[发明专利]一种轻量型航空遥感三轴惯性稳定平台系统

说明书

技术领域

本发明属于航空遥感技术领域，涉及一种轻量型航空遥感三轴惯性稳定平台系统，适用于以轻小型飞机为飞行平台的航空遥感系统，可用于航空遥感、基础测绘、军事侦察等领域。

背景技术

高分辨率对地观测系统的高精度实时运动成像要求平台理想运动，但平台运动受到各种扰动的影响，形成复杂多模高阶随机运动，导致运动成像质量退化。高精度惯性稳定平台负责支承并稳定载荷，可有效地隔离空中各种干扰力矩对遥感载荷视轴稳定的影响，使高分辨率成像载荷的视轴在惯性空间保持稳定，显著减小了载机扰动对成像精度的影响，提高了成像分辨率。

在高分辨率遥感载荷发展的牵引下，轻量化三轴惯性稳定平台系统技术也得到了快速发展，很多发达国家已经形成了产品，并广泛应用于高性能航空遥感领域。AeroStab-2为德国研制的轻量型三轴惯性稳定平台，其角度稳定范围为：方位±15°，俯仰±23°，横滚±23°；俯仰、横滚最大角速度15°/s、方位最大角速度5°/s，稳定精度为0.03°，平台自重13.5kg，体积参数为351mm×330mm×180mm。德国Somag公司研制的轻小型双轴惯性稳定平台SSM150，其体积参数为460mm×425mm×154mm，可承载的最大载荷为25kg。

以上两种产品是国外轻量化惯性稳定平台的代表。然而，现有的轻量化惯性稳定平台目前仍存在着许多不足。比如：SSM150虽然具有较高的稳定精度和较大的承载/自重比，但重量和体积偏大；AeroStab-2虽然重量和体积较小，但稳定精度和承载/自重比却较低；此外，还存在稳定范围小，没有POS提供姿态基准不能工作的问题。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种轻量型航空遥感三轴惯性稳定平台系统，稳定精度高、承载/自重比大、稳定范围宽、体积小、重量轻并可以自主提供姿态基准，适用于轻小型飞机敏捷遥感作业。

本发明的技术解决方案是：一种轻量型航空遥感三轴惯性稳定平台系统，包括结构部分、平台框架驱动部分及控制部分；结构部分包括基座、四个线振动减振器、三个框架锁紧装置、横滚框架、俯仰框架和方位框架；平台框架驱动系统包括三部直流无刷力矩电机和三套减速装置，三部直流无刷力矩电机和三套减速装置分别用于横滚框架、俯仰框架和方位框架的驱动；控制部分包括测量组件和控制电路，测量组件包括三支光电编码器、三支MEMS陀螺仪、两支MEMS加速度计以及位置姿态测量系统POS，控制电路的主电路板集中安装在电路箱内，电路箱通过螺钉紧固安装在基座上；遥感载荷通过过渡架安装在方位框架上，POS通过POS托架安装在基座上，基座通过四个线振动减振器与飞机相连；三个框架锁紧装置用于横滚框架、俯仰框架和方位框架的锁紧。

横滚框架、俯仰框架和方位框架由外到内分布，三框架回转轴线正交于一点；横滚框架沿X轴方向安装在基座上，绕X轴旋转；俯仰框架沿Y轴安装在横滚框架上，绕Y轴旋转；方位框架沿Z轴安装在俯仰框架上，绕Z轴旋转；横滚框架和俯仰框架跟踪当地地理水平，方位框架跟踪飞行航向；控制部分根据三支MEMS陀螺仪提供的框架角速率信息、POS或两支MEMS加速度计提供的姿态信息产生控制信号，驱动三部直流无刷电机输出力矩，通过三套减速装置反向驱动三个框架转动，实现抵消干扰力矩，实时跟踪和稳定遥感载荷视轴的目的。

三支光电编码器分别安装在横滚框架回转轴、俯仰框架回转轴和方位框架的电机轴上；三支光电编码器采集三个框架的相对转角信息，POS提供基座对当地水平的姿态信息，控制部分将上述信息与水平姿态零位值及航向角度设定值进行比较，并根据比较结果实时反向补偿框架转角。

三套减速装置均采用一级同步带-带轮减速系统，每套减速装置包括一个小带轮、一个同步齿轮带、一个大带轮；小带轮与电机轴通过销钉紧固，大带轮通过螺钉紧固在框架上；小带轮与大带轮外径设有弧形齿，由同步齿轮带通过啮合方式进行连接和传动。

基座、横滚框架、俯仰框架和方位框架采用硬铝合金材料。三个框架锁紧装置包括横滚框架锁紧装置、俯仰框架锁紧装置和方位框架锁紧装置；三个框架锁紧装置均为弹簧回程助推式插轴机构，分别对横滚框架、俯仰框架和方位框架进行零位锁紧；横滚框架锁紧装置通过螺钉紧固安装在横滚框架侧壁上，俯仰框架锁紧装置与方位框架锁紧装置均通过螺钉紧固安装在俯仰框架正面上。