CN108803672B - 光电跟踪系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光电跟踪系统，包括光学舱、电子舱和伺服稳定单元，伺服稳定单元包括伺服稳定平台和外框驱动装置，伺服稳定平台安设于光学舱内，外框驱动装置安设于电子舱内且通过传动机构与伺服稳定平台的外框架连接。将外框驱动装置后置于电子舱内，可以使得光学舱内结构设计空间更大，从而可以获得更大的框架角，有效提高光电跟踪系统的技术性能；可以使得光电跟踪系统前端光学设计空间大，对于成像系统，特别是红外成像光电系统，可以获得更小的光学系统F#，进而能够使光学系统获得更多的能量。尤其地，对于小型化多模复合光电系统，由于其直径小但光学舱空间需求大，上述外框驱动装置后置的结构可有效地优化光学方案设计。

Description

光电跟踪系统

技术领域

本发明涉及一种光电跟踪系统，尤其涉及一种导引头伺服稳定系统的结构设计。

背景技术

光电跟踪系统常用于精确制导，因此常需要光学系统有较大的框架角，便于搜索和发现目标；同时也需要目标对比度高，便于识别和稳定跟踪目标。光电跟踪系统的结构一般包括光学舱和电子舱，现有光电跟踪系统伺服稳定平台置于光学舱，伺服稳定平台的各框驱动电机和各框架均在同一个舱段(常用的两框架平台包括偏航和俯仰两个自由度框架)，驱动电机和对应的框架采用直驱方式连接，即驱动电机转子和对应的框架直接连接，转子转动带动对应的框架移动就可以实现伺服稳定平台的相应自由度的运动。

此种结构将各框架的驱动电机均置于光学舱，带来的问题是占用大量的位置空间，会牺牲框架角范围，对于红外光学成像跟踪系统会减小光学成像镜片的直径，增大光学系统的F#(光圈系数，也即焦距与通光孔径的比值)，进而影响光学系统接收到的能量；对于小型化光电跟踪系统，直径小，上述伺服稳定平台的结构形式会严重影响光电跟踪系统的框架角范围，并最终影响其综合性能；对于需要多模复合的光电跟踪系统，由于光学舱需要结构空间大，框架角范围牺牲更加严重，有可能使光电跟踪系统指标无法满足总体性能指标要求。

发明内容

本发明实施例涉及一种光电跟踪系统，至少可解决现有技术的部分缺陷。

本发明实施例涉及一种光电跟踪系统，包括光学舱、电子舱和伺服稳定单元，所述伺服稳定单元包括伺服稳定平台和外框驱动装置，所述伺服稳定平台安设于所述光学舱内，所述外框驱动装置安设于所述电子舱内且通过传动机构与所述伺服稳定平台的外框架连接。

作为实施例之一，所述传动机构包括连杆结构，所述外框驱动装置通过所述连杆结构与所述外框架传动连接。

作为实施例之一，所述外框驱动装置包括外框驱动电机，所述连杆结构包括两根连杆，所述外框驱动电机的输出轴上装配有摆臂且所述摆臂两端分列于该输出轴轴线两侧，两所述连杆分别与所述摆臂的两端铰接，且位于所述光学舱内的两个连杆端分别与所述外框架的相对的两个框棱铰接。

作为实施例之一，所述连杆结构的各连杆均包括两个杆体，其中一所述杆体与所述外框架连接，另一所述杆体与所述外框驱动装置连接，两所述杆体同轴套接且通过间隙消除模块连接，用以减少或消除所述外框驱动装置与所述外框架之间的传动间隙。

作为实施例之一，所述间隙消除模块包括弹簧，所述弹簧同轴套接于其中一所述杆体上且与另一所述杆体抵接。

作为实施例之一，所述外框驱动电机为直流力矩电机或直流无刷永磁同步电机。

作为实施例之一，所述伺服稳定平台为双框架平台或三框架平台。

作为实施例之一，所述伺服稳定平台上安装有探测器支架，所述探测器支架上安设有非制冷红外探测器、第一印制电路板、第一接插件、第二印制电路板及第二接插件，所述非制冷探测器与所述第一接插件均固定于所述第一印制电路板上，所述第二接插件固定于所述第二印制电路板上，且所述第一接插件与所述第二接插件对接。

作为实施例之一，所述第一印制电路板与所述第二印制电路板分别固定于所述探测器支架的相对的两个面部上，所述非制冷探测器与所述第一接插件分别安设于所述第一印制电路板的两个板面上，且所述第一接插件与所述第二接插件对接。

