帶運動補償的伺服平臺的製作方法
2023-06-09 20:39:36
帶運動補償的伺服平臺的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種帶運動補償的伺服平臺，包括橫滾俯仰伺服平臺、方位俯仰伺服轉臺和控制系統，橫滾俯仰伺服平臺採用兩軸迴轉機構，控制系統能夠實時讀取飛機的姿態信息並根據飛機的姿態信息設置的對應的補償值，並將對應飛機橫滾、俯仰運動的補償值發送給橫滾俯仰伺服平臺上的第一控制器，將對應飛機偏航的補償值發送給方位俯仰伺服轉臺上的第二控制器，橫滾俯仰伺服平臺能夠根據得到的補償值補償飛機橫滾、俯仰運動帶來的運動誤差，方位俯仰伺服轉臺能夠根據得到的補償值補償飛機偏航帶來的運動誤差。本實用新型的帶運動補償的伺服平臺在保證機載RCS測量精度和高解析度成像質量的同時，大大降低平臺的研製成本，減小平臺的安裝尺寸。
【專利說明】帶運動補償的伺服平臺
【技術領域】
[0001]本發明涉及機載下視測試【技術領域】，尤其涉及一種帶運動補償的伺服平臺。
【背景技術】
[0002]在機載下視測試中，為了保證測試效果，需要機載天線始終保持正確的指向，而作為測試系統載機平臺的飛機在大氣中受外界擾動影響會產生偏航、俯仰、橫滾的角運動，造成天線平臺姿態變化，從而產生天線指向誤差，而該誤差會導致如下後果:
[0003]機載0088-86(31:1011，雷達散射截面)測量精度大大降低；
[0004]使圖像幾何畸變，甚至局部地區解析度下降；
[0005]使壓縮波形主瓣展寬及副瓣電平增高，造成方位向比例誤差；
[0006]積分副瓣電平升高，造成假目標、輪廓模糊和重影；
[0007]等等。
[0008]為此，發展了運動補償技術，運動補償技術既是機載精確測試和實現高解析度成像的關鍵，也是獲取高質量機載3八^61-1:81-6此也!'，合成孔徑雷達)圖像的關鍵。傳統的運動補償方法是在飛機機腹安裝獨立的穩定平臺和伺服平臺，其中，穩定平臺通常採用獨立的三軸迴轉機構，以實現對飛機的偏航、俯仰、橫滾的姿態誤差的補償，伺服平臺則用來保證天線的主動指向。由於採用的三軸迴轉機構運動件多，相對運動複雜，從而造成上述傳統的運動補償設備研製成本相對較高，且由於三軸迴轉機構的體積較大，而飛機機腹安裝空間有限，使得運動補償設備的安裝受到限制。
【發明內容】
[0009]本發明解決的技術問題是機載下視測試系統中的運動補償及伺服系統體積大、研製成本高的問題，進而提供一種體積小、研製成本相對較低的帶運動補償的伺服平臺。
[0010]為了解決上述技術問題，本申請採用的技術方案如下:
[0011]本發明的帶運動補償的伺服平臺，包括橫滾俯仰伺服平臺、方位俯仰伺服轉臺和控制系統，所述方位俯仰伺服轉臺能夠固定連接在所述橫滾俯仰伺服平臺的下方，所述控制系統控制所述橫滾俯仰伺服平臺和所述方位俯仰伺服轉臺動作；
[0012]所述橫滾俯仰伺服平臺採用兩軸迴轉機構，包括用於與飛機機腹連接的底座，在所述底座上可轉動的設置有第一轉軸，所述第一轉軸由第一電機驅動，所述第一轉軸上固連設置有第一轉動體，在所述第一轉動體上可轉動地設置有第二轉軸，所述第二轉軸由第二電機驅動，在所述第二轉軸上固連設置有第一連接件，所述第一轉軸和所述第二轉軸水平且相互垂直設置，所述第一電機和所述第二電機由第一控制器控制；
[0013]所述方位俯仰伺服轉臺包括第二連接件，所述第二連接件能夠和所述第一連接件固定連接以實現所述方位俯仰伺服轉臺與所述橫滾俯仰伺服平臺的固定連接，在所述第二連接件上可轉動地豎直設置有方位軸，所述方位軸由方位電機驅動，所述方位軸上固連設置有第二轉動體，在所述第二轉動體上可轉動地設置有俯仰軸，所述俯仰軸由俯仰電機驅動，在所述俯仰軸上設置有能夠與天線連接的天線連接件，所述方位電機和所述俯仰電機由第二控制器控制；
