[发明专利]一种两自由度大负载跟踪稳定平台系统

说明书

技术领域

本发明属于航空光电成像技术领域，涉及一种两自由度大负载跟踪稳定平台系统，适用于以直升飞机或轻小型飞机为飞行平台的航空光电成像系统，可用于航空遥感、基础测绘、军事侦察等领域。

背景技术

稳定跟踪平台由于能隔离载体（导弹、飞机、战车、舰船）扰动，不断测量平台姿态和位置的变化，精确保持动态姿态基准，并通过图像探测设备实现对机动目标自动跟踪，所以在现代武器系统中得到了广泛的应用。例如：在弹（箭）制导导引头中，要求跟随主稳定的目标瞄准线能够隔离弹体角运动对武器射击线的扰动，通过安装在稳定跟踪平台上的图像探测装置获取稳定的目标图像，为大视场目标捕获和小视场目标识别与跟踪提供测量和计算基准，提高在行迸间的发射命中率；坦克、装甲战车等地面车辆需要频繁机动、停止、快速瞄准和行进间射击，其作战平台不仅应具有高度的机动能力，还应具备运动间稳定瞄准，跟踪、射击能力，稳定跟踪平台可用于安装昼视、夜视、测距功能三合一的观瞄设备，获取稳定的视场，使观察者能清楚地洞察战场情况；雷达的天线体积庞大，经常受到各种各样的干扰，为了使其按预定规律搜索或实现目标跟踪，需要稳定系统来隔离这些干扰。在航空侦察摄影观测设备、机载目标指示器、空间遥感探测和海底声纳探测等深海作业场合，稳定跟踪平台都得到了广泛的应用。

两自由度跟踪稳定平台有效跟踪目标和稳定成像载荷，是航空侦察平台中使用最多的一种，技术较为成熟。即将光电传感器等侦察设备置于相互正交的俯仰、方位两个框架组成的平台上，通过陀螺敏感平台相对惯性空间运动，然后经通络稳定回路驱动框架力矩电机，克服外界干扰力矩，达到稳定目的。典型的国外产品主要有：以色列CONTROP精密技术公司研制的ESP-600C型无人机载光电侦查平台采用两轴平台，其方位转动范围360°×N、俯仰+10°～-10°、最大角速度50°/s、最大角加速度-50°/s²，其稳定精度达到15urad。MSSP-3型海事观察平台主要用于海事巡逻飞机和巡逻船，采用四框架陀螺稳定系统，带有高分辨力前视红外相机、高性能CCD（Charge CoupledDevice，电荷耦合器件）相机和激光测距仪。这两种稳定平台代表了二框架结构和四框架二轴机构形式稳定平台的国际先进水平。但是目前研究较多的是承载小、载荷少、体积小的机载跟踪稳定平台，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，提出一种两自由度大负载跟踪稳定平台系统，稳定精度高、承载/自重比并可以自主提供姿态基准，适用于直升飞机或轻小型飞机航空成像、侦察作业。

本发明的技术解决方案是：一种两自由度大负载跟踪稳定平台系统，其特征包括结构系统、动力系统及控制系统；所述的结构系统包括四个线振动减振器、基座、方位框架和俯仰框架；所述的动力系统均采用有刷直流力矩电机+减速齿轮系统，包括方位有刷直流力矩电机和方位减速齿轮，用于驱动方位框架；俯仰有刷直流力矩电机和俯仰减速齿轮，用于驱动俯仰框架；所述控制系统包括测量组件和控制电路，测量组件包括光电成像器件、位置姿态测量系统POS、两支MEMS陀螺仪、一支MEMS加速度计、方位光电码盘、俯仰光电码盘；控制电路的电路板集中安装在电路箱内，且电缆线路从方位轴系、俯仰轴系内部穿过；光电成像器件、POS、陀螺仪、加速度计通过俯仰轴系支承安装在方位框架内，方位框架通过方位轴系支承吊于基座下，基座采用圆周封闭的整体式环形硬铝合金结构通过四个线振动减振器坐安装底板上。

所述的方位框架、俯仰框架由外到内分布，两框架回转轴线正交于一点；方位框架采用封闭的整体式U形结构，通过方位轴系支承吊于在基座下，绕方位轴实现0°至360°旋转，并由方位光电码盘测量方位框架和基座的相对转角；俯仰框架采用开放的整体式方形结构，通过俯仰轴系支承安装在方位框架内，绕左俯仰轴、右俯仰轴实现-90°至0°旋转，并由俯仰光电码盘测量俯仰框架和方位框架的相对转角；方位框架隔离基座方位角速率，俯仰框架隔离基座滚转角速率；实现抵消干扰力矩，实时稳定和调整俯仰框架上的光电成像器件视轴的目的。

本发明的原理是：两自由度大负载跟踪稳定平台系统由两个框架构成，由外至内分别是方位框架、俯仰框架。方位框架的回转轴沿着飞机的航向方向，用以隔离飞机的方位角运动；俯仰框架的回转轴沿飞机飞行方向，用以隔离飞机的横滚角运动；各回转轴均以顺时针旋转为正。