本發(fā)明屬于光學(xué)反射跟蹤裝置的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于低軌衛(wèi)星光學(xué)探測(cè)載荷對(duì)空間運(yùn)動(dòng)目標(biāo)搜索、捕獲、跟蹤技術(shù)驗(yàn)證的雙波段反射二維掃描搜索跟蹤平臺(tái)。

背景技術(shù)：

采用空間雙波段復(fù)合動(dòng)態(tài)場(chǎng)景投影型仿真系統(tǒng)進(jìn)行空間場(chǎng)景的模擬，并投影至透射式投影屏上，在投影屏后放置小視場(chǎng)可見(jiàn)光、短波紅外載荷進(jìn)行目標(biāo)探測(cè)，以實(shí)現(xiàn)低軌衛(wèi)星光學(xué)載荷對(duì)空間運(yùn)動(dòng)目標(biāo)搜索、捕獲、跟蹤的技術(shù)驗(yàn)證。為保證小視場(chǎng)光學(xué)載荷能獲得更大的搜索視場(chǎng)，同時(shí)又可對(duì)捕獲到的目標(biāo)進(jìn)行精確瞄準(zhǔn)、跟蹤，需要在投影屏和小視場(chǎng)光學(xué)載荷之間添加雙波段反射二維掃描搜索跟蹤平臺(tái)。雙波段反射二維掃描搜索跟蹤平臺(tái)，可在實(shí)驗(yàn)室受控環(huán)境下用于開(kāi)展光學(xué)探測(cè)載荷的地面半物理仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證低軌衛(wèi)星光學(xué)探測(cè)載荷對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的搜索、捕獲、跟蹤的功能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)中的不足而提供一種雙波段反射二維掃描搜索跟蹤平臺(tái)，其掃描方式靈活，便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)視軸指向快速、高精度的控制。

本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：提供一種雙波段反射二維掃描搜索跟蹤平臺(tái)，包括基座、u型架、反射鏡，所述基座上設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與基座底面平行的俯仰軸，所述俯仰軸的一端連接有驅(qū)動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)的俯仰電機(jī)，俯仰軸的另一端與所述u型架的中部連接，所述u型架的兩個(gè)端部之間設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與俯仰軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線垂直相交的方位軸，所述u型架的一個(gè)端部設(shè)置有驅(qū)動(dòng)所述方位軸轉(zhuǎn)動(dòng)的方位電機(jī)，所述方位軸的中部固定安裝所述反射鏡，所述方位軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線處于反射鏡的反射面所在平面中。

作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述u型架的另一個(gè)端部設(shè)置有配重塊。

作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述方位軸為曲軸，所述反射鏡固定在曲軸的彎曲段上。

作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述反射鏡整體為橢圓形，橢圓形的長(zhǎng)軸與方位軸的軸線平行。

作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述反射鏡包括鋁鏡基體，鋁鏡基體的正面為反射面，背面為蜂窩狀。

作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述反射鏡的背部通過(guò)螺釘與曲軸連接，反射鏡的兩側(cè)面通過(guò)粘結(jié)劑與曲軸粘結(jié)。

作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述基座上設(shè)置有階梯狀軸孔，所述俯仰軸的一段為設(shè)置于階梯狀軸孔中的錐形段，靠近錐形段大端的一段俯仰軸與階梯狀軸孔之間設(shè)置有大軸承，靠近錐形段小端的一段俯仰軸與階梯狀軸孔之間設(shè)置有小軸承，所述錐形段上套設(shè)有與大軸承、小軸承相對(duì)的一側(cè)相抵接的錐套形隔圈，所述俯仰軸在大軸承、小軸承的另一側(cè)分別設(shè)置有軸肩和鎖緊螺母。

作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述u型架的兩個(gè)端部分別設(shè)置有軸孔，所述方位軸的兩端均通過(guò)兩個(gè)角接觸軸承支承在軸孔中，兩個(gè)角接觸軸承之間設(shè)置有內(nèi)隔圈和外隔圈，兩個(gè)角接觸軸承之間通過(guò)鎖緊螺母鎖緊。