[0014]所述控制系統能夠實時讀取飛機的姿態信息並根據飛機的姿態信息設置的對應的補償值，並將對應飛機橫滾、俯仰運動的所述補償值發送給所述第一控制器，將對應飛機偏航的所述補償值發送給所述第二控制器，以實現所述控制系統對所述橫滾俯仰伺服平臺和所述方位俯仰伺服轉臺的控制，所述第一控制器能夠根據得到的所述補償值通過所述第一電機、所述第二電機驅動所述第一轉軸、所述第二轉軸轉動補償飛機橫滾、俯仰運動帶來的運動誤差，所述第二控制器能夠根據得到的所述補償值通過所述方位電機驅動所述方位軸轉動以補償飛機偏航帶來的運動誤差。
[0015]優選地，所述控制系統包括控制計算機和慣性導航系統，飛機的姿態信息由所述慣性導航系統讀取後發送到所述控制計算機，所述控制計算機根據該姿態信息設置對應的補償值並發送給所述第一控制器和所述第二控制器。
[0016]優選地，所述第一轉軸、所述第二轉軸、所述方位軸和/或所述俯仰軸處分別設置有角位移測量器件，所述方位軸處設置有匯流環和方位旋轉關節。
[0017]優選地，所述角位移測量器件設為碼盤。
[0018]優選地，在所述第一轉軸、所述第二轉軸、所述方位軸和/或所述俯仰軸處設置有作為末級傳動機構的扇形渦輪。
[0019]優選地，在所述第一電機和所述第一轉軸之間設置有第一減速器，所述第一電機和所述第一減速器設置在所述底座上，在所述第二電機和所述第二轉軸之間設置有第二減速器，所述第二電機和所述第二減速器固連設置在所述第一轉動體上，在所述方位電機和所述方位軸之間設置有第三減速器，在所述俯仰電機和所述俯仰軸之間設置有第四減速器，所述方位電機、所述第三減速器、所述俯仰電機和所述第四減速器均設置在所述第二轉動體上。
[0020]優選地，所述第一連接件和所述第二連接件能夠通過螺栓固定連接。
[0021]優選地，在所述俯仰軸上設置有能夠連接攝像機的攝像機連接軸。
[0022]優選地，所述第二轉動體包括一個圓形底盤，所述方位軸穿過所述圓形底盤的中心設置，所述方位軸的四周、所述圓形底盤上固連設置有至少一個支撐柱，所述俯仰軸、所述天線連接件和所述俯仰電機均固連設置在所有所述支撐柱形成的頂端平面上。進一步優選地，所述支撐柱的數量為4根，均勻設置在所述圓形底盤上。
[0023]本發明的有益效果如下:
[0024]本發明的帶運動補償的伺服平臺通過其上部單獨設置的兩軸迴轉機構，分別補償飛機的橫滾和俯仰運動，偏航運動所帶來的運動誤差通過方位俯仰伺服轉臺中的方位軸補償，從而確保天線的準確指向，在保證機載測量精度和高解析度成像質量的同時，大大降低平臺的研製成本，減小平臺的安裝尺寸。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為本申請的帶運動補償的伺服平臺的結構示意圖；
[0026]圖2為橫滾俯仰伺服平臺部分的結構示意圖；
[0027]圖3為方位俯仰伺服轉臺部分的結構示意圖；
[0028]圖4為控制系統的原理框圖；
[0029]圖中:
[0030]1橫滾俯仰伺服平臺、11底座、12第一轉軸、13第一轉動體、14第二轉軸、15第一連接件、16扇形渦輪、17第一電機及第一減速器、18第二電機及第二減速器、2方位俯仰伺服轉臺、21第二連接件、22方位軸、23第二轉動體、231圓形底盤、232支撐柱、24俯仰軸、25天線連接件、26攝像機連接軸、27方位電機及第三減速器、28俯仰電機及第四減速器、3控制系統、31控制計算機、32慣性導航系統、4天線、5碼盤。
【具體實施方式】
[0031]下面結合附圖和具體實施例對本發明的技術方案和有益效果進一步進行說明。
[0032]本發明中所謂「豎直」、「水平」、「下方」等是本發明的帶運動補償的伺服系統處於使用狀態時的相應部分的空間狀態。
