一種高仰角潛艇光電警戒探測裝置的製作方法
2023-07-29 06:19:26 1
專利名稱：一種高仰角潛艇光電警戒探測裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種高仰角、大空域潛艇用光電警戒探測裝置，屬於光電警戒技術領域。
背景技術：
潛用光電警戒探測裝置是潛艇對水面和空中目標進行警戒探測的重要設備。潛用光電警戒探測設備從最初出現的光學潛望鏡開始，經歷了光學潛望鏡、光機潛望鏡、光電潛望鏡和光電桅杆的發展過程。
現有的潛用光電警戒探測設備艇外部分包括光電探測頭和支撐管，光電探測頭主要由耐壓外殼、光電成像探測裝置組成，光電成像探測裝置主要包括矩形平面耐壓保護光學窗口、俯仰反射鏡(平面鏡或稜鏡)和光電傳感器(光學鏡頭+紅外探測器或電視)，通過驅動光電成像探測裝置迴轉並控制反射鏡俯仰角變化實現一定空域的光電警戒。由於現有的潛用光電裝備普遍採用光電成像探測裝置的光電傳感器光軸與其豎直迴轉軸平行或重合的結構，使得潛用光電
成像探測裝置的警戒探測高度範圍受限， 一般而言，最大仰角限制在30° ~50°之間。為了擴大潛用光電裝備探測成像的高度範圍，有人提出錯列多套光電成像探測裝置的技術方案，這種方案的不足是結構複雜，如要實時顯示圖像，則需要多套顯控裝置或一套顯控裝置切換顯示局部場景。
發明內容
構簡單、警戒探測高度範圍較大的高仰角、大空域潛艇用光電警戒探測裝置。
本發明為解決上述提出的問題所採用的技術方案為包括光電探測頭和與光電探測頭密封相連的支撐管，光電探測頭主要由耐壓外殼、光電成像探測裝置組成，所述的光電成像探測裝置包括矩形平面耐壓保護光學窗口、俯仰反射 鏡和光電傳感器，光電探測頭下端與安設在支撐管內的豎直迴轉驅動裝置相連， 其不同之處在於所述的光電成像探測裝置的光電傳感器光軸相對豎直迴轉軸線
傾斜，傾斜角度範圍為IO。
~30° 。
按上述方案，所述的光電探測頭通過密封裝置與支撐管密封相連，所述的 密封裝置包括端面動密封裝置和周向密封裝置，構成雙重密封裝置。 按上述方案，所述的周向密封裝置配置有密封圈自動壓緊裝置。 按上述方案，所述的光電傳感器包括光學鏡頭和紅外探測器，或者光學鏡
頭和可見光CCD。
按上述方案，所述的豎直迴轉驅動裝置包括與轉子相聯的方位軸和力矩電 機，方位軸的下端配置有旋轉變壓器和導電滑環。
本發明的有益效果在於1、通過較為簡單的結構變化，有效提高了潛用光 電警戒探測設備的警戒探測高度空域範圍；2、密封裝置為雙重密封結構，具有 結構緊湊、體積小、可靠性高的特點；3、在潛用光電裝備探測視場和線性漸暈 不變的前提下，可以大大減小反射鏡的長度(減小30%左右)，從而使光電掃描 探測頭尺寸和重量降低；或在潛用光電裝備探測空域和反射鏡長度不變的條件 下，使矩形平面耐壓保護光學窗口長度尺寸減小，進而減小耐壓保護光學窗口 的厚度，有利於提高光能透過率。
圖1為本發明一個實施例的主體結構圖。
圖2為本發明一個實施例中矩形平面耐壓保護光學窗口的剖視圖。
圖3為本發明一個實施例中密封裝置和豎直迴轉驅動裝置部分的全剖視圖。
圖4為圖3中的B部放大圖。
圖5、圖6分別為本發明瞄準線穩定控制數學模型的坐標系定義和地平坐標系內的向量定義圖示。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的實施例作進一步的詳細說明。
包括光電探測頭和與光電探測頭密封相連的支撐管，光電探測頭可露出水
面工作，主要由耐壓外殼、光電成像探測裝置、方位軸系5、俯仰軸系7組成， 所述的光電成像探測裝置包括矩形平面耐壓保護光學窗口、俯仰反射鏡2和光 電傳感器3,其中矩形平面耐壓保護光學窗口安設在耐壓外殼10的上端一側， 由矩形窗口玻璃1、壓圈8和密封墊圈9構成，密封墊圈設置在矩形窗口玻璃的 內外端面；俯仰反射鏡安設在耐壓外殼內的上端，與矩形平面耐壓保護光學窗 口相對應；在耐壓外殼內下方安設光電傳感器3，所述的光電傳感器包括光學鏡 頭和紅外探測器，或者光學鏡頭和可見光CCD。