分類號(hào): B64D47/00;B64U20/87;B64U20/80;H04N7/18;B64C39/02
• 代理公司: 中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)公司專利中心 11011
• 代理人: 周恒

1.一種面向機(jī)載廣域偵察監(jiān)視應(yīng)用的反掃穩(wěn)定一體化多環(huán)架平臺(tái)，其特征在于，所述平臺(tái)安裝在有人或無人載機(jī)平臺(tái)(A1)上，所述平臺(tái)的廣域掃描中心軸線(C1)與載機(jī)平臺(tái)(A1)飛行航向(D1)平行，在掃描系統(tǒng)進(jìn)行廣域掃描過程中需要所述平臺(tái)提供廣域掃描運(yùn)動(dòng)(M2)，同時(shí)要求提供針對(duì)飛行航向(D1)運(yùn)動(dòng)的第一反向補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)(M1)，同時(shí)要求在對(duì)單幀掃描區(qū)域(I1)凝視成像過程提供第二反向補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)(M3)確保瞄準(zhǔn)線(L1)持續(xù)凝視單幀掃描區(qū)域(I1)的中心點(diǎn)(P1)，使掃描系統(tǒng)的光電傳感器在其積分時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定曝光成像，在掃描系統(tǒng)的廣域掃描運(yùn)動(dòng)(M2)至極限位置反向廣域掃描時(shí)要求提供與飛行航向(D1)一致的換行運(yùn)動(dòng)(M4)。

2.如權(quán)利要求1所述的面向機(jī)載廣域偵察監(jiān)視應(yīng)用的反掃穩(wěn)定一體化多環(huán)架平臺(tái)，其特征在于，所述平臺(tái)包括：載機(jī)共形框架(1)、廣域掃描環(huán)架(2)、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償/二級(jí)穩(wěn)定環(huán)架(3)以及電子單元(4)；

所述載機(jī)共形框架(1)包括：主框架(1-1)、右側(cè)蓋(1-2)、頂蓋(1-3)、左側(cè)蓋(1-4)、第一加熱組件(1-5)、外部接插件(1-6)、外左端軸系(1-7)、外右端軸系(1-8)和隔振組合(1-9)；所述載機(jī)共形框架(1)通過主框架(1-1)確定多環(huán)架平臺(tái)的外橫滾中心軸線(1A)；主框架(1-1)、右側(cè)蓋(1-2)、頂蓋(1-3)、左側(cè)蓋(1-4)、外部接插件(1-6)、外左端軸系(1-7)、外右端軸系(1-8)共同形成獨(dú)立密閉的電子艙體(1B)，滿足載機(jī)從近地到高空的獨(dú)立艙體密封要求；隔振組合(1-9)具有分別與主框架(1-1)匹配和載機(jī)平臺(tái)(A1)匹配的組合接口，呈線性或圓周陣列布局組合隔振器，隔振器用于隔離載機(jī)平臺(tái)(A1)傳遞到反掃/穩(wěn)定一體化多環(huán)架平臺(tái)的線性和角度擾動(dòng)；

