CN103471566A

CN103471566A - 一种应用于航空相机的扫描机构

Info

Publication number: CN103471566A
Application number: CN2013103729324A
Authority: CN
Inventors: 贾晓梅; 王哲; 林招荣; 姚毅刚; 安超; 董欣
Original assignee: Beijing Institute of Space Research Mechanical and Electricity
Current assignee: Beijing Institute of Space Research Mechanical and Electricity
Priority date: 2013-08-23
Filing date: 2013-08-23
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2033-08-23
Also published as: CN103471566B

Abstract

本发明涉及一种应用于航空相机的扫描机构，特别涉及一种对航空相机自动进行快速、准确像移补偿的扫描机构，属于航空光学遥感器技术领域。本发明通过采用俯仰限位组件和横滚限位组件使电机在失控条件不再进行旋转，以免造成接线的缠绕或拉断；且横滚限位组件中含有弹簧，能够减小电机在失控条件下对扫描反射镜的冲击，从而减小对相机的扰动；俯仰限位组件外面包有聚四氟乙烯，以减小冲击。

Description

一种应用于航空相机的扫描机构

技术领域

本发明涉及一种应用于航空相机的扫描机构，特别涉及一种对航空相机自动进行快速、准确像移补偿的扫描机构，属于航空光学遥感器技术领域。

背景技术

随着航空技术的迅速发展，对光学遥感器成像质量的要求也越来越高，航空相机的成像质量受多方面因素的影响，包括相机本身的硬件、机载平台、环境条件等，其中由于机载平台的运动产生的像移是影响成像质量的重要因素。因此，要获得高清晰和高分辨率的航拍图像必须进行像移补偿。并且红外相机受探测器研制水平限制，像元数少、像元尺寸大，因此大多需要光机扫描成像，来满足幅宽的要求，扫描机构可以实现航空相机大视场成像。

目前，传统的扫描机构多采用减速装置，使得整个机构的体积和质量较大，造成扫描机构的惯性增大，在对扫描机构进行操作控制时会出现时间上较大的滞后和超调现象，不能实现快速灵活准确控制。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提出一种应用于航空相机的扫描机构。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明一种应用于航空相机的扫描机构，该扫描机构与相机主体固定连接；

该扫描机构包括扫描镜组件、俯仰轴系组件、U形环和横滚轴系组件；扫描镜组件与俯仰轴系组件通过俯仰轴固定连接；俯仰轴系组件与U形环的两端活动连接；横滚轴系组件与U形环的中间固定连接；

扫描镜组件包括扫描反射镜和反射镜框，扫描反射镜用无应力胶固定在反射镜框中；

俯仰轴系组件包括俯仰轴、音圈电机、连接杆、转接板、俯仰双通道旋转变压器、俯仰双通道旋转变压器固定座、俯仰光纤陀螺和俯仰限位组件；俯仰轴包括俯仰轴A和俯仰轴B；

俯仰光纤陀螺固定在反射镜框上；音圈电机的转子通过连接杆固定在俯仰轴A上；音圈电机的定子通过转接板固定在U形环的一侧；俯仰双通道旋转变压器的转子固定在俯仰轴B上；俯仰双通道旋转变压器的定子固定在俯仰双通道旋转变压器固定座上；俯仰双通道旋转变压器固定座固定在U形环的另一侧；俯仰限位组件固定在转接板上；

横滚轴系组件包括横滚轴、横滚轴承、轴承压盖、力矩电机、力矩电机固定座、横滚双通道旋转变压器、横滚双通道旋转变压器固定座、横滚光纤陀螺和横滚限位组件；

横滚轴系组件中的横滚光纤陀螺固定在U形环中间的内侧，横滚光纤陀螺的敏感轴与横滚轴同轴；横滚限位组件位于U形环的环上，固定在轴承压盖上；除横滚光纤陀螺和横滚限位组件，其他部分固定在U形环中间的外侧；

力矩电机的转子固定在横滚轴上，力矩电机的定子固定在力矩电机固定座上；横滚双通道旋转变压器的定子固定在横滚双通道旋转变压器固定座上，横滚双通道旋转变压器的转子固定在横滚轴上；横滚轴通过横滚轴承来支撑，横滚轴承通过轴承压盖进行预紧；