作为实施例之一，所述伺服稳定平台的各框架均配置有角度传感器，各所述角度传感器均包括转子、定子和安装架，所述安装架包括固定座和活动座，所述固定座固定于对应框架的安装基础上，所述定子固定于所述固定座上，所述转子与所述活动座固定连接，所述活动座或所述转子与对应的框架转轴连接；所述活动座可转动地装配于所述固定座上且转动轴线与所述转子轴线重合，所述固定座具有限制所述活动座沿所述转子轴向和径向活动的限位部。

本发明实施例至少具有如下有益效果：

本发明提供的光电跟踪系统，将外框驱动装置后置于电子舱内，可以使得光学舱内结构设计空间更大，从而可以获得更大的框架角，有效提高光电跟踪系统的技术性能；可以使得光电跟踪系统前端光学设计空间大，对于成像系统，特别是红外成像光电系统，可以获得更小的光学系统F#，进而能够使光学系统获得更多的能量。尤其地，对于小型化多模复合光电系统，由于其直径小但光学舱空间需求大，上述外框驱动装置后置的结构可有效地优化光学方案设计。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例一提供的光电跟踪系统的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的光电跟踪系统的部分透视结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的连杆的结构示意图；

图4为本发明实施例二提供的非制冷红外成像探测器安装结构的结构示意图；

图5为本发明实施例三提供的角度传感器的结构示意图；

图6为本发明实施例三提供的转子的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1和图2，本发明实施例提供一种光电跟踪系统，包括光学舱、电子舱和伺服稳定单元，所述伺服稳定单元包括伺服稳定平台100和外框驱动装置200，所述伺服稳定平台100安设于所述光学舱内，所述外框驱动装置200安设于所述电子舱内且通过传动机构与所述伺服稳定平台100的外框架连接。一般地，上述外框驱动装置200采用电机，即该外框驱动装置200包括外框驱动电机200，优选为采用直流力矩电机或直流无刷永磁同步电机，控制精准，可靠性高；当然，其他的驱动设备如电动推杆、气缸等也可用于本实施例中，本领域技术人员可设计相应的传动机构实现伺服稳定平台100的驱动即可，此次不作详述。上述的伺服稳定平台100可以为双框架平台或三框架平台，具体结构此次不作赘述。

本实施例提供的光电跟踪系统，将外框驱动装置200后置于电子舱内，可以使得光学舱内结构设计空间更大，从而可以获得更大的框架角，有效提高光电跟踪系统的技术性能；可以使得光电跟踪系统前端光学设计空间大，对于成像系统，特别是红外成像光电系统，可以获得更小的光学系统F#，进而能够使光学系统获得更多的能量。经实际测试发现，采用上述结构的光电跟踪系统，伺服稳定平台框架角可增大30％左右，光学系统F#减小30％左右。尤其地，对于小型化多模复合光电系统，由于其直径小但光学舱空间需求大，上述外框驱动装置200后置的结构可有效地优化光学方案设计。

接续上述的光电跟踪系统，如图1和图3，所述传动机构包括连杆结构，所述外框驱动装置200通过所述连杆结构与所述外框架传动连接。相较于链传动、带传动等方式，采用连杆传动，响应速度快、控制精确度高，因而可提高光电跟踪系统的技术性能。其中，上述连杆结构可以是单连杆结构，即只采用一根连杆进行传动，连杆结构与外框架只有一处连接位置，也即与外框架的其中一个框棱连接；本实施例中，优选为采用双连杆结构，即该连杆结构包括两根连杆300，该两连杆300分别与外框架的相对的两个框棱铰接，与此同时，该两个连杆300还分别与外框驱动装置200连接，对于外框驱动装置200包括外框驱动电机200的情况，优选地，如图1，该外框驱动电机200的输出轴上装配有摆臂201且摆臂201两端分列于该输出轴轴线两侧，两连杆300分别与摆臂201的两端铰接。易于理解地，每一连杆300的两个连杆端分别位于电子舱内和光学舱内，则位于电子舱内的两个连杆端分别与上述摆臂201的两端铰接，位于光学舱内的两个连杆端分别与外框架铰接；各铰接轴轴向平行且均垂直于连杆300的轴向，或者说，均平行于电机轴的轴向。相较于单连杆传动结构，采用双连杆结构进行传动可获得精确度及稳定性更高的传动控制效果。进一步优选地，上述电机输出轴线位于摆臂201的中心位置处，与摆臂201两端之间的距离相同，两个连杆300的轴线平行，从而构成一平行四边形式的传动连接结构，稳定性较好。

