[发明专利]一种天基跟瞄演示仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种天基跟瞄演示仪，尤其是通过动量轮进行姿态控制的天基跟瞄演示仪。

背景技术

三轴稳定的卫星姿态控制通常有喷气和动量交换装置两种形式。对于长寿命高精度的三轴姿态稳定卫星，在轨道上正常工作时，普遍采用角动量交换装置（包括固定安装的动量轮，控制力矩陀螺及框架动量轮）作为姿态控制系统的执行机构。星体上安装的角动量交换装置，当其数值与方向按一定规律变化时，产生作用于卫星上所需要的反作用力矩，从而实现对卫星姿态的连续控制，动量轮系的角动量可以由多个动量轮的角动量合成。从上世纪60年代末开始，国外就开始研究多个动量轮安装方式对卫星姿态的控制效果。现在三轴姿态稳定卫星所采用的角动量交换装置的多个动量轮常规的安装方式一般为三轴正交安装。

对卫星姿态控制系统的开发，除了理论研究外，还要进行硬件实验，同时以上卫星姿态控制的理论在大学的相关专业课程中都会有介绍，为了学生对上述知识能有的更好的理解，除了进行说教式的知识传授与理论研究外，也需要进行硬件实验，为了模拟出卫星在空间轨道上的失重及低摩擦力矩状态，往往需要三轴气浮转台。受三轴气浮转台重量、体积和成本的限制，这种实验设备无法方便地多台套推广，从而也无法为实践教学和卫星姿态控制提供有效地支持，并且三轴气浮转台存在重心不易调节的问题。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的是提供一种用液浮壳体代替三轴气浮转台的低成本、便于推广的天基跟瞄演示仪，能够直观地展现出动量轮反作用力矩对卫星姿态的精确控制，并加上图像处理程序，从而实现对特定目标的跟踪与瞄准。该演示仪不仅能够用于卫星姿控系统的理论研究，而且也能够为日常实践教学提供良好的硬件支持。

本发明所采用的技术方案是：一种天基跟瞄演示仪，其特征是：包括有上开口的液体箱，以及漂浮在液体箱中的球形壳体，利用液体箱中的液体浮力平衡所述的球形壳体自身重力，以及信息采集单元，运算单元、信号传输单元，控制单元；

所述的信息采集单元包括安装在所述的球形壳体内部的无线摄像头模块，所述的无线摄像头模块由芯片摄像头、1.2GHZ的无线收发模块与图像采集卡组成，负责实时获取关于外部目标位置的光流图像，并将关于该外部目标位置的光流图像传给运算单元；

所述的运算单元为计算机，负责对信息采集单元所采集的关于该外部目标位置的光流图像进行处理，利用图像算法得到失调角，并通过控制算法得到指令力矩；并将所述的指令力矩以直流电机控制信号的形式通过信号传输单元传给控制单元；

所述的信号传输单元包括蓝牙通信模块，用于接收计算机端发出的直流电机控制信号，并将该直流电机控制信号发送给控制单元；

所述的控制单元根据接收到的直流电机控制信号产生相应的力矩，包括安装在所述的球形壳体内部的单片机模块、电机驱动模块和执行模块，所述的单片机模块负责接收来自信号传输单元的直流电机控制信号，并将该直流电机控制信号进行处理后，将正反转信号与PWM波形输出至电机驱动模块；所述的执行模块包括与第一直流电机相连的第一动量轮、与第二直流电机相连的第二动量轮、与第三直流电机相连的第三动量轮，所述的第一直流电机、第二直流电机、第三直流电机分别与电机驱动模块相连，并根据电机驱动模块控制动量轮的转动状态，从而产生相应的力矩，实现对球形壳体姿态的控制。

所述的液体为水。

所述的球形壳体为两个由透明材料构成的半球拼接而成的封闭球壳。

所述的第一动量轮、第二动量轮和第三动量轮采用三轴正交的安装方式；根据三轴正交安装的动量轮所产生的反作用力矩对姿态进行调整。

所述的电机驱动模块为可控制双路直流电机的L298N。

所述的蓝牙通信模块为HC-06蓝牙透传模块。

本发明的有益效果是，用液浮壳体代替三轴气浮转台，在成本与性能之间取得平衡，结构简单，便于多台套推广，同时解决了三轴气浮转台重心不易调节的问题，既可用于理论研究，例如验证一些卫星的姿态控制算法、目标识别算法和跟踪算法，又可为实践教学提高硬件支持，给学生以直观的认识。

附图说明

图1是本发明的整体结构图。

图2是本发明球形壳体内的结构示意图。

图3是本发明的信号传递示意图。

图中1.水箱，2.球形壳体，3.动量轮，4.无线摄像头，5.外部目标。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。