作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述方位軸的一端為軸向固定式安裝，另一端為軸向游動(dòng)式安裝。

作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述方位軸軸向固定式安裝的一端的兩個(gè)角接觸軸承的內(nèi)圈之間、外圈之間分別通過(guò)螺接于方位軸上的內(nèi)鎖緊螺母、螺接于軸孔內(nèi)壁的外鎖緊螺母鎖緊，方位軸軸向游動(dòng)式安裝的一端的兩個(gè)角接觸軸承之間通過(guò)螺接在方位軸上的鎖緊螺母鎖緊。

本發(fā)明提供的雙波段反射二維掃描搜索跟蹤平臺(tái)，包括基座、u型架、反射鏡，所述基座上設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與基座底面平行的俯仰軸，所述俯仰軸的一端連接有驅(qū)動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)的俯仰電機(jī)，俯仰軸的另一端與所述u型架的中部連接，所述u型架的兩個(gè)端部之間設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與俯仰軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線垂直相交的方位軸，所述u型架的一個(gè)端部設(shè)置有驅(qū)動(dòng)所述方位軸轉(zhuǎn)動(dòng)的方位電機(jī)，所述方位軸的中部固定安裝所述反射鏡，所述方位軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線處于反射鏡的反射面所在平面中。本發(fā)明負(fù)載輕，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，掃描方式靈活，采用精密驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)，選擇連續(xù)或步進(jìn)的掃描方式，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)視軸指向快速、高精度的控制。

附圖說(shuō)明

利用附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但附圖中的實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)以下附圖獲得其它的附圖。

圖1是雙波段反射二維掃描搜索跟蹤平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1的左視圖。

圖3是圖1的俯視圖。

圖4是基座與俯仰軸連接位置的剖視圖。

圖5是u型架一端與方位軸的連接位置的剖視圖。

圖6是u型架另一端與方位軸的連接位置的剖視圖。

圖7是雙波段反射二維掃描搜索跟蹤平臺(tái)的控制流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

為保證小視場(chǎng)光學(xué)載荷能獲得更大的搜索視場(chǎng)，并對(duì)捕獲到的目標(biāo)進(jìn)行精確瞄準(zhǔn)和跟蹤，同時(shí)又盡量降低旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)對(duì)衛(wèi)星穩(wěn)定性造成的影響，需要在探測(cè)目標(biāo)和小視場(chǎng)光學(xué)載荷之間添加雙波段反射二維掃描搜索跟蹤平臺(tái)。本發(fā)明提供的雙波段反射二維掃描搜索跟蹤平臺(tái)，可用于實(shí)現(xiàn)低軌衛(wèi)星光學(xué)載荷對(duì)空間運(yùn)動(dòng)目標(biāo)搜索、捕獲、跟蹤的技術(shù)驗(yàn)證，在實(shí)驗(yàn)室受控環(huán)境下開(kāi)展光學(xué)探測(cè)載荷的地面半物理仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證光學(xué)探測(cè)載荷對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的搜索、捕獲、跟蹤的功能。

如圖1至圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種雙波段反射二維掃描搜索跟蹤平臺(tái)，包括基座1、u型架2、反射鏡3。所述基座1上設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與基座1底面平行的俯仰軸4，所述俯仰軸4的一端連接有驅(qū)動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)的俯仰電機(jī)5，俯仰軸4的另一端與所述u型架2的中部連接，所述u型架2的兩個(gè)端部之間設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與俯仰軸4的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線垂直相交的方位軸6，所述u型架2的一個(gè)端部設(shè)置有驅(qū)動(dòng)所述方位軸6轉(zhuǎn)動(dòng)的方位電機(jī)7，所述方位軸6的中部固定安裝所述反射鏡3，所述方位軸6的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線處于反射鏡3的反射面所在平面中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)俯仰軸和方位軸的轉(zhuǎn)角精度：±0.01°。上述部件中，基座采用鋁合金加工而成，安裝底面通過(guò)緊固螺釘與安裝平臺(tái)進(jìn)行安裝，軸與電機(jī)的連接則通過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)接件和剛性聯(lián)軸器連接，電機(jī)外殼則通過(guò)轉(zhuǎn)接件與基座或u型架連接，u型架與俯仰軸則通過(guò)圓柱面定位，然后通過(guò)配打螺紋孔后，用緊定螺釘連接。