光電探測頭下端通過迴轉座4和 與其相配置的密封裝置與支撐管6密封相連，並與安設在支撐管內的豎直迴轉 驅動裝置相連，驅動光電探測頭豎直旋轉，所述光電成像探測裝置的光電傳感 器光軸Z2相對豎直迴轉驅動裝置的迴轉軸線Zl傾斜20° ，矩形平面耐壓保護 光學窗口也向上擺轉相應角度；所述的光電探測頭下端與迴轉座4相配置的密 封裝置包括端面動密封裝置和周向密封裝置，為雙重密封裝置。其中端面動密 封裝置包括與迴轉座4相聯的端面動密封圈15和與支撐管6上端相聯的端面靜 密封圏16,端面動密封圈和端面靜密封圈均為金屬密封圈，由鎳鉻合金製成， 通過端面動密封圏的下端面與端面靜密封圈上端面相貼合，且上下端面均為鏡 平面，構成端面動密封裝置；周向密封裝置包括設置在支撐管內孔密封槽中的 兩個0型密封圈17、 19，兩O型密封圏之間安有上下移動的活動金屬隔圈18, 兩0型密封圈的周向與迴轉座4的迴轉外周相配置，構成周向密封裝置，在周 向密封裝置下方配置有密封圈自動壓緊裝置，密封圏自動壓緊裝置包括設置在0 型密封圏下端的壓圈，壓圏的下端配有滾珠21，滾珠下方設有進給螺套，進給螺套下端設有與其相聯成一體的齒輪，齒輪與一齒輪驅動機構嚙合，使得進給 螺套能沿支撐管內孔的軸向上下移動，通過滾珠和壓圏的作用，來調節兩個0
型密封圈17、 19對被密封件的壓緊度，以實現水下不同外壓情況下的周向密封； 齒輪驅動機構由驅動齒輪20和密封電機組成。光電探測頭下端經由迴轉座與安 設在支撐管內的豎直迴轉驅動裝置相連，所述的豎直迴轉驅動裝置包括與轉子 相聯的方位軸11和力矩電機12，方位軸的上端與迴轉座4相連接，驅動迴轉座 旋轉，方位軸的下端配置有旋轉變壓器14和導電滑環13,導電滑環與信號線和 動力線相接。豎直迴轉驅動裝置驅動光電探測頭繞豎直迴轉軸線旋轉來調整觀 察警戒的方位。
本發明的光電傳感器光軸斜置的潛艇光電警戒設備的主體部分是在潛望深 度露出水面工作的光電成像探測裝置，支撐管長度依據潛艇潛望力決定，光電 成像探測系統還包括電源模塊和顯控臺，電源模塊和顯控臺置於潛艇餘內，為 潛艇艙內標準化裝置(或模塊)。
現有潛用光電裝備普遍採用上述方位轉動軸和俯仰轉動軸的兩軸式設計。 為了實現穩定觀察或對目標的跟蹤瞄準，大多採用數字平臺得到兩軸的隨動控 制，數字平臺即所謂的多坐標系變換模型，需要以潛艇水平姿態基準的搖擺角 為輸入。本發明實施例傳感器光軸斜置20°使得兩軸的隨動控制數字平臺不同 於現有潛用光電裝備，其數學模型的推導如下
參見圖5所示，建立傳感器光軸斜置時的多坐標變換方程並解算方位軸、 俯仰軸是實現瞄準線穩定控制的前提。坐標系及符號定義如下。
地平坐標系。-x。_y。z;-^手螺旋坐標系，氣軸平行於載體艏艉線且指向
艏向；似。軸水平指向載體右舷；oz。軸指向天頂方向。
曱板坐標系。-;cj(A-^手螺旋坐標系，qyf軸平行於載體艏艉線且指向艏向；a^軸指向載體右舷；A軸與載體曱板面垂直。
傳感器坐標系o'-xyz-右手螺旋坐標系，與裝備傳感器固結，坐標原
點置於反射鏡迴轉中心；A軸與反射鏡迴轉軸一致；o'z軸與傳感器光軸一致； 平面與裝備觀測面 一致。
參考坐標系o,-XAZt——右手螺旋坐標系，與光電掃描頭固結，隨同光電
掃描頭一起迴轉。。^軸平行於反射鏡的迴轉軸；。^軸與光電掃描頭的豎直迴轉 軸一致；。,w,平面與裝備觀測面一致。
屍-動載體縱搖角，動載體艏向抬高為正。
-動載體橫搖角，動載體右舷下傾為正。
《-光電掃描頭轉過方位角，自載體艏向算起，順時針為正。
A -反射鏡俯仰角，在載體曱板面以上為正。
a《-實現視場穩定時的方位軸補償角量。
a力-實現^L場穩定時的俯仰軸補償角量，aa值為正時，反射鏡繞似軸
順時針調整，M值為負時，反射鏡繞o義軸逆時針調整，調整角量為(A + ^)^。
〃-傳感器光軸與光電掃描頭的豎直迴轉軸的斜置角，P = 20° 。
Z-^入射光線向量；Z'-出射光線向量。
5-^象偏轉向量；
亙'-瞄準線穩定時，K在傳感器成像面內的投影。
m-平面鏡的反射矩陣。
^--平面反射鏡的法線向量。
-實現視場穩定時的電子消像轉角量。
多坐標變換矩陣方程為Z'二A/G。^人z^+勿^^^^叫,pZ (1) 5'二MG。^/。Zc,q+ 5^』5^'屍5 ( 2 )