横滚光纤陀螺用于测量横滚轴系组件在惯性空间中的旋转角速度；

俯仰光纤陀螺用于测量俯仰轴系组件在惯性空间中的旋转角速度。

工作过程：外围控制电路发出指令驱动力矩电机往复摆动，力矩电机带动横滚轴往复摆动，从而带动U形环、扫描反射镜、横滚光纤陀螺和横滚双通道旋转变压器绕横滚轴往复扫描摆动，利用横滚双通道旋转变压器检测出的电压值，经A/D数字转化为横滚轴旋转的角度值，提供给外围控制电路，外围控制电路将从惯性导航器件读取出的飞机姿态角和横滚轴的角度值耦合，解算给出角度运动方程，得到的角度运动曲线，产生系统给定的角度运动信号；力矩电机根据角度运动信号往复摆动，带动U形环、扫描反射镜、横滚光纤陀螺和横滚双通道旋转变压器绕横滚轴往复扫描运动；为了使扫描时扫描反射镜速度平稳，采用横滚光纤陀螺检测扫描反射镜相对于惯性空间的速度变化，在外围控制电路中增加速度反馈回路，速度反馈为内环控制系统；当外围控制电路失控时，用横滚限位组件使扫描反射镜绕横滚轴在±25°范围内运动，同时在撞击时，横滚限位组件中的弹簧对扫描反射镜起到减震的作用；

外围控制电路发出指令驱动音圈电机往复摆动，音圈电机带动俯仰轴往复摆动，从而带动扫描反射镜、俯仰光纤陀螺和俯仰双通道旋转变压器绕俯仰轴往复扫描运动，利用俯仰双通道旋转变压器检测出的电压值，经A/D数字转化为俯仰轴旋转的角度值，提供给外围控制电路，外围控制电路将从惯性导航器件读取出的飞机姿态角和俯仰轴的角度值耦合，解算给出角度运动方程，得到的角度运动曲线，产生系统给定的角度运动信号；音圈电机根据角度运动信号往复摆动，带动扫描反射镜、俯仰光纤陀螺和俯仰双通道旋转变压器绕俯仰轴往复扫描运动；为了使扫描时扫描反射镜速度平稳，采用俯仰光纤陀螺检测扫描反射镜相对于惯性空间的速度变化，在外围控制电路中增加速度反馈回路，速度反馈为内环控制系统；当外围控制电路失控时，用俯仰限位组件使扫描反射镜绕俯仰轴在±5°范围内运动，同时在撞击时，俯仰限位组件中材料为聚四氟乙烯的限位环对扫描反射镜起到减震的作用。

有益效果

本发明通过采用俯仰限位组件和横滚限位组件使电机在失控条件不再进行旋转，以免造成接线的缠绕或拉断；且横滚限位组件中含有弹簧，能够减小电机在失控条件下对扫描反射镜的冲击，从而减小对相机的扰动；俯仰限位组件外面包有聚四氟乙烯，以减小冲击；

本发明横滚轴系采用力矩电机直接驱动，俯仰轴系采用音圈电机直接驱动，提高了控制精度，并且整个机构质量较小；横滚轴采用力矩电机驱动，具有输出转矩大、可低速运行、线性度好等优点；音圈电机具有结构简单、体积小、响应快等特点；可以实现快速灵活准确控制。

附图说明

图1为扫描机构主视图；

图2为俯仰轴系组件剖面图；

图3为U形环结构示意图；

图4为横滚轴系组件剖面图；

图5为俯仰限位组件结构示意图；

图6为横滚限位组件结构示意图；

图7为横滚轴的角度和速度运动曲线图；

图8为俯仰轴的角度和速度运动曲线图。

具体实施方式

下面结合幅图和实施例对本方面做进一步说明。

实施例

一种应用于航空相机的扫描机构，该扫描机构通过固定座与相机主体固定连接；

如图1所示，该扫描机构包括扫描镜组件10、俯仰轴系组件20、U形环30和横滚轴系组件40；扫描镜组件10与俯仰轴系组件20通过俯仰轴28固定连接；俯仰轴系组件20与U形环30的两端活动连接；横滚轴系组件40与U形环30的中间固定连接；U形环30的结构示意图如图3所示；

扫描镜组件10包括扫描反射镜11和反射镜框12，扫描反射镜11用无应力胶固定在镜框12中；

如图1和图2所示，俯仰轴系组件20包括俯仰轴28、音圈电机21、连接杆211、转接板212、俯仰双通道旋转变压器27、俯仰双通道旋转变压器固定座271、俯仰光纤陀螺23和俯仰限位组件22；俯仰轴28包括俯仰轴A281和俯仰轴B282；