[0033]本發明中所謂的「第一」、「第二」等表述並不代表其修飾的結構件的具體結構的有任何的差異，僅是為了區分而定義。
[0034]本專利發明人研究發現，飛機偏航的角運動對天線指向影響較小，基於此對穩定平臺及伺服平臺進行改進，取消獨立的穩定平臺的機構，而在傳統的方位俯仰伺服平臺上增加一個XI兩軸迴轉機構，能夠使伺服平臺在調整天線指向的同時，補償飛機的運動誤差，同時實現傳統伺服平臺和穩定平臺的功能，具體的:參見圖1至圖4，本發明的帶運動補償的伺服平臺包括橫滾俯仰伺服平臺1、方位俯仰伺服轉臺2和控制系統3，方位俯仰伺服轉臺2能夠固定連接在橫滾俯仰伺服平臺1的下方，控制系統3控制橫滾俯仰伺服平臺1和方位俯仰伺服轉臺2動作；
[0035]橫滾俯仰伺服平臺1採用兩軸迴轉機構，包括用於與飛機機腹連接的底座11，在底座11上可轉動的設置有第一轉軸12，第一轉軸12由第一電機驅動，第一轉軸12上固連設置有第一轉動體13，在第一轉動體13上可轉動地設置有第二轉軸14，第二轉軸14由第二電機驅動，在第二轉軸14上固連設置有第一連接件15，第一轉軸12和第二轉軸14水平且相互垂直設置，第一電機和第二電機由第一控制器控制；方位俯仰伺服轉臺2包括第二連接件21，第二連接件21能夠和第一連接件15固定連接以實現方位俯仰伺服轉臺2與橫滾俯仰伺服平臺1的固定連接，在第二連接件21上可轉動地豎直設置有方位軸22，方位軸22由方位電機驅動，方位軸22上固連設置有第二轉動體23，在第二轉動體23上可轉動地設置有俯仰軸24，俯仰軸24由俯仰電機驅動，在俯仰軸24上設置有能夠與天線4連接的天線連接件25，方位電機和俯仰電機由第二控制器控制；控制系統3能夠實時讀取飛機的姿態信息並根據飛機的姿態信息設置的對應的補償值，並將對應飛機橫滾、俯仰運動的補償值發送給第一控制器，將對應飛機偏航的補償值發送給第二控制器，以實現所述控制系統3對所述橫滾俯仰伺服平臺1和所述方位俯仰伺服轉臺2的控制，第一控制器能夠根據得到的補償值通過第一電機、第二電機驅動第一轉軸、第二轉軸轉動補償飛機橫滾、俯仰運動帶來的運動誤差，第二控制器能夠根據得到的補償值通過方位電機驅動方位軸22轉動以補償飛機偏航帶來的運動誤差。
[0036]本發明的帶運動補償的伺服平臺通過在傳統的方位俯仰伺服轉臺2的頂部設置一個採用兩軸迴轉機構的橫滾俯仰伺服平臺1，同時利用方位俯仰伺服轉臺2上的方位軸22完成對飛機的橫滾、俯仰和偏航的角運動的補償，簡化了系統結構，降低了研製成本。
[0037]本發明中的上述底座11可以是任何能夠實現連接的形狀，例如，如圖所示可以是一個方形框，也可以是個圓形框，等等，同樣的第一旋轉體13的形狀可以根據具體情況選擇，只要能夠方便安裝即可，例如其也可以是一個方形框。
[0038]圖示的第一連接件15和第二連接件21均為圓形，作為可以變換的實施方式，第一連接件15和第二連接件21可以採用任何能夠實現彼此之間連接的形狀，例如方形、橢圓形等等，且第一連接件15和第二連接件21的形狀不必相同。
[0039]本發明中的上述第一控制器、第二控制器的具體結構本領域的技術人員可以根據公知技術選擇確定，只要能實現本發明的功能即可。
[0040]本發明中的控制系統3可以包括控制計算機31和慣性導航系統32，飛機的姿態信息由慣性導航系統32讀取後發送到控制計算機31，控制計算機31根據該姿態信息設置對應的補償值並發送給第一控制器和第二控制器。
[0041]為了方便對個轉軸轉過的角度進行測量以及方便信號的傳遞，可以在第一轉軸12、第二轉軸14、方位軸22和俯仰軸24處分別設置有角位移測量器件，同時方位軸22處設置有匯流環和方位旋轉關節。
[0042]該角位移測量器件可以採用任何形式，例如可以採用碼盤5。