进一步优化上述实施例，如图3，所述连杆结构的各连杆300均包括两个杆体，其中一所述杆体与所述外框架连接，另一所述杆体与所述外框驱动装置200连接(也即与上述的摆臂201铰接)，两所述杆体同轴套接且通过间隙消除模块连接，用以减少或消除外框驱动装置200与外框架之间的传动间隙。优选地，上述间隙消除模块包括弹簧303，弹簧303同轴套接于其中一杆体上且与另一杆体抵接；进一步优选地，该弹簧303初始状态为预紧状态，如呈压缩状态，提供一定的预紧力，可达到上述的传动间隙消除的目的；如图3，进一步优选为该弹簧303是套设于套接结构中的小直径段上，其中一个具体实施例是：以与外框架铰接的杆体为第一杆体301，与摆臂201铰接的杆体为第二杆体302，第二杆体302套接于第一杆体301外，上述弹簧303一端固定于该第二杆体302的内壁上，另一端与第一杆体301上的一台阶轴的台阶面抵接。相较于刚性的一体式连杆，上述分段式结构的连杆300，由于设置有间隙消除模块，可以较好地消除传动间隙，同时方便装配；以上述的预紧弹簧303为例，由于在第一杆体301与第二杆体302之间形成有轴向的预紧力，使得该连杆300形成为弹性连杆结构，具体地说，通过外框驱动电机200轴按外框架摆动角度要求而转动并驱动摆臂201摆动一定角度时，由于弹簧303的助推力作用，可以使得两个杆体分别抵紧外框架和摆臂201，因而可以消除外框驱动装置200与外框架之间的传动间隙。

实施例二

本实施例提供一种光电跟踪系统，在上述实施例一所提供的光电跟踪系统的结构基础上，其成像系统采用红外成像系统，即上述的伺服稳定平台100上搭载有非制冷红外探测器401。如图4，示出了一种非制冷红外探测器安装结构400，具体地，所述伺服稳定平台100上安装有探测器支架406，所述探测器支架406上安设有非制冷红外探测器401、第一印制电路板402、第一接插件403、第二印制电路板405及第二接插件404，所述非制冷探测器与所述第一接插件403均固定于所述第一印制电路板402上，所述第二接插件404固定于所述第二印制电路板405上，且所述第一接插件403与所述第二接插件404对接。其中，非制冷红外探测器401为红外成像的关键部件，可将红外热信号转换为电信号；上述第一印制电路板402为安装探测器用电路板，用于将非制冷红外探测器401安装在该电路板上，并将信号连接至第一接插件403上；上述第二印制电路板405用于接收前端图像信号，并经过处理后输出红外图像信号；上述第一接插件403与第二接插件404配合，用于传递图像信号。

上述第一接插件403与第二接插件404的对接结构应牢固可靠，避免在冲击振动等情况下出现松脱等异常现象，以保证信号链路传输正常，减少或消除红外图像的横纹等干扰问题。作为优选的实施方式，如图4，所述第一印制电路板402与所述第二印制电路板405分别固定于所述探测器支架406的相对的两个面部上，所述非制冷探测器与所述第一接插件403分别安设于所述第一印制电路板402的两个板面上，且所述第一接插件403与所述第二接插件404对接。上述第一印制电路板402和第二印制电路板405优选为是可拆卸安装在探测器支架406上；其中，上述第一印制电路板402优选为是通过螺钉固定在探测器支架406的前面(即探测器支架406的远离电子舱的一面)，非制冷探测器和第一接插件403优选为是焊接在该第一印制电路板402上；同样地，第二印制电路板405优选为是通过螺钉固定在探测器支架406的反面(即探测器支架406的靠近电子舱的一面)，第二接插件404优选为是焊接在该第二印制电路板405上。

上述非制冷红外探测器401的安装结构，通过将第一印制电路板402和第二印制电路板405分别安装在探测器支架406的前面和反面，能够最大限度地保证非制冷红外探测器401和两印制电路板的安装精度，进而使得两印制电路板之间的接插件连接结构更为牢固可靠，避免因冲击振动导致电路板之间的接插件连接松脱等情况，保证图像信号的传输质量。

优选地，上述第一印制电路板402与第二印制电路板405相对安装，在探测器支架406上开设有接插件穿设孔，可容第一接插件403和第二接插件404通过，该接插件穿设孔优选为是与第一接插件403和第二接插件404适配，即第一接插件403与第二接插件404紧密对接后，嵌置于该接插件穿设孔内，避免二者晃动等。