由公式(1)可以求解實現瞄準線穩定的方位軸和俯仰軸偏差補償角量；由 公式(2 )可以求得像旋轉角量。 在公式(1 )、 ( 2 )中
& 、 ——動載體的縱、橫搖變換矩陣，變換方向為靜坐標系(地平 坐標系) 動坐標系(動載體曱板坐標系)
人, ——方位補償轉動變換矩陣，在載體曱板坐標系轉動光電探測頭方 位軸向目標方向補償運動。
G。"——傳感器光軸斜置20°的補償矩陣(動載體曱板坐標系。-xjA
傳感器坐標系o'-;^得變換矩陣)
多坐標變換方程解為
cos i cosh sin《+ sin i sin戶cosh cos《—sin cos屍sinh
勿=arctan A/z = arctan
《
cos P cosh cos g + sin _P sinh
sin(70。 +A+ △//)) 7 ，A。
——)-^ —/i —70
cos(700 + /z + A化
△0 = arcc。s{sin(g + Ag)[sinPcosh-cosPsinhcos《]—cos(g + Ag)[cosi sinh sing
+
sin i sin P sinh cos《+sin 7 cos屍cosh] }
權利要求
1、一種高仰角潛艇光電警戒探測裝置，包括光電探測頭和與光電探測頭密封相連的支撐管，光電探測頭主要由耐壓外殼、光電成像探測裝置組成，所述的光電成像探測裝置包括矩形平面耐壓保護光學窗口、俯仰反射鏡和光電傳感器，光電探測頭下端與安設在支撐管內的豎直迴轉驅動裝置相連，其特徵在於所述的光電成像探測裝置的光電傳感器光軸相對豎直迴轉軸線傾斜，傾斜角度範圍為10°～30°。
2、 按權利要求1所述的高仰角潛艇光電警戒探測裝置，其特徵在 於所述的光電探測頭通過密封裝置與支撐管密封相連，所述的密封裝置 包括端面動密封裝置和周向密封裝置，構成雙重密封裝置。
3、 按權利要求2所述的高仰角潛艇光電警戒探測裝置，其特徵在 於所述的周向密封裝置配置有密封圈自動壓緊裝置。
4、 按權利要求1或2所述的高仰角潛艇光電警戒探測裝置，其特 徵在於所述的光電傳感器包括光學鏡頭和紅外探測器，或者光學鏡頭和 可見光CCD。
5、 按權利要求1或2所述的高仰角潛艇光電警戒探測裝置，其特 徵在於所述的豎直迴轉驅動裝置包括與轉子相聯的方位軸和力矩電機， 方位軸的下端配置有;^走轉變壓器和導電滑環。
6、 按權利要求3所述的高仰角潛艇光電警戒探測裝置，其特徵在 於在周向密封裝置下方配置有密封圈自動壓緊裝置，密封圈自動壓緊裝 置包括設置在0型密封圏下端的壓圏，壓圈的下端配有滾珠，滾珠下方 設有進給螺套，進給螺套下端設有與其相聯成一體的齒輪，齒輪與一齒 輪驅動機構嚙合。
7、 按權利要求1或2所述的高仰角潛艇光電警戒探測裝置，其特 徵在於矩形平面耐壓保護光學窗口安設在耐壓外殼的上端一側，由矩形 窗口玻璃、壓圈和密封墊圈構成，密封墊圈設置在矩形窗口玻璃的內外 端面；俯仰反射鏡安設在耐壓外殼內的上端，與矩形平面耐壓保護光學 窗口相對應；在耐壓外殼內下方安設光電傳感器。
8、 按權利要求1所述的高仰角潛艇光電警戒探測裝置，其特徵在 於所述光電成像探測裝置的光電傳感器光軸相對豎直迴轉驅動裝置的 迴轉軸線傾斜20。，矩形平面耐壓保護光學窗口也向上擺轉相應角度。
全文摘要
本發明涉及一種高仰角、大空域潛艇用光電警戒探測裝置，包括光電探測頭和與光電探測頭密封相連的支撐管，光電探測頭主要由耐壓外殼、光電成像探測裝置組成，所述的光電成像探測裝置包括矩形平面耐壓保護光學窗口、俯仰反射鏡和光電傳感器，光電探測頭下端與安設在支撐管內的豎直迴轉驅動裝置相連，其特徵在於所述的光電成像探測裝置的光電傳感器光軸相對豎直迴轉軸線傾斜，傾斜角度範圍為10°～30°。本發明的有益效果在於1.通過較為簡單的結構變化，有效提高了潛用光電警戒探測設備的警戒探測高度空域範圍；2.密封裝置為雙重密封結構，具有結構緊湊、體積小、可靠性高的特點。
文檔編號B63G8/38GK101624091SQ20081004838
公開日2010年1月13日 申請日期2008年7月11日 優先權日2008年7月11日
發明者劉和平, 劉建東, 健 張, 平 李 申請人:中國船舶重工集團公司第七一七研究所