[0043]可以在第一轉軸12、第二轉軸14、方位軸22和俯仰軸24處分別設置作為末級傳動機構的扇形渦輪16。
[0044]本發明的帶運動補償的伺服平臺，具體實施時，可以使第一電機經第一減速器驅動第一轉軸12，第一電機和第一減速器設置在底座11上，第二電機經第二減速器驅動第二轉軸14，第二電機和第二減速器固連設置在第一轉動體13上，方位電機經第三減速器驅動方位軸22，俯仰電機經第四減速器驅動俯仰軸24，方位電機、第三減速器、俯仰電機和第四減速器均設置在第二轉動體23上。使整個伺服平臺的布局更加合理、結構更加的緊湊。
[0045]為了方便本發明的帶運動補償的伺服系統的安裝和拆卸，可以使第一連接件15和第二連接件21通過螺栓固定連接。
[0046]可以在俯仰軸24上設置連接有攝像機的攝像機連接軸26，從而能夠在測試過程中進行輔助攝像，方便分析測試結果。
[0047]本發明中給出了第二轉動體23的一個具體實例，具體的，設置第二轉動體23包括一個圓形底盤231，方位軸22穿過圓形底盤231的中心設置，方位軸22的四周、圓形底盤231上固連設置有至少一個支撐柱232，天線連接件、俯仰軸、攝像機連接軸、俯仰電機和第四減速器均設置在所有支撐柱形成的頂端平面上。這種結構使得本發明的伺服平臺結構更加緊湊，從而能夠進一步節省空間，安裝更加方便。如圖所示，可以設置支撐柱232的數量為4根，均勻設置在圓形底盤231上，從而能夠為設置在其上的器件提供穩定的支撐力。當然，支撐柱232的數量可以是3根，或者更少，也可以是5根，或者更多。另外，第二轉動體23還可以採用其它結構，只要其能夠裝載天線連接件等相關結構即可，不受上述給出的具體結構的限制。
[0048]本發明的帶運動補償的伺服平臺的工作過程如下:
[0049]參見附圖1，本發明的帶運動補償的伺服平臺在使用時，橫滾俯仰伺服平臺1安裝在飛機機腹，並通過底座11與飛機機腹固定，方位俯仰伺服轉臺2安裝在橫滾俯仰伺服平臺1的下面，並在方位俯仰伺服轉臺2上的天線連接件25處安裝天線4，為了進行輔助拍攝，可以再攝像機連接軸26連接一臺攝像機。測試時，如圖4所示，控制計算機21根據慣性導航系統22實時傳遞的飛機姿態信息設定對應的補償值，並分別將對應飛機橫滾、俯仰運動的補償值發送給第一控制器，將對應飛機偏航的補償值發送給第二控制器，第一控制器根據得到的補償值通過第一電機、第二電機驅動第一轉軸12、第二轉軸14轉動補償飛機橫滾、俯仰運動帶來的運動誤差，第二控制器根據得到的補償值通過方位電機驅動方位軸22轉動以補償飛機偏航帶來的運動誤差，各轉軸處設置的碼盤5可以向各控制器反饋各轉軸轉動的角度情況，方便控制。
【權利要求】
1.一種帶運動補償的伺服平臺，其特徵在於:包括橫滾俯仰伺服平臺(I)、方位俯仰伺服轉臺(2)和控制系統(3)，所述方位俯仰伺服轉臺(2)能夠固定連接在所述橫滾俯仰伺服平臺(I)的下方，所述控制系統(3)控制所述橫滾俯仰伺服平臺(I)和所述方位俯仰伺服轉臺⑵動作； 所述橫滾俯仰伺服平臺(I)採用兩軸迴轉機構，包括用於與飛機機腹連接的底座(11)，在所述底座(11)上可轉動的設置有第一轉軸(12)，所述第一轉軸(12)由第一電機驅動，所述第一轉軸(12)上固連設置有第一轉動體(13)，在所述第一轉動體(13)上可轉動地設置有第二轉軸(14)，所述第二轉軸(14)由第二電機驅動，在所述第二轉軸(14)上固連設置有第一連接件(15)，所述第一轉軸(12)和所述第二轉軸(14)水平且相互垂直設置，所述第一電機和所述第二電機由第一控制器控制； 