用于航空航天成像領(lǐng)域的快速反射鏡掃描跟蹤系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本專利公開了一種用于航空航天成像領(lǐng)域的快速反射鏡掃描跟蹤系統(tǒng)?？焖俜瓷溏R掃描跟蹤系統(tǒng)的功能主要包括對目標(biāo)的掃描、捕獲及跟蹤。對目標(biāo)的掃描、捕獲及跟蹤主要依靠二維轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)來完成，其中二維轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)混合了地平式光機(jī)結(jié)構(gòu)和反射鏡光機(jī)結(jié)構(gòu)的特點，屬于混合式光機(jī)結(jié)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)綜合了兩者的優(yōu)點，既可以提供360°范圍的掃描，也可以減少俯仰軸機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量，大大提高了俯仰軸的快速響應(yīng)性能，從而加強(qiáng)了對目標(biāo)的掃描、捕獲及跟蹤的能力。
【專利說明】用于航空航天成像領(lǐng)域的快速反射鏡掃描跟蹤系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本專利涉及光電掃描跟蹤【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于航空航天成像領(lǐng)域的快速反射鏡掃描跟蹤系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】:
[0002]光電掃描跟蹤技術(shù)已經(jīng)成為航空航天成像領(lǐng)域捕獲目標(biāo)所采用重要的技術(shù)手段，其中精確掃描和精確對準(zhǔn)是獲取移動目標(biāo)?目息的關(guān)鍵技術(shù)，通過光電掃描跟蹤技術(shù)捕獲目標(biāo)并進(jìn)行跟蹤，向外提供目標(biāo)實時的方位信息。
[0003]光電掃描跟蹤技術(shù)中掃描型成像儀采用光機(jī)掃描成像方式，它通過掃描鏡頭的機(jī)械運(yùn)動，使探測器通過光學(xué)系統(tǒng)以一個非常小的瞬時視場，從一端到另一端順序“看到”掃描行的所有部分。在俯仰電機(jī)的驅(qū)動下可以實現(xiàn)指向反射鏡俯仰范圍的轉(zhuǎn)動，而在方位電機(jī)的驅(qū)動下可實現(xiàn)指向反射鏡的方位范圍的轉(zhuǎn)動。在結(jié)構(gòu)上光電掃描跟蹤的結(jié)構(gòu)種類共分為兩種:地平式光機(jī)結(jié)構(gòu)、反射鏡式光機(jī)結(jié)構(gòu)。
[0004]地平式光機(jī)結(jié)構(gòu)就是將光學(xué)系統(tǒng)和成像系統(tǒng)均安裝在結(jié)構(gòu)的俯仰軸或方位軸的平臺上，隨著俯仰軸和方位軸的一起轉(zhuǎn)動，可實現(xiàn)360°視場范圍的掃描和跟蹤。
[0005]反射鏡式光機(jī)結(jié)構(gòu)是較新型的結(jié)構(gòu)方案，這種反射鏡式光機(jī)構(gòu)的特點是:光學(xué)系統(tǒng)和成像系統(tǒng)均安裝在固定不動的基座上，僅靠一塊或兩塊平面反射鏡作跟蹤目標(biāo)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，以達(dá)到掃描和跟蹤的功能。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0006]本專利提出了一種用于航空航天成像領(lǐng)域的快速反射鏡掃描跟蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)混合了地平式光機(jī)結(jié)構(gòu)和反射鏡光機(jī)結(jié)構(gòu)的特點，屬于混合式光機(jī)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)綜合了兩者的優(yōu)點，可以提供360°范圍的掃描，也可以完成俯仰軸的快速掃描和跟蹤，實現(xiàn)目標(biāo)的掃描及捕獲跟蹤。
[0007]—種用于航空航天成像領(lǐng)域的快速反射鏡掃描跟蹤系統(tǒng)，如附圖1所示，包括方位軸轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)1，方位軸安裝平臺2、光學(xué)安裝支架3、俯仰軸轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)4、指向反射鏡5、俯仰軸控制系統(tǒng)6、方位軸控制系統(tǒng)7。
