用于航空航天成像領域的快速反射鏡掃描跟蹤系統的制作方法
【專利摘要】本專利公開了一種用于航空航天成像領域的快速反射鏡掃描跟蹤系統。快速反射鏡掃描跟蹤系統的功能主要包括對目標的掃描、捕獲及跟蹤。對目標的掃描、捕獲及跟蹤主要依靠二維轉動機構來完成，其中二維轉動機構混合了地平式光機結構和反射鏡光機結構的特點，屬于混合式光機結構。該機構綜合了兩者的優點，既可以提供360°范圍的掃描，也可以減少俯仰軸機構的轉動慣量，大大提高了俯仰軸的快速響應性能，從而加強了對目標的掃描、捕獲及跟蹤的能力。
【專利說明】用于航空航天成像領域的快速反射鏡掃描跟蹤系統
【技術領域】:
[0001]本專利涉及光電掃描跟蹤【技術領域】，具體涉及一種用于航空航天成像領域的快速反射鏡掃描跟蹤系統。
【背景技術】:
[0002]光電掃描跟蹤技術已經成為航空航天成像領域捕獲目標所采用重要的技術手段，其中精確掃描和精確對準是獲取移動目標?目息的關鍵技術，通過光電掃描跟蹤技術捕獲目標并進行跟蹤，向外提供目標實時的方位信息。
[0003]光電掃描跟蹤技術中掃描型成像儀采用光機掃描成像方式，它通過掃描鏡頭的機械運動，使探測器通過光學系統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。在俯仰電機的驅動下可以實現指向反射鏡俯仰范圍的轉動，而在方位電機的驅動下可實現指向反射鏡的方位范圍的轉動。在結構上光電掃描跟蹤的結構種類共分為兩種:地平式光機結構、反射鏡式光機結構。
[0004]地平式光機結構就是將光學系統和成像系統均安裝在結構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動，可實現360°視場范圍的掃描和跟蹤。
[0005]反射鏡式光機結構是較新型的結構方案，這種反射鏡式光機構的特點是:光學系統和成像系統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的旋轉運動，以達到掃描和跟蹤的功能。
【發明內容】
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[0006]本專利提出了一種用于航空航天成像領域的快速反射鏡掃描跟蹤系統。該系統混合了地平式光機結構和反射鏡光機結構的特點，屬于混合式光機結構，系統綜合了兩者的優點，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，實現目標的掃描及捕獲跟蹤。
[0007]—種用于航空航天成像領域的快速反射鏡掃描跟蹤系統，如附圖1所示，包括方位軸轉動機構1，方位軸安裝平臺2、光學安裝支架3、俯仰軸轉動機構4、指向反射鏡5、俯仰軸控制系統6、方位軸控制系統7。
[0008]指向反射鏡5安裝于俯仰軸轉動機構4內部，由俯仰軸轉動機構4驅動轉動，俯仰軸轉動機構4通過光學安裝支架3安裝在方位軸安裝平臺2上，方位軸轉動機構I驅動方位軸安裝平臺2帶動整個系統進行方位方向的轉動。方位軸控制系統7控制方位軸轉動機構I轉動，俯仰軸控制系統6控制俯仰軸轉動機構4轉動。
[0009]所述的方位軸轉動機構I采用單電機直接驅動或多電機共同驅動，采用單電機直接驅動時，使用永磁同步電機，其直徑=400mm，峰值力矩3 INm，轉矩波動系數=10% ；
[0010]所述的方位軸轉動機構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]所述的俯仰軸轉動機構4采用電機共軸安裝直接驅動指向反射鏡運動，電機為有限轉角直流無刷電機，直徑=200mm，峰值力矩3 0.2Nm，轉矩波動系數=5%；
[0012]所述的俯仰軸轉動機構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6主要功能為:a)依據光電編碼器的角位置數據對永磁同步電機進行驅動，b)與方位軸控制系統7及其他設備進行通信；