如图5所示，俯仰限位组件22包括限位环221和螺钉222；限位环的材料为聚四氟乙烯；通过螺钉将限位环固定在转接板212上；

如图1所示，俯仰光纤陀螺23固定在反射镜框12上；如图2所示，音圈电机21的转子通过连接杆211固定在俯仰轴A281上；音圈电机21的定子通过转接板212固定在U形环30的一侧；俯仰双通道旋转变压器27的转子固定在俯仰轴B282上；俯仰双通道旋转变压器27的定子固定在俯仰双通道旋转变压器固定座271上；俯仰双通道旋转变压器固定座271固定在U形环30的另一侧；俯仰限位组件22固定在转接板212上；

如图4所示，横滚轴系组件40包括横滚轴42、横滚轴承421、轴承压盖422、力矩电机41、力矩电机固定座411、横滚双通道旋转变压器43、横滚双通道旋转变压器固定座431、横滚光纤陀螺44和横滚限位组件45；

如图6所示，横滚限位组件45包括弹簧451、弹簧销452、限位座453、楔形橡胶垫454和挡板455；弹簧451通过弹簧销452固定在限位座453上；楔形橡胶垫454通过挡板455固定在U形环30上；当U形环30的旋转角度超出允许范围时，楔形橡胶垫454撞击弹簧销452，通过弹簧451进行能量转化，达到限位的目的；

如图6所示，横滚轴系组件40中的横滚光纤陀螺44固定在U形环30中间的内侧，横滚光纤陀螺44的敏感轴与横滚轴42同轴；横滚限位组件45位于U形环30的环上，横滚限位组件45固定在轴承压盖422上面；除横滚光纤陀螺44和横滚限位组件45，其他部分固定在U形环30中间的外侧；

力矩电机41的转子固定在横滚轴42上，力矩电机41的定子固定在力矩电机固定座411上；横滚双通道旋转变压器43的定子固定在横滚双通道旋转变压器固定座431上，横滚双通道旋转变压器43的转子固定在横滚轴42上；横滚轴42通过横滚轴承421来支撑，横滚轴承421通过轴承压盖422进行预紧；

横滚光纤陀螺44用于测量横滚轴系组件40在惯性空间中的旋转角速度；

俯仰光纤陀螺23用于测量俯仰轴系组件20在惯性空间中的旋转角速度。

工作过程：外围控制电路发出驱动指令使力矩电机41往复摆动，力矩电机41带动横滚轴42往复摆动，从而带动U形环30、扫描反射镜11、横滚光纤陀螺44和横滚双通道旋转变压器43绕横滚轴42往复扫描运动，利用横滚双通道旋转变压器43检测出的电压值，经A/D数字转化为横滚轴42旋转的角度值，提供给外围控制电路，外围控制电路将从惯性导航器件读取出的飞机姿态角和横滚轴的旋转角度值进行耦合，得到横滚轴的角度运动曲线，如图7所示中虚线所示，图7中实线为横滚轴的速度运动曲线；力矩电机41根据角度运动信号往复摆动，带动U形环30、扫描反射镜11、横滚光纤陀螺44和横滚双通道旋转变压器43绕横滚轴42往复扫描运动；为了使扫描时扫描反射镜11速度平稳，采用横滚光纤陀螺44检测扫描反射镜11相对于惯性空间的速度变化，在外围控制电路中增加速度反馈回路，速度反馈为内环控制系统；当外围控制电路失控时，用横滚限位组件45使扫描反射镜11绕横滚轴42在±25°范围内运动，同时横滚限位组件45中的弹簧对扫描反射镜11起到减震的作用；

外围控制电路发出驱动指令使音圈电机21往复摆动，音圈电机21带动俯仰轴28往复摆动，从而带动扫描反射镜11、俯仰光纤陀螺23和俯仰双通道旋转变压器27绕俯仰轴28往复扫描运动，利用俯仰双通道旋转变压器27检测出的电压值，经A/D数字化为俯仰轴28旋转的角度值，提供给外围控制电路，外围控制电路将从惯性导航器件读取出的飞机姿态角和俯仰轴的旋转角度值进行耦合，解算给出角度运动方程，得到俯仰轴的角度运动曲线，如图8所示中虚线所示，图8中实线为俯仰轴的速度运动曲线；音圈电机21根据角度运动信号往复摆动，带动扫描反射镜11、俯仰光纤陀螺23和俯仰双通道旋转变压器27绕俯仰轴28往复扫描运动；为了使扫描时扫描反射镜11速度平稳，采用俯仰光纤陀螺23检测扫描反射镜11相对于惯性空间的速度变化，在外围控制电路中增加速度反馈回路，速度反馈为内环控制系统；当外围控制电路失控时，用俯仰限位组件22使扫描反射镜11绕俯仰轴28在±5°范围内运动，同时俯仰限位组件22中的弹簧对扫描反射镜11起到减震的作用。