[0008]指向反射鏡5安裝于俯仰軸轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)4內(nèi)部，由俯仰軸轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)4驅(qū)動轉(zhuǎn)動，俯仰軸轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)4通過光學(xué)安裝支架3安裝在方位軸安裝平臺2上，方位軸轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)I驅(qū)動方位軸安裝平臺2帶動整個系統(tǒng)進(jìn)行方位方向的轉(zhuǎn)動。方位軸控制系統(tǒng)7控制方位軸轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)I轉(zhuǎn)動，俯仰軸控制系統(tǒng)6控制俯仰軸轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)4轉(zhuǎn)動。
[0009]所述的方位軸轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)I采用單電機(jī)直接驅(qū)動或多電機(jī)共同驅(qū)動，采用單電機(jī)直接驅(qū)動時，使用永磁同步電機(jī)，其直徑=400mm，峰值力矩3 INm，轉(zhuǎn)矩波動系數(shù)=10% ；
[0010]所述的方位軸轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)I配置增量式光電編碼器或絕對式光電編碼器，編碼器的角位置精度蘭0.5”，直徑≤1000mm ；
[0011]所述的俯仰軸轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)4采用電機(jī)共軸安裝直接驅(qū)動指向反射鏡運(yùn)動，電機(jī)為有限轉(zhuǎn)角直流無刷電機(jī)，直徑=200mm，峰值力矩3 0.2Nm，轉(zhuǎn)矩波動系數(shù)=5%；
[0012]所述的俯仰軸轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)4配置增量式光電編碼器或絕對式光電編碼器，編碼器的角位置精度蘭0.5”，直徑≤1000mm。
[0013]所述的俯仰軸控制系統(tǒng)6主要功能為:a)依據(jù)光電編碼器的角位置數(shù)據(jù)對永磁同步電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，b)與方位軸控制系統(tǒng)7及其他設(shè)備進(jìn)行通信；
[0014]所述的方位軸控制系統(tǒng)7主要功能為:a)依據(jù)光電編碼器的角位置數(shù)據(jù)對永磁同步電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，b)與俯仰軸控制系統(tǒng)6及外部設(shè)備進(jìn)行通信。
[0015]具體掃描和跟蹤步驟如下:
[0016]I)儀器運(yùn)行時，俯仰軸控制系統(tǒng)6依據(jù)俯仰軸轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)4上安裝的圓形角度傳感器對電機(jī)直接驅(qū)動指向反射鏡5運(yùn)動；
[0017]2)方位軸轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)I的轉(zhuǎn)動范圍為360°，掃描速度0° /s_30° /s，跟蹤最大加速度 50° /s2;
[0018]3)俯仰軸轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)4的轉(zhuǎn)動范圍為±30°，掃描速度0° /s-60° /s，跟蹤最大加速度 1000° /s2;
[0019]4)方位軸控制系統(tǒng)7依據(jù)方位軸轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)I上安裝的圓形角度傳感器對電機(jī)直接驅(qū)動方位軸機(jī)構(gòu)運(yùn)動；
[0020]5)俯仰軸控制系統(tǒng)6與方位軸控制系統(tǒng)7通過通信總線互聯(lián)，主要為快速反射鏡掃描跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行目標(biāo)掃描時，提供方位軸和俯仰軸的位置校準(zhǔn)對齊功能；
[0021]7)掃描模式下，方位軸轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)I與俯仰軸轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)4通過通信鏈路實現(xiàn)兩軸位置的校準(zhǔn)對齊；
[0022]8)跟蹤模式下，方位軸控制系統(tǒng)7和俯仰軸控制系統(tǒng)6接受外部輸入的位置信號，分別對方位軸轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)I和俯仰軸轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)4進(jìn)行實時定位，完成跟蹤功能。