所述方位俯仰伺服轉臺(2)包括第二連接件(21)，所述第二連接件(21)能夠和所述第一連接件(15)固定連接以實現所述方位俯仰伺服轉臺(2)與所述橫滾俯仰伺服平臺(I)的固定連接，在所述第二連接件(21)上可轉動地豎直設置有方位軸(22)，所述方位軸(22)由方位電機驅動，所述方位軸(22)上固連設置有第二轉動體(23)，在所述第二轉動體(23)上可轉動地設置有俯仰軸(24)，所述俯仰軸(24)由俯仰電機驅動，在所述俯仰軸(24)上設置有能夠與天線(4)連接的天線連接件(25)，所述方位電機和所述俯仰電機由第二控制器控制； 所述控制系統(3)能夠實時讀取飛機的姿態信息、根據飛機的姿態信息設置的對應的補償值，並將對應飛機橫滾、俯仰運動的所述補償值發送給所述第一控制器，將對應飛機偏航的所述補償值發送給所述第二控制器，以實現所述控制系統(3)對所述橫滾俯仰伺服平臺⑴和所述方位俯仰伺服轉臺⑵的控制，所述第一控制器能夠根據得到的所述補償值通過所述第一電機、所述第二電機驅動所述第一轉軸、所述第二轉軸轉動補償飛機橫滾、俯仰運動帶來的運動誤差，所述第二控制器能夠根據得到的所述補償值通過所述方位電機驅動所述方位軸(22)轉動以補償飛機偏航帶來的運動誤差。
2.如權利要求1所述帶運動補償的伺服平臺，其特徵在於:所述控制系統(3)包括控制計算機(31)和慣性導航系統(32)，飛機的姿態信息由所述慣性導航系統(32)讀取後發送到所述控制計算機(31)，所述控制計算機(31)根據該姿態信息設置對應的補償值並發送給所述第一控制器和所述第二控制器。
3.如權利要求1所述帶運動補償的伺服平臺，其特徵在於:所述第一轉軸(12)、所述第二轉軸(14)、所述方位軸(22)和/或所述俯仰軸(24)處分別設置有角位移測量器件，所述方位軸(22)處設置有匯流環和方位旋轉關節。
4.如權利要求3所述帶運動補償的伺服平臺，其特徵在於:所述角位移測量器件設為碼盤(5)。
5.如權利要求1所述帶運動補償的伺服平臺，其特徵在於:在所述第一轉軸(12)、所述第二轉軸(14)、所述方位軸(22)和/或所述俯仰軸(24)處設置有作為末級傳動機構的扇形渦輪(16)。
6.如權利要求1所述帶運動補償的伺服平臺，其特徵在於:在所述第一電機和所述第一轉軸(12)之間設置有第一減速器，所述第一電機和所述第一減速器設置在所述底座(11)上，在所述第二電機經和所述第二轉軸(14)之間設置有第二減速器，所述第二電機和所述第二減速器固連設置在所述第一轉動體(13)上，在所述方位電機和所述方位軸(22)之間設置有第三減速器，在所述俯仰電機和所述俯仰軸(24)之間設置有第四減速器，所述方位電機、所述第三減速器、所述俯仰電機和所述第四減速器均設置在所述第二轉動體(23)上。
7.如權利要求1所述帶運動補償的伺服平臺，其特徵在於:所述第一連接件(15)和所述第二連接件(21)能夠通過螺栓固定連接。
8.如權利要求1所述帶運動補償的伺服平臺，其特徵在於:在所述俯仰軸(24)上設置有能夠連接攝像機的攝像機連接軸(26)。
9.如權利要求1至8中任一項所述帶運動補償的伺服平臺，其特徵在於:所述第二轉動體(23)包括一個圓形底盤(231)，所述方位軸(22)穿過所述圓形底盤(231)的中心設置，所述方位軸(22)的四周、所述圓形底盤(231)上固連設置有至少一個支撐柱(232)，所述俯仰軸(24)、所述天線連接件(25)和所述俯仰電機均固連設置在所有所述支撐柱(232)形成的頂端平面上。
10.如權利要求9所述帶運動補償的伺服平臺，其特徵在於:所述支撐柱(232)的數量為4根，均勻設置在所述圓形底盤(231)上。
【文檔編號】G01S7/40GK204188800SQ201420562824
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年9月28日 優先權日:2014年9月28日
【發明者】盧永革, 姚京萍, 徐志明 申請人:北京環境特性研究所