CN101860684A - 内置ccd摄像和前视红外装置的机载转塔及其控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种内置CCD摄像和前视红外装置的机载转塔及其控制系统，包括转塔本体，其特征在于：所述本体内设有俯仰控制舱，所述俯仰控制舱中部设有固定隔板，可见光CCD摄像系统和前视红外系统分别设于俯仰控制舱的固定隔板两侧，所述可见光CCD摄像系统和前视红外系统的光轴共轴，所述旋转方位控制舱内与光轴平行地设有俯仰控制轴系，俯仰控制主轴旁侧设有俯仰陀螺稳像控制系统，本体上侧部设有旋转方位控制舱，所述旋转方位控制舱内沿纵向设有方位控制轴系，方位控制主轴旁侧设有方位陀螺稳像控制系统，该机载转塔运行稳定，图像清晰，定位精密，而且可对全天区进行巡航，能输出可见光视频图像和中波红外热像，从而对远距离目标进行全天时、全天候的侦察和跟踪。
Description
技术领域
本发明涉及一种光电侦察跟踪装备，特别涉及一种内置CCD摄像和前视红外装置的机载转塔。
背景技术
在安防监控和道路车辆监控领域，多采用智能高速球，它能对监控目标进行巡航扫描，但只能内置一种可见光摄像系统，没有设计自稳像陀螺系统，对于所有型号的高速球都没有进行力学和适应环境天侯的设计，不能使用于机载装备，并且不能全天候、全天时的工作。
发明内容
本发明的目的在于提供内置CCD摄像和前视红外装置的机载转塔，该装置可克服智能高速球存在的缺陷，设计能内置可见光CCD摄像系统、前视红外热像系统、自稳陀螺系统，相当于精密经纬系统的机载转塔，实现全天时、全天候的监视和跟踪。
本发明的技术方案在于：一种内置CCD摄像和前视红外装置的机载转塔，包括转塔本体，其特征在于：所述本体内设有俯仰控制舱，所述俯仰控制舱中部设有固定隔板，可见光CCD摄像系统和前视红外系统分别设于俯仰控制舱的固定隔板两侧，所述可见光CCD摄像系统和前视红外系统的光轴共轴，所述旋转方位控制舱内与光轴平行地设有俯仰控制轴系，俯仰控制主轴旁侧设有俯仰陀螺稳像控制系统，本体上侧部设有旋转方位控制舱，所述旋转方位控制舱内沿纵向设有方位控制轴系，方位控制主轴旁侧设有方位陀螺稳像控制系统。
本发明目的在于提供一种内置CCD摄像和前视红外装置的机载转塔的控制系统，该系统可有效控制CCD摄像系统和前视红外装置以进行全天候全区域探测，并可控制各运动机构，确保转动和俯仰位置精确。
本发明的另一技术方案在于：所述俯仰机构和方位控制机构由单片机控制，控制电路输出端一路连接俯仰电机，另一路连接方位电机，所述俯仰电机输出端一路连接至俯仰控制机构，另一路连接至俯仰光电编码器和俯仰陀螺稳像控制系统，所述方位电机输出端一路连接至方位控制机构，另一路连接至方位光电编码器和方位陀螺稳像控制系统，俯仰、方位光电编码器及俯仰、方位陀螺的输出端一路连接至控制电路的信号接收端，另一路分别与俯仰、方位舱主轴及陀螺稳速电路相连，所述CCD摄像系统和前视红外系统的输出端与控制电路信号接收端相连。
本发明的优点在于：1、该机载转塔能在水平方向实现360°xN连续转动，俯仰方向俯角不小于90°，仰角不小于-10°；
2、可见光CCD摄像系统和前视红外成像系统共轴精度达0.3mrad，共轴精度高，成像效果好；
3、抗过载能力强，垂直方向和水平方向均可达到5g。
4、俯仰舱气密性好，可有效保护其内设置的CCD摄像系统和前视红外成像系统。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1的侧视图。
图3为本发明的俯仰舱结构示意图。
图4为图3的仰视图。