所述主框架(1-1)為長(zhǎng)柱形殼體雙臂框架，在左右兩端框臂上設(shè)有左圓柱孔(1-1A)和右圓柱孔(1-1B)，具有共同的第一中心軸線(1-1C)，與載機(jī)共形框架(1)的外橫滾中心軸線(1A)一致，左圓柱孔(1-1A)和右圓柱孔(1-1B)軸向向外設(shè)置有平端面，分別與外左端軸系(1-7)和外右端軸系(1-8)密封組合；左右兩端框臂中部空腔部位連接放置廣域掃描環(huán)架(2)，左右兩端框臂軸向兩端向外形成空腔(1-1F)，并設(shè)置有錯(cuò)向筋板平臺(tái)(1-1J)用于組合相關(guān)電子器件、溫控裝置；在左右兩端空腔(1-1F)外圍端面(1-1H)上密封組合左側(cè)蓋(1-4)和右側(cè)蓋(1-2)；左端空腔(1-1F)外圍端面(1-1H)上還設(shè)置有電氣連接通孔(1-1N)，與外部接插件(1-6)密封組合實(shí)現(xiàn)環(huán)架平臺(tái)與載機(jī)之間的電源、數(shù)據(jù)、指令聯(lián)通；主框架(1-1)上部設(shè)置四周艙壁形成上部空腔(1-1L)，上部空腔(1-1L)與左右兩端框臂為一體構(gòu)型，軸向兩端艙壁與左右兩端框臂外圍端面(1-1H)齊平，底部設(shè)置有錯(cuò)向筋板平臺(tái)(1-1K)，第一加熱組件(1-5)固定在上部空腔(1-1L)的錯(cuò)向筋板平臺(tái)(1-1K)上或左右兩端空腔(1-1F)的錯(cuò)向筋板平臺(tái)(1-1J)上，第一加熱組件(1-5)包含加熱器、風(fēng)機(jī)和連接座；在頂部平面(1-1G)上密封組合連接頂蓋(1-3)，上部空腔(1-1L)通過軸向的左端孔洞(1-1E)和右端孔洞(1-1D)與左右兩端框臂軸向上的空腔(1-1F)連通，共同形成載機(jī)共形框架(1)的電子艙體內(nèi)腔；在左右兩端框臂和上部空腔(1-1L)外圍前后兩側(cè)設(shè)置安裝平臺(tái)(1-1M)，用于組合隔振組合(1-9)實(shí)現(xiàn)對(duì)載機(jī)平臺(tái)振動(dòng)、沖擊的衰減隔離；

所述廣域掃描環(huán)架(2)用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)廣域掃描偵察過程中的對(duì)地大范圍連續(xù)掃描回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)角度范圍W1與載機(jī)的飛行高度、掃描幅寬條件要求相關(guān)，所述廣域掃描環(huán)架(2)包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(2-1)、從動(dòng)輪(2-2)、限位塊(2-3)、外框架(2-4)、外剛性連接件(2-5)、前蓋板(2-6)和后蓋板(2-7)；其中，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(2-1)、限位塊(2-3)與載機(jī)共形框架(1)中的主框架(1-1)組合，從動(dòng)輪(2-2)與外右端軸系(1-8)組合，外框架(2-4)同時(shí)與外左端軸系(1-7)和外右端軸系(1-8)組合，第四中心軸線(2A)與外橫滾中心軸線(1A)一致；外框架(2-4)、前蓋板(2-6)、后蓋板(2-7)和主框架(1-1)中外左端軸系(1-7)和外右端軸系(1-8)中的密封接插件共同形成獨(dú)立密封的任務(wù)艙體(2B)；所述限位塊(2-3)為柱形凸塊，固定在主框架(1-1)中右端框臂腔內(nèi)的錯(cuò)向筋板平臺(tái)(1-1J)上，數(shù)量為2個(gè)，固定相對(duì)位置由廣域掃描環(huán)架(2)運(yùn)動(dòng)角度范圍W1確定；

所述從動(dòng)輪(2-2)與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(2-1)的驅(qū)動(dòng)輪組合配對(duì)，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)、減速箱與輪系大傳動(dòng)比減速作用下實(shí)現(xiàn)廣域掃描環(huán)架(2)的連續(xù)掃描運(yùn)動(dòng)，通過配合圓柱(2-2B)和端平面(2-2A)與外右端軸系(1-8)組合實(shí)現(xiàn)二者中心軸線一致，進(jìn)而與廣域掃描環(huán)架(2)的第一中心軸線(2A)一致；在端平面(2-2A)上徑向靠外區(qū)域設(shè)置限位塊(2-2C)，與2個(gè)限位塊(2-3)共同作用約束廣域掃描環(huán)架(2)運(yùn)動(dòng)角度范圍W1；