[0014]所述的方位軸控制系統7主要功能為:a)依據光電編碼器的角位置數據對永磁同步電機進行驅動，b)與俯仰軸控制系統6及外部設備進行通信。
[0015]具體掃描和跟蹤步驟如下:
[0016]I)儀器運行時，俯仰軸控制系統6依據俯仰軸轉動機構4上安裝的圓形角度傳感器對電機直接驅動指向反射鏡5運動；
[0017]2)方位軸轉動機構I的轉動范圍為360°，掃描速度0° /s_30° /s，跟蹤最大加速度 50° /s2;
[0018]3)俯仰軸轉動機構4的轉動范圍為±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7依據方位軸轉動機構I上安裝的圓形角度傳感器對電機直接驅動方位軸機構運動；
[0020]5)俯仰軸控制系統6與方位軸控制系統7通過通信總線互聯，主要為快速反射鏡掃描跟蹤系統進行目標掃描時，提供方位軸和俯仰軸的位置校準對齊功能；
[0021]7)掃描模式下，方位軸轉動機構I與俯仰軸轉動機構4通過通信鏈路實現兩軸位置的校準對齊；
[0022]8)跟蹤模式下，方位軸控制系統7和俯仰軸控制系統6接受外部輸入的位置信號，分別對方位軸轉動機構I和俯仰軸轉動機構4進行實時定位，完成跟蹤功能。
[0023]本專利的優點在于:混合了地平式光機結構和反射鏡光機結構的特點，屬于混合式光機結構，綜合了兩者的優點，既可以提供360°范圍的掃描，同時也減少了俯仰軸機構的轉動慣量，大大提高了俯仰軸的快速響應性能，增強目標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]根據專利內容，本實施例構建了一種用于航空航天成像領域的快速反射鏡掃描跟蹤系統，如附圖1所示。其中各個部分的具體參數和設計如下:
[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、細分頭為T10400A12A，直徑為550mm，系統精度I”。
[0028]永磁同步電機:采用kollmorgen公司的RBE02110B交流永磁同步電機,持續堵轉力矩為0.952Nm，峰值力矩為2.55Nm，質量為0.585kg。
[0029]有限轉角電機:采用中電21所研制的有限轉角直流力矩電機，轉動范圍60°，峰值力矩為0.8Nm。
【權利要求】
1.一種用于航空航天成像領域的快速反射鏡掃描跟蹤系統，包括方位軸轉動機構(1)，方位軸安裝平臺(2)、光學安裝支架(3)、俯仰軸轉動機構(4)、指向反射鏡(5)、俯仰軸控制系統(6)和方位軸控制系統(7)，其特征在于: 所述的指向反射鏡(5)安裝于俯仰軸轉動機構(4)的內部，由俯仰軸轉動機構(4)驅動轉動，俯仰軸轉動機構(4)通過光學安裝支架(3)安裝在方位軸安裝平臺(2)上，方位軸轉動機構(I)驅動方位軸安裝平臺(2)帶動整個系統進行方位方向的轉動，方位軸控制系統(7)控制方位軸轉動機構(I)轉動，俯仰軸控制系統(6)控制俯仰軸轉動機構(4)轉動； 所述的方位軸轉動機構(I)采用單電機直接驅動或多電機共同驅動，采用單電機直接驅動時，使用永磁同步電機，其直徑=400mm，峰值力矩3 INm，轉矩波動系數=10% ； 所述的方位軸轉動機構(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 ； 所述的俯仰軸轉動機構(4)采用電機共軸安裝直接驅動指向反射鏡運動，電機為有限轉角直流無刷電機，直徑=200mm，峰值力矩3 0.2Nm，轉矩波動系數=5%； 所述的俯仰軸轉動機構(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 優先權日:2014年1月17日
【發明者】王晟瑋, 王躍明, 莊曉瓊, 肖喜中, 鮑智康, 郎均蔚, 黃文俊 申請人:中國科學院上海技術物理研究所