需要說(shuō)明的是，電機(jī)在驅(qū)動(dòng)軸系結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，應(yīng)克服軸系的負(fù)載力矩，因此，負(fù)載力矩是軸系設(shè)計(jì)好壞評(píng)判的重要指標(biāo)。在中低轉(zhuǎn)速條件下，負(fù)載力矩主要由轉(zhuǎn)動(dòng)慣量引起的阻力矩和摩擦力矩組成，摩擦力矩又可以分為外載荷引起摩擦力矩和潤(rùn)滑劑粘性摩擦力矩，即負(fù)載力矩。經(jīng)計(jì)算分析，方位軸軸系總摩擦力矩為44.82nmm，負(fù)載力矩為45.27nmm，為保證系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)具有較高的靜力矩和動(dòng)力矩裕度，方位電機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩應(yīng)≥224.55nmm。俯仰軸軸系總摩擦力矩為82.89nmm，負(fù)載力矩為122.11nmm，為保證系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)具有較高的靜力矩和動(dòng)力矩裕度，電機(jī)組件驅(qū)動(dòng)力矩應(yīng)≥453.67nmm。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式，所述u型架2的另一個(gè)端部設(shè)置有配重塊8。配重塊主要實(shí)現(xiàn)方位軸整體的質(zhì)心落于中點(diǎn)上。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式，所述方位軸6為曲軸，所述反射鏡3固定在曲軸的彎曲段上。所述反射鏡3整體為橢圓形，即反射鏡工作區(qū)域外包絡(luò)為橢圓，長(zhǎng)軸260mm，短軸為160mm（反射鏡邊緣考慮了5mm鏡面加工余量）。橢圓形的長(zhǎng)軸與方位軸6的軸線平行。為了方便反射鏡加工時(shí)裝夾，最后將橢圓反射鏡優(yōu)化設(shè)計(jì)為外輪廓為12邊形多面體，并倒圓角處理。所述反射鏡3包括鋁鏡基體，鋁鏡基體的正面為反射面，加工前材料進(jìn)行去應(yīng)力時(shí)效處理，精加工前采用高低溫穩(wěn)定尺寸處理，低溫為液氮溫度，溫度循環(huán)為2-3個(gè)。光學(xué)鏡面通過(guò)精密機(jī)械加工、拋光、鍍鎳、光學(xué)拋光并鍍保護(hù)膜處理。反射鏡輕量化主要通過(guò)對(duì)鋁鏡基體背面進(jìn)行蜂窩狀化處理，反射鏡在轉(zhuǎn)軸上的安裝，是通過(guò)其背部的m3螺紋與曲軸采用螺釘連接，同時(shí)采用高強(qiáng)度粘結(jié)劑將反射鏡兩側(cè)面與曲軸進(jìn)行粘結(jié)。平面反射鏡輕量化設(shè)計(jì)后，經(jīng)分析，其在重力場(chǎng)作用下的變形量小于面形要求。反射鏡的光學(xué)技術(shù)指標(biāo)如下：光學(xué)波段范圍：400～2350nm；平均反射率：rave≥85%；峰值反射率：rp≥90%；光學(xué)表面pv值λ/10，rms值λ/40@檢測(cè)波長(zhǎng)632.8nm。