所述外框架(2-4)為長(zhǎng)圓柱筒形，左右兩端側(cè)面中心設(shè)置左端圓柱孔(2-4E)和右端圓柱孔(2-4B)以及相應(yīng)的左平端面(2-4D)和右平端面(2-4C)，左端圓柱孔(2-4E)和右端圓柱孔(2-4B)與第二中心軸線(2-4K)一致；通過左端圓柱孔(2-4E)和左平端面(2-4D)與外左端軸系(1-7)密封組合，通過右端圓柱孔(2-4B)和右平端面2-4C與外右端軸系(1-8)密封組合，通過左右兩端的圓柱孔配合實(shí)現(xiàn)第二中心軸線(2-4K)與廣域掃描環(huán)架(2)的第四中心軸線(2A)進(jìn)而與載機(jī)共形框架(1)的外橫滾中心軸線(1A)一致；外框架(2-4)長(zhǎng)圓柱筒形內(nèi)部?jī)啥嗽O(shè)置左端平面(2-4F)和右端平面(2-4G)，分別用于安裝外剛性連接件(2-5)；外框架(2-4)長(zhǎng)圓柱筒形內(nèi)部?jī)啥丝拷蝺?nèi)壁部位設(shè)置第一加熱器(2-4M)、第二加熱器(2-4I)、第一風(fēng)機(jī)(2-4L)和第二風(fēng)機(jī)(2-4J)，加熱器可以為陶瓷材料或者硅膠電加熱器，通電加熱任務(wù)艙體(2B)內(nèi)附近空氣并通過風(fēng)機(jī)使加熱空氣在特定通道上流通；外框架(2-4)長(zhǎng)圓柱筒形內(nèi)部?jī)啥藞A柱孔周圍對(duì)稱設(shè)置預(yù)留柔性連接固定平面(2-4H)，每端對(duì)稱設(shè)置2個(gè)或4個(gè)，兩端共計(jì)對(duì)稱設(shè)置4個(gè)或者8個(gè)；外框架(2-4)長(zhǎng)圓柱筒形前后兩端設(shè)置蓋板連接固定平面(2-4A)，分別用于固定連接前蓋板(2-6)和后蓋板(2-7)；前蓋板(2-6)外廓與外框架(2-4)一致，并設(shè)置窗口玻璃，與前蓋板(2-6)通過膠結(jié)進(jìn)行密封組合；后蓋板(2-7)外廓與外框架(2-4)一致，設(shè)置有氣壓調(diào)節(jié)閥、充氣閥、濕度計(jì)、干燥器和加熱組件，加熱組件包含加熱器、風(fēng)機(jī)和連接座，加熱器為陶瓷材料或者硅膠電加熱器；在廣域掃描環(huán)架(2)的任務(wù)艙體(2B)內(nèi)與外框架(2-4)中的第一加熱器(2-4M)、第二加熱器(2-4I)、第一風(fēng)機(jī)(2-4L)和第二風(fēng)機(jī)(2-4J)同步工作，通過控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)向、通風(fēng)流量和加熱器通斷、電流實(shí)現(xiàn)廣域偵察監(jiān)視系統(tǒng)在高空低溫環(huán)境中任務(wù)艙體(2B)內(nèi)部溫度滿足光學(xué)器件的正常工作要求；

所述外剛性連接件(2-5)對(duì)稱置于外框架(2-4)長(zhǎng)圓柱筒形兩端，外圓柱(2-5A)分別與外框架(2-4)的左端圓柱孔(2-4E)和右端圓柱孔(2-4B)配合，實(shí)現(xiàn)第三中心軸線(2-5K)和第二中心軸線(2-4K)一致，端面(2-5B)分別與外框架(2-4)的左端平面(2-4F)和右端平面(2-4G)貼合，同時(shí)確保側(cè)平面(2-5C)與外框架(2-4)的蓋板連接固定平面(2-4A)垂直，然后進(jìn)行組合連接；平面(2-5D)以及其上設(shè)置的定位銷孔(2-5E)用于定位連接運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償/二級(jí)穩(wěn)定環(huán)架(3)；

所述運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償/二級(jí)穩(wěn)定環(huán)架(3)為多軸多環(huán)架機(jī)構(gòu)，具有內(nèi)俯仰軸線(3A)和內(nèi)橫滾軸線(3B)，其中內(nèi)橫滾軸線(3B)與廣域掃描環(huán)架(2)的第四中心軸線(2A)一致；運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償/二級(jí)穩(wěn)定環(huán)架(3)包含內(nèi)框架(3-1)、內(nèi)左端軸系(3-2)、內(nèi)右端軸系(3-3)、內(nèi)上端軸系(3-4)、內(nèi)下端軸系(3-5)、內(nèi)剛性連接件(3-6)、光學(xué)支撐件(3-7)、望遠(yuǎn)組件(3-8)、快反鏡(3-9)、傳感器光學(xué)組件(3-10)、光電探測(cè)器(3-11)、慣性速率傳感器(3-12)；快反鏡(3-9)為具有基于子坐標(biāo)系(3C)的雙軸回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，可以為壓電驅(qū)動(dòng)、音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)型式，配置有應(yīng)變式或者電渦流位置傳感器；