[0023]本專利的優(yōu)點在于:混合了地平式光機(jī)結(jié)構(gòu)和反射鏡光機(jī)結(jié)構(gòu)的特點，屬于混合式光機(jī)結(jié)構(gòu)，綜合了兩者的優(yōu)點，既可以提供360°范圍的掃描，同時也減少了俯仰軸機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量，大大提高了俯仰軸的快速響應(yīng)性能，增強(qiáng)目標(biāo)的掃描及捕獲跟蹤的能力。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0024]附圖1為本專利的總框圖。
[0025]附圖2為掃描原理圖。
【具體實施方式】:
[0026]根據(jù)專利內(nèi)容，本實施例構(gòu)建了一種用于航空航天成像領(lǐng)域的快速反射鏡掃描跟蹤系統(tǒng)，如附圖1所示。其中各個部分的具體參數(shù)和設(shè)計如下:
[0027]光電編碼器:采用reinshaw公司的增量式光電碼盤圓光柵為RESM2U-SA550、讀出頭為T2600-3M、細(xì)分頭為T10400A12A，直徑為550mm，系統(tǒng)精度I”。
[0028]永磁同步電機(jī):采用kollmorgen公司的RBE02110B交流永磁同步電機(jī),持續(xù)堵轉(zhuǎn)力矩為0.952Nm，峰值力矩為2.55Nm，質(zhì)量為0.585kg。
[0029]有限轉(zhuǎn)角電機(jī):采用中電21所研制的有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機(jī)，轉(zhuǎn)動范圍60°，峰值力矩為0.8Nm。
【權(quán)利要求】
1.一種用于航空航天成像領(lǐng)域的快速反射鏡掃描跟蹤系統(tǒng)，包括方位軸轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)(1)，方位軸安裝平臺(2)、光學(xué)安裝支架(3)、俯仰軸轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)(4)、指向反射鏡(5)、俯仰軸控制系統(tǒng)(6)和方位軸控制系統(tǒng)(7)，其特征在于: 所述的指向反射鏡(5)安裝于俯仰軸轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)(4)的內(nèi)部，由俯仰軸轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)(4)驅(qū)動轉(zhuǎn)動，俯仰軸轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)(4)通過光學(xué)安裝支架(3)安裝在方位軸安裝平臺(2)上，方位軸轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)(I)驅(qū)動方位軸安裝平臺(2)帶動整個系統(tǒng)進(jìn)行方位方向的轉(zhuǎn)動，方位軸控制系統(tǒng)(7)控制方位軸轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)(I)轉(zhuǎn)動，俯仰軸控制系統(tǒng)(6)控制俯仰軸轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)(4)轉(zhuǎn)動； 所述的方位軸轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)(I)采用單電機(jī)直接驅(qū)動或多電機(jī)共同驅(qū)動，采用單電機(jī)直接驅(qū)動時，使用永磁同步電機(jī)，其直徑=400mm，峰值力矩3 INm，轉(zhuǎn)矩波動系數(shù)=10% ； 所述的方位軸轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)(I)配置增量式光電編碼器或絕對式光電編碼器，編碼器的角位置精度蘭0.5”，直徑≤1000mm ； 所述的俯仰軸轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)(4)采用電機(jī)共軸安裝直接驅(qū)動指向反射鏡運(yùn)動，電機(jī)為有限轉(zhuǎn)角直流無刷電機(jī)，直徑=200mm，峰值力矩3 0.2Nm，轉(zhuǎn)矩波動系數(shù)=5%； 所述的俯仰軸轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)(4)要求使用光電編碼器，角位置精度=0.5”，直徑< 1000mm，為增量式光電編碼器或 絕對式光電編碼器。
【文檔編號】G01S17/66GK203773357SQ201420028330
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】王晟瑋, 王躍明, 莊曉瓊, 肖喜中, 鮑智康, 郎均蔚, 黃文俊 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所