图5为本发明的方位控制轴系的结构示意图。
图6为本发明的控制流程图。
具体实施方式
一种内置CCD摄像和前视红外装置的机载转塔，包括转塔本体，其特征在于：所述本体内设有俯仰控制舱1，所述俯仰控制舱中部设有固定隔板2，可见光CCD摄像系统3和前视红外系统4分别设于俯仰控制舱的固定隔板两侧，所述可见光CCD摄像系统和前视红外系统的光轴共轴，所述旋转方位控制舱内与光轴平行地设有俯仰控制轴系5，俯仰控制主轴旁侧设有俯仰陀螺稳像控制系统6，本体上侧部设有旋转方位控制舱7，所述旋转方位控制舱内沿纵向设有方位控制轴系8，方位控制主轴旁侧设有方位陀螺稳像控制系统9。
所述俯仰控制轴系包括横向设置的俯仰主轴10，所述俯仰主轴与光轴平行，俯仰主轴两端分别设有轴承11，俯仰主轴的一端还设有俯仰导电环12，所述俯仰主轴由俯仰电机驱动13。
俯仰主轴两端采用C级轴承安装在两端轴承座上，安装精度高，可确保俯仰机构的传动误差满足设计要求。
所述方位控制轴系包括纵向设置的方位主轴14，方位主轴靠近本体一侧设有导电环15，方位主轴外周部设有轴套16，轴套下侧部与主轴轴肩17对应的位置开设有圆锥过渡内孔，以使主轴轴肩与轴套之间形成放置下钢球18的空间，轴套上端面设有内倒角19，以使主轴与轴套上端部之间形成放置上钢球20的空间，轴套上侧设有钢球压圈21，所述方位主轴由方位电机驱动29。
为了满足方位连续旋转360°xN，方位主轴上安装了导电环，同时由于方位控制舱体积小，且转动控制精度高，采用高精度的钢球来作为轴承，可确保方位控制机构的传动误差满足设计要求。
所述CCD摄像系统通过螺钉22连接于固定隔板的一侧，CCD摄像系统与固定隔板的连接侧还设有位置调节螺钉23，所述前视红外系统通过螺钉24连接于固定隔板的另一侧。
为了确保CCD摄像系统与前视红外系统的光轴同轴，将前视中波红外摄像系统通过4个螺钉紧钉在俯仰舱的密封隔板上，再将CCD摄像系统用4个螺钉紧钉到密封隔板的另一侧，把红外系统和CCD摄像系统分别接上电十字丝，调节转塔，使红外系统的电十字丝对准目标中心，松开CCD摄像系统的紧钉螺钉，调节CCD摄像系统的调节螺钉，使CCD摄像系统X，Y坐标改变，从而改变CCD的视频中心，当CCD的电十字丝与红外系统的电十字丝完全重合时，此时红外系统和CCD摄像系统共轴，锁紧CCD摄像系统的紧定螺钉将CCD摄像系统锁紧在固定隔板上，则可确保两系统的光轴共轴。
本发明须承载的过载能力在垂直和水平方向过载各为5g，从本系统的结构可知，水平方向过载比垂直方向过载更容易使结构发生形变，从而影响红外前视红外系统和CCD摄像机的成像质量。通过水平方向5g过载的有限元分析，本系统总重量为20kg，受5g的过载，则在水平方向受到的力为100kg，将该边界条件代到程序中做有限元分析，并把分析结果转化光路变化，分析结果如下：
表一：未受过载的可见光光学传递函数
表二：受5g过载后的可见光光学传递函数
由上表可知，本发明的结构满足力学条件要求。
为了保护俯仰控制舱内的CCD摄像系统和前视红外系统，所述转塔本体包括上盖24和下盖25，下盖底部设有密封气嘴26，俯仰控制舱与上下盖之间采用螺栓27连接，连接处分别设有密封圈28，用真空泵通过密封气嘴抽真空，然后再向舱内充入纯氮气，可确保密封圈保持舱气密压强为1.2个大气压，30分钟后泄漏率小于8%。