所述內(nèi)框架(3-1)的框架(3-1A)上分別沿內(nèi)俯仰軸線(3A)和內(nèi)橫滾軸線(3B)設(shè)置兩組共四個(gè)圓柱孔：左圓柱孔(3-1H)、右圓柱孔(3-1J)和上圓柱孔(3-1E)、下圓柱孔(3-1F)，在每一個(gè)圓柱孔內(nèi)端或者外端設(shè)置左端面(3-1I)、右端面(3-1K)、上端面(3-1D)、下端面(3-1G)，內(nèi)俯仰軸線(3A)和內(nèi)橫滾軸線(3B)共面正交；通過左圓柱孔(3-1H)和左端面(3-1I)組合連接內(nèi)左端軸系(3-2)，內(nèi)左端軸系(3-2)配置有軸承、角度傳感器，通過右圓柱孔(3-1J)和右端面(3-1K)組合連接內(nèi)右端軸系(3-3)，內(nèi)右端軸系(3-3)配置有軸承、驅(qū)動(dòng)電機(jī)，內(nèi)左端軸系(3-2)和內(nèi)右端軸系(3-3)還設(shè)置有組合連接內(nèi)剛性連接件(3-6)的圓柱孔和端面，內(nèi)框架(3-1)、內(nèi)左端軸系(3-2)和內(nèi)右端軸系(3-3)共同組成內(nèi)橫滾環(huán)架，同時(shí)內(nèi)框架(3-1)前后兩側(cè)面(3-1L)的左右兩端分別與內(nèi)剛性連接件(3-6)限制內(nèi)橫滾環(huán)架運(yùn)動(dòng)角度范圍W2；通過上圓柱孔(3-1E)和上端面(3-1D)組合連接內(nèi)上端軸系(3-4)，內(nèi)上端軸系(3-4)配置有軸承、角度傳感器，通過下圓柱孔(3-1F)和下端面(3-1G)組合連接內(nèi)下端軸系(3-5)，內(nèi)下端軸系(3-5)配置有軸承、驅(qū)動(dòng)電機(jī)，內(nèi)上端軸系(3-4)和內(nèi)下端軸系(3-5)還設(shè)置有組合定位光學(xué)支撐件(3-7)的連接平面和定位銷孔，內(nèi)上端軸系(3-4)、內(nèi)下端軸系(3-5)和光學(xué)支撐件(3-7)及其支撐器件共同組成內(nèi)俯仰環(huán)架，作為內(nèi)橫滾環(huán)架的負(fù)載而嵌套于其中，并由內(nèi)下端軸系(3-5)上的限位結(jié)構(gòu)限制內(nèi)俯仰環(huán)架運(yùn)動(dòng)角度范圍W3；

所述內(nèi)剛性連接件(3-6)配置數(shù)量為2，通過圓柱面(3-6C)和端平面(3-6B)分別與置于內(nèi)框架(3-1)左右兩端的內(nèi)左端軸系(3-2)和內(nèi)右端軸系(3-3)組合連接，實(shí)現(xiàn)第五中心軸線(3-6A)與內(nèi)橫滾軸線(3B)一致；組合后靠近兩個(gè)側(cè)平面(3-6H)的第一凸臺(tái)(3-6D)上的第一側(cè)面(3-6G)和第二凸臺(tái)(3-6E)上的第二側(cè)面(3-6F)分別與內(nèi)框架前后兩側(cè)面(3-1L)共同限制內(nèi)橫滾回轉(zhuǎn)范圍W2；然后兩個(gè)內(nèi)剛性連接件(3-6)的端面(3-6I)分別與廣域掃描環(huán)架(2)中外剛性連接件(2-5)的平面(2-5D)貼合，定位銷孔(3-6J)與外剛性連接件(2-5)的定位銷孔(2-5E)對(duì)齊并用螺釘將內(nèi)剛性連接件(3-6)與廣域掃描環(huán)架(2)連接組合，實(shí)現(xiàn)內(nèi)橫滾軸線(3B)與廣域掃描環(huán)架(2)的第一中心軸線(2A)一致，此時(shí)側(cè)平面(3-6H)與外剛性連接件(2-5)的平面(2-5D)一致；