如圖4所示，所述基座1上設(shè)置有階梯狀軸孔，所述俯仰軸4的一段為設(shè)置于階梯狀軸孔中的錐形段，靠近錐形段大端的一段俯仰軸4與階梯狀軸孔之間設(shè)置有大軸承9，靠近錐形段小端的一段俯仰軸4與階梯狀軸孔之間設(shè)置有小軸承10，所述錐形段上套設(shè)有與大軸承9、小軸承10相對(duì)的一側(cè)相抵接的錐套形隔圈11，所述俯仰軸4在大軸承9、小軸承10的另一側(cè)分別設(shè)置有軸肩和兩個(gè)鎖緊螺母12。通過(guò)強(qiáng)度初步校核，大軸承9、小軸承10采用角接觸軸承，軸承型號(hào)選用7305a和7309a，具體選用日本nsk進(jìn)口軸承，精度等級(jí)p4，采用普通油（或脂）潤(rùn)滑民用軸承。為保證軸系回轉(zhuǎn)精度，大軸承9、小軸承10預(yù)緊安裝。通過(guò)修磨軸承之間的錐套形隔圈長(zhǎng)度，調(diào)整兩軸承之間的預(yù)緊力，預(yù)緊力控制為100n。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式，所述方位軸6的一端為軸向固定式安裝，另一端為軸向游動(dòng)式安裝，這樣軸承可沿軸向自由游動(dòng)，以補(bǔ)償方位軸6的熱脹冷縮，保證轉(zhuǎn)動(dòng)精度。

如圖5和圖6所示，所述u型架2的兩個(gè)端部分別設(shè)置有軸孔，所述方位軸6的兩端均通過(guò)兩個(gè)角接觸軸承13支承在軸孔中，兩個(gè)角接觸軸承13之間設(shè)置有內(nèi)隔圈14和外隔圈15，兩個(gè)角接觸軸承13之間通過(guò)鎖緊螺母鎖緊。

具體的，如圖5所示，所述方位軸6軸向固定式安裝的一端的兩個(gè)角接觸軸承13的內(nèi)圈之間、外圈之間分別通過(guò)螺接于方位軸6上的兩個(gè)內(nèi)鎖緊螺母16、螺接于軸孔內(nèi)壁的兩個(gè)外鎖緊螺母17鎖緊，這樣方位軸6在軸向不能發(fā)生移動(dòng)。兩個(gè)角接觸軸承1為7005a角接觸軸承，背靠背安裝，為保證軸系回轉(zhuǎn)精度，兩軸承預(yù)緊安裝，通過(guò)調(diào)整兩軸承之間內(nèi)、外隔圈厚度差控制軸承預(yù)緊力，預(yù)緊力大小控制為100n。

如圖6所示，方位軸6軸向游動(dòng)式安裝的一端的兩個(gè)角接觸軸承13之間通過(guò)螺接在方位軸6上的兩個(gè)鎖緊螺母18鎖緊，這樣軸承和軸形成的整體可以在軸孔內(nèi)部滑動(dòng)。兩個(gè)角接觸軸承13為7005a角接觸軸承，背靠背安裝，為保證軸系回轉(zhuǎn)精度，兩軸承預(yù)緊安裝，通過(guò)調(diào)整兩軸承之間內(nèi)外隔圈厚度差控制軸承預(yù)緊力，預(yù)緊力大小控制為100n。

本發(fā)明的控制系統(tǒng)是一個(gè)位置隨動(dòng)系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)主要控制直流無(wú)刷力矩電機(jī)進(jìn)行精確旋轉(zhuǎn)，并通過(guò)角度編碼器實(shí)時(shí)測(cè)量轉(zhuǎn)軸位置，并反饋至直流無(wú)刷力矩電機(jī)控制器，閉環(huán)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。具體方案采用電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)相結(jié)合的三環(huán)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)為沒(méi)有超調(diào)的系統(tǒng)。控制單元主要包括直流力矩電機(jī)（執(zhí)行元件）、pwm功放（功率放大元件）、控制計(jì)算機(jī)（dsp）、光柵編碼器（角度及角速度檢測(cè)元件）、數(shù)字轉(zhuǎn)換器（信號(hào)解調(diào)變換元件）等部分，控制流程見(jiàn)圖7所示。

上面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是，本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其他方式來(lái)實(shí)施，因此，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。

總之，本發(fā)明雖然列舉了上述優(yōu)選實(shí)施方式，但是應(yīng)該說(shuō)明，雖然本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以進(jìn)行各種變化和改型，除非這樣的變化和改型偏離了本發(fā)明的范圍，否則都應(yīng)該包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。