进一步优选地，上述探测器支架406采用金属支架，作为固定用支架的同时，可以起到散热作用。

实施例三

本实施例提供一种光电跟踪系统，在上述实施例一所提供的光电跟踪系统的结构基础上，进一步对其进行优化：

一般地，对于上述的伺服稳定平台100，各框架均配置有角度传感器500，用于检测对应的框架自身的转动角度；以双框架平台为例，其外框架通过一外框转轴安装于基座上，其内框架通过一内框转轴安装于该外框架上，外框转轴和内框转轴均连接有角度传感器500。在现有技术中，角度传感器500一般采用卡接式的连接结构与对应的框架连接，这种结构方式在受冲击振动时传感器转子502易产生轴向和径向上的窜动，进而导致角度测量不准确。

本实施例中，如图5，所配置的各角度传感器500均包括转子502、定子501和安装架，安装架包括固定座503和活动座504，定子501固定于固定座503上，转子502与活动座504固定连接，活动座504可转动地装配于固定座503上且转动轴线与转子502轴线重合，固定座503具有限制活动座504沿转子502轴向和径向活动的限位部，该活动座504与固定座503的装配结构，可限制活动座504产生沿转子502轴向和径向上的运动，而仅相对于固定座503旋转。本实施例提供的角度传感器500，通过将转子502与活动座504固连，同时通过活动座504与固定座503之间的装配关系，保证传感器转子502在正常运动及冲击振动等环境下都不会产生轴向或径向上的窜动，从而保证传感器测量精度；通过将转子502相对于卡接框架之间的相对位置精度设计(即传感器转子502嵌装于对应框架的转子卡接孔内)转换为活动座504相对于固定座503之间的相对位置精度设计，精密度更易于设计和保证，技术上更容易实现和控制，不会导致转子502轴向受力或径向受力而超出技术要求，设计成本及维护成本等都较低。

上述活动座504与固定座503之间的配合关系是本领域技术人员易于设计的，如图5示出了一种具体配合结构，在活动座504外周壁上开设有滚动槽，该滚动槽的槽壁垂直于转子502轴向，环形槽底的轴线与转子502轴线重合，固定座503上对应设有卡合至该滚动槽内的环挡部，该环挡部与滚动槽之间通过轴承紧密装配，该环挡部与滚动槽配合，可以防止活动座504相对于固定座503出现转子轴向和径向上的窜动。易于理解地，该角度传感器500应用于光电跟踪系统中时，用于测量外框架角度时，上述的固定座503固定安装于外框固定架上，活动座504固定于该外框架上；用于测量内框架角度时，上述的固定座503固定安装于外框架上，活动座504固定于内框架上。上述的定子501优选为是自带安装耳，可通过螺钉/螺栓等与固定座503固连。

其中，对于上述的转子502与活动座504之间的固连结构，优选地，如图5，转子502通过限位螺栓505与活动座504固连，限位螺栓505的轴向与转子502的轴向垂直，可防止转子502相对于活动座504产生轴向运动和径向运动，确保转子502与活动座504之间的固连结构牢靠。相应地，在转子502上开设有螺接孔5021，用于与该限位螺栓505螺接；连接限位螺栓505时，需要控制螺栓深度和扭力，避免在拧螺栓过程中使转子502径向受力超过技术要求规定的值；螺接孔5021的数量优选为不多于2个，一般情况下，采用1个螺接孔5021连接即能够保证转子502与活动座504连接紧密可靠，采用2个螺接孔5021连接时，宜保证第二个限位螺栓505连接时扭力以及深度需要与第一个限位螺栓505保持一致；螺接孔5021的位置可以是开设在转子502的任意位置，以方便安装为主。另外，上述螺接孔5021优选为是预先开设于转子502上的，避免直接在角度传感器500成品上打孔时增大角度传感器500内部的轴和轴承配合间隙，进而影响角度传感器500精度。

进一步优选地，转子502与活动座504通过限位螺栓505固连时，采用紧固胶进行点胶固定，增加连接强度，确保角度传感器500转子502不论在何种环境下工作时都不会出现间隙导致窜动。