为了实现本发明在各方位及俯仰空间内精确稳定地转动，本发明采用单片机控制各机构的运动，所述俯仰机构和方位控制机构由单片机控制，控制电路输出端一路连接俯仰电机，另一路连接方位电机，所述俯仰电机输出端一路连接至俯仰控制机构，另一路连接至俯仰光电编码器和俯仰陀螺稳像控制系统，所述方位电机输出端一路连接至方位控制机构，另一路连接至方位光电编码器和方位陀螺稳像控制系统，俯仰、方位光电编码器及俯仰、方位陀螺的输出端一路连接至控制电路的信号接收端，另一路分别与俯仰、方位舱主轴及陀螺稳速电路相连，所述CCD摄像系统和前视红外系统的输出端与控制电路信号接收端相连。
控制电路的总体控制信号控制俯仰电机和方位电机，同时电机驱动俯仰机构和方位机构搜索目标，经前视红外装置和CCD摄像系统输出视频信号反馈给控制电路；俯仰电机同时驱动俯仰、方位光电编码器及俯仰、方位陀螺稳像系统，光电编码器将俯仰、方位信号返回至控制电路，陀螺稳速信号也反馈给控制电路；光电编码器的信号用于控制俯仰、方位电机进行全天、区搜索扫描、精密跟踪，陀螺稳像系统的信号用于控制俯仰、方位电机稳定图像，使摄像机、前视红外装置得到稳频图像。
Claims (8)
1.一种内置CCD摄像和前视红外装置的机载转塔，包括转塔本体，其特征在于：所述本体内设有俯仰控制舱，所述俯仰控制舱中部设有固定隔板，可见光CCD摄像系统和前视红外系统分别设于俯仰控制舱的固定隔板两侧，所述可见光CCD摄像系统和前视红外系统的光轴共轴，所述旋转方位控制舱内与光轴平行地设有俯仰控制轴系，俯仰控制主轴旁侧设有俯仰陀螺稳像控制系统，本体上侧部设有旋转方位控制舱，所述旋转方位控制舱内沿纵向设有方位控制轴系，方位控制主轴旁侧设有方位陀螺稳像控制系统。
2.根据权利要求1所述的内置CCD摄像和前视红外装置的机载转塔，其特征在于：所述俯仰控制轴系包括横向设置的俯仰主轴，所述俯仰主轴与光轴平行，俯仰主轴两端分别设有轴承，俯仰主轴的一端还设有俯仰导电环。
3.根据权利要求2所述的内置CCD摄像和前视红外装置的机载转塔，其特征在于：所述俯仰主轴由俯仰电机驱动。
4.根据权利要求1所述的内置CCD摄像和前视红外装置的机载转塔，其特征在于：所述方位控制轴系包括纵向设置的方位主轴，方位主轴靠近壳体一侧设有导电环，方位主轴外周部设有轴套，轴套下侧部与主轴轴肩对应的位置开设有圆锥过渡内孔，以使主轴轴肩与轴套之间形成放置下钢球的空间，轴套上端面设有内倒角，以使主轴与轴套上端部之间形成放置上钢球的空间，轴套上侧设有钢球压圈。
5.根据权利要求4所述的内置CCD摄像和前视红外装置的机载转塔，其特征在于：所述方位主轴由方位电机驱动。
6.根据权利要求1所述的内置CCD摄像和前视红外装置的机载转塔，其特征在于：所述CCD摄像系统通过螺钉连接于固定隔板的一侧，CCD摄像系统与固定隔板的连接侧还设有位置调节螺钉，所述前视红外系统通过螺钉连接于固定隔板的另一侧。
7.根据权利要求1或2所述的内置CCD摄像和前视红外装置的机载转塔，其特征在于：所述转塔本体包括上盖和下盖，下盖底部设有密封气嘴，俯仰控制舱与上下盖之间采用螺栓连接，连接处分别设有密封圈。
8.一种内置CCD摄像和前视红外装置的机载转塔的控制系统，其特征在于：所述俯仰机构和方位控制机构由单片机控制，控制电路输出端一路连接俯仰电机，另一路连接方位电机，所述俯仰电机输出端一路连接至俯仰控制机构，另一路连接至俯仰光电编码器和俯仰陀螺稳像控制系统，所述方位电机输出端一路连接至方位控制机构，另一路连接至方位光电编码器和方位陀螺稳像控制系统，俯仰、方位光电编码器及俯仰、方位陀螺的输出端一路连接至控制电路的信号接收端，另一路分别与俯仰、方位舱主轴及陀螺稳速电路相连，所述CCD摄像系统和前视红外系统的输出端与控制电路信号接收端相连。
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