Claims

1.一种应用于航空相机的扫描机构，其特征在于：

该扫描机构包括扫描镜组件（10）、俯仰轴系组件（20）、U形环（30）和横滚轴系组件（40）；扫描镜组件（10）与俯仰轴系组件（20）通过俯仰轴（28）固定连接；俯仰轴系组件（20）与U形环（30）的两端活动连接；横滚轴系组件（40）与U形环（30）的中间固定连接；

扫描镜组件（10）包括扫描反射镜（11）和反射镜框（12），扫描反射镜（11）用无应力胶固定在镜框（12）中；

俯仰轴系组件（20）包括俯仰轴（28）、音圈电机（21）、连接杆（211）、转接板（212）、俯仰双通道旋转变压器（27）、俯仰双通道旋转变压器固定座（271）、俯仰光纤陀螺（23）和俯仰限位组件（22）；俯仰轴（28）包括俯仰轴A（281）和俯仰轴B（282）；

俯仰光纤陀螺（23）固定在反射镜框（12）上；音圈电机（21）的转子通过连接杆（211）固定在俯仰轴A（281）上；音圈电机（21）的定子通过转接板（212）固定在U形环（30）的一侧；俯仰双通道旋转变压器（27）的转子固定在俯仰轴B（282）上；俯仰双通道旋转变压器（27）的定子固定在俯仰双通道旋转变压器固定座（271）上；俯仰双通道旋转变压器固定座（271）固定在U形环（30）的另一侧；俯仰限位组件（22）固定在转接板（212）上；

横滚轴系组件（40）包括横滚轴（42）、横滚轴承（421）、轴承压盖（422）、力矩电机（41）、力矩电机固定座（411）、横滚双通道旋转变压器（43）、横滚双通道旋转变压器固定座（431）、横滚光纤陀螺（44）和横滚限位组件（45）；

横滚轴系组件（40）中的横滚光纤陀螺（44）固定在U形环（30）中间的内侧；横滚限位组件（45）位于U形环（30）的环上，横滚限位组件（45）固定在轴承压盖（422）上面；除横滚光纤陀螺（44）和横滚限位组件（45），其他部分固定在U形环（30）中间的外侧；横滚光纤陀螺（44）的敏感轴与横滚轴（42）同轴。

力矩电机（41）的转子固定在横滚轴（42）上，力矩电机（41）的定子固定在力矩电机固定座（411）上；横滚双通道旋转变压器（43）的定子固定在横滚双通道旋转变压器固定座（431）上，横滚双通道旋转变压器（43）的转子固定在横滚轴（42）上；横滚轴（42）通过横滚轴承（421）来支撑，横滚轴承（421）通过轴承压盖（422）进行预紧。

2.根据权利要求1所述的一种应用于航空相机的扫描机构，其特征在于：横滚光纤陀螺（44）用于测量横滚轴系组件（40）在惯性空间中的旋转角速度。

3.根据权利要求1所述的一种应用于航空相机的扫描机构，其特征在于：俯仰光纤陀螺（23）用于测量俯仰轴系组件（20）在惯性空间中的旋转角速度。

4.根据权利要求1所述的一种应用于航空相机的扫描机构，其特征在于：俯仰限位组件（22）包括限位环和螺钉；限位环的材料为聚四氟乙烯；通过螺钉将限位环固定在转接板（212）上。

5.根据权利要求1所述的一种应用于航空相机的扫描机构，其特征在于：横滚限位组件（45）包括弹簧（451）、弹簧销（452）、限位座（453）、楔形橡胶垫（454）和挡板（455）；弹簧（451）通过弹簧销（452）固定在限位座（453）上；楔形橡胶垫（454）通过挡板（455）固定在U形环（30）上；当U形环（30）的旋转角度超出允许范围时，楔形橡胶垫（454）撞击弹簧销（452）。