作为上述转子502与活动座504固连的另外一种结构，或者，在上述转子502与固定座503通过限位螺栓505连接的基础上，上述转子502嵌装于活动座504内，具体地，如图5，活动座504上开设有转子安装孔，转子502即嵌装于该转子安装孔内，该转子安装孔优选为是与转子502结构适配的，从而转子502紧密嵌入在该转子安装孔内，可以限制转子502的径向活动。进一步优选地，转子502与活动座504以榫接的方式装配，以便防止转子502相对于活动座504轴向活动，榫接结构可以有多种，能够达到上述的限位作用即可；如图5和图6，作为优选的实施例，在上述转子安装孔的内壁上凸出设置有一弧形的凸榫部(定义其为第二榫接部)，该凸榫部的曲率与转子502外壁的曲率相同，转子502上则对应地形成一榫槽(定义其第一榫接部)，该榫槽所对应的转子502部分的径向截面呈D形，上述第一榫接部与第二榫接部配合可构成企口式的榫接结构，上述凸榫部的端面垂直于转子502的轴向，也即转子502上对应形成的台阶面垂直于转子502的轴向，因而可以防止转子502相对于活动座504轴向活动。

作为优选，通过上述的限位螺栓505以及上述的榫接结构配合，可以达到较好地转子502限位效果，转子502不会出现轴向或径向上的窜动从而保证传感器的测量精度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种光电跟踪系统，包括光学舱、电子舱和伺服稳定单元，所述伺服稳定单元包括伺服稳定平台和外框驱动装置，其特征在于：所述伺服稳定平台安设于所述光学舱内，所述外框驱动装置安设于所述电子舱内且通过传动机构与所述伺服稳定平台的外框架连接；

所述伺服稳定平台上安装有探测器支架，所述探测器支架上安设有非制冷红外探测器、第一印制电路板、第一接插件、第二印制电路板及第二接插件，所述非制冷红外探测器与所述第一接插件均固定于所述第一印制电路板上，所述第二接插件固定于所述第二印制电路板上，且所述第一接插件与所述第二接插件对接；所述非制冷红外探测器用于获取红外热信号并转换为电信号，所述第一印制电路板用于获取非制冷红外探测器的电信号，第一接插件与第二接插件配合，用于将第一印制电路板的信号传递给第二印制电路板，所述第二印制电路板用于接收前端信号，并经过处理后输出红外图像信号；

所述第一印制电路板与所述第二印制电路板分别固定于所述探测器支架的相对的两个面部上，所述非制冷红外探测器与所述第一接插件分别安设于所述第一印制电路板的两个板面上；在探测器支架上开设有接插件穿设孔，该接插件穿设孔与第一接插件和第二接插件适配，第一接插件与第二接插件紧密对接后，嵌置于该接插件穿设孔内；

所述伺服稳定平台的各框架均配置有角度传感器，各所述角度传感器均包括转子、定子和安装架，所述安装架包括固定座和活动座，所述固定座固定于对应框架的安装基础上，所述定子固定于所述固定座上，所述转子与所述活动座固定连接，所述活动座或所述转子与对应的框架转轴连接；所述活动座可转动地装配于所述固定座上且转动轴线与所述转子轴线重合，所述固定座具有限制所述活动座沿所述转子轴向和径向活动的限位部；所述角度传感器用于测量外框架角度时，上述的固定座固定安装于外框固定架上，活动座固定于该外框架上，所述角度传感器用于测量内框架角度时，上述的固定座固定安装于外框架上，活动座固定于内框架上。

2.如权利要求1所述的光电跟踪系统，其特征在于：所述传动机构包括连杆结构，所述外框驱动装置通过所述连杆结构与所述外框架传动连接。

3.如权利要求2所述的光电跟踪系统，其特征在于：所述外框驱动装置包括外框驱动电机，所述连杆结构包括两根连杆，所述外框驱动电机的输出轴上装配有摆臂且所述摆臂两端分列于该输出轴轴线两侧，两所述连杆分别与所述摆臂的两端铰接，且位于所述光学舱内的两个连杆端分别与所述外框架的相对的两个框棱铰接。

4.如权利要求2或3所述的光电跟踪系统，其特征在于：所述连杆结构的各连杆均包括两个杆体，其中一所述杆体与所述外框架连接，另一所述杆体与所述外框驱动装置连接，两所述杆体同轴套接且通过间隙消除模块连接，用以减少或消除所述外框驱动装置与所述外框架之间的传动间隙。

5.如权利要求4所述的光电跟踪系统，其特征在于：所述间隙消除模块包括弹簧，所述弹簧同轴套接于其中一所述杆体上且与另一所述杆体抵接。

6.如权利要求3所述的光电跟踪系统，其特征在于：所述外框驱动电机为直流力矩电机或直流无刷永磁同步电机。

7.如权利要求1所述的光电跟踪系统，其特征在于：所述伺服稳定平台为双框架平台或三框架平台。

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