所述光學(xué)支撐件(3-7)外形為圓柱形或者多面棱柱形，內(nèi)腔(3-7G)與望遠(yuǎn)組件(3-8)要求的通光形狀匹配為圓柱形，通過內(nèi)底面(3-7H)和前端面(3-7B)組合支撐望遠(yuǎn)組件(3-8)，望遠(yuǎn)組件(3-8)按照廣域偵察監(jiān)視系統(tǒng)要求確定具體形式尺寸，為反射式、折射式或者折反射形式，組合時(shí)要求望遠(yuǎn)組件(3-8)的光軸與中心軸線(3-7A)一致；外底面(3-7C)組合支撐快反鏡(3-9)、傳感器光學(xué)組件(3-10)、光電傳感器(3-11)、慣性速率傳感器(3-12)，光學(xué)單元(3-10)為可見光、近紅外、中波紅外或者長(zhǎng)波紅外光學(xué)的一種或者幾種的組合，相應(yīng)的光電傳感器(3-11)也為可見光、近紅外、中波紅外或者長(zhǎng)波紅外光學(xué)的一種或者幾種的組合，快反鏡(3-9)置于望遠(yuǎn)組件(3-8)和傳感器光學(xué)組件(3-10)之間；側(cè)面(3-7D)可用于連接組合激光測(cè)距機(jī)、激光照射器、連續(xù)變焦可見光或者紅外傳感器或者慣性測(cè)量單元等，慣性速率傳感器(3-12)敏感運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償/二級(jí)穩(wěn)定環(huán)架(3)的內(nèi)俯仰軸(3A)和內(nèi)橫滾軸(3B)的慣性角速率；上下兩端的連接面(3-7F)分別與內(nèi)上端軸系(3-4)的第一負(fù)載連接面和內(nèi)下端軸系(3-5)的第二負(fù)載連接面貼合，通過定位銷孔(3-7E)分別與相應(yīng)的定位銷孔和定位銷孔對(duì)齊，采用螺釘將其分別與內(nèi)上端軸系(3-4)和內(nèi)下端軸系(3-5)連接組合；

所述快反鏡(3-9)集成有反射鏡(3-9A)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(3-9B)，通過安裝面(3-9C)與光學(xué)支撐件(3-7)的外底面(3-7C)貼合，用螺釘將快反鏡(3-9)與光學(xué)支撐件(3-7)連接組合，并且實(shí)現(xiàn)快反鏡(3-9)與望遠(yuǎn)組件(3-8)、傳感器光學(xué)組件(3-10)、光電傳感器(3-11)的一致組合；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(3-9B)驅(qū)動(dòng)反射鏡(3-9A)基于子坐標(biāo)系(3C)的第一坐標(biāo)軸(3C-X)和第二坐標(biāo)軸(3C-Y)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)光軸進(jìn)行二維回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；

所述電子單元(4)包含處理電路板組合(4-1)、慣性測(cè)量單元IMU(4-2)、伺服接口板(4-3)、電源板(4-4)；電路板組合(4-1)基于公用母板集成了計(jì)算機(jī)板、伺服驅(qū)動(dòng)板和跟蹤器板，這些電路板用于進(jìn)行系統(tǒng)工作過程中的信號(hào)傳遞、數(shù)據(jù)計(jì)算處理，慣性測(cè)量單元IMU(4-2)用于敏感一體化多環(huán)架平臺(tái)的整體姿態(tài)，并結(jié)合安裝于載機(jī)上的GPS接收天線敏感一體化多環(huán)架平臺(tái)的地理位置，伺服接口板(4-3)用于進(jìn)行一體化多環(huán)架平臺(tái)的環(huán)架伺服驅(qū)動(dòng)，電源板(4-4)對(duì)來自于載機(jī)的輸入電源進(jìn)行轉(zhuǎn)換分配滿足廣域偵察監(jiān)視系統(tǒng)中各電子電氣元器件的用電需求。