CN109141343A - 一种可自动调节的野外高精度承载平台和调平方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可自动调节的野外高精度承载平台和调平方法。所述承载平台包括：用以承载设备的舱体；位于所述舱体内，用以安装光学系统的光学平台，所述光学平台上设有检测光学平台方位的检测单元；用以支撑所述舱体并对所述舱体进行调平的电动缸；以及用以根据所述检测单元检测的光学平台的方位信息控制所述电动缸对所述舱体进行调平的电控装置。本发明实现了野外高精度承载平台的自动调平，解决了传输光路的洁净度问题和环境适应性差的问题，提供了光电设备野外试验的平台条件；具有空间环境适应性好、高可靠性、结构基准精度高、使用方便的特点。

Description

一种可自动调节的野外高精度承载平台和调平方法

技术领域

本发明涉及光电技术领域。更具体地，涉及一种可自动调节的野外高精度承载平台和调平方法。

背景技术

光电跟踪瞄准系统可对火箭弹、迫击炮弹、无人机等目标实施跟踪，实施激光欺骗干扰，对可疑人员进行激光致眩驱离，对机载光电观瞄设备、红外/电视制导系统等实施压制干扰，能够应对复杂的电磁环境，拦截距离2km左右，利用强光的致盲作用可以让飞机、电子系统失灵，利用强光的穿孔、层裂作用可以破坏目标的结构，造成目标的毁灭性破坏，可用于执行反恐任务。

国外现有技术：美国于2012年8月进行了高精度光电跟踪瞄准系统首次舰载测试，具体指标和效果未见相关资料，2013年研制了可以装在一辆HEMTT卡车上的高精度光电跟踪瞄准系统，底盘驱动形式为8×8，内部承载平台未见描述；以色列在2014年2月推出了高精度光电跟踪瞄准系统，采用两个独立载车承载，内部承载平台未见描述。高精度光电跟踪瞄准系统只要有充足的电力就能持续跟踪目标、发射光束干扰甚至毁伤目标，无需燃油等消耗品，大幅降低成本，经济实用。

国内现有技术：国内目前对光电跟踪系统的高精度承载平台仅有实验室内的承载平台，而外场试验或执行反恐任务的高精度跟踪瞄准测试通常需要在室外进行，因此高精度的使用和试验条件目前有很大的局限性，高精度的应用范围受到极大的制约。国内相关光电设备的关键元器件的抗湿热、抗冲击、抗砂尘能力弱，环境适应性差。

随着科学技术的发展，各种光电子设备小型化，使得光学、电子设备集成为一体进行相关原理性试验成为可能。国内目前的光电跟踪设备对承载平台的精度要求愈来愈高，为此提供高精度承载平台作为光电跟踪瞄准系统野外载体成为急需。

发明内容

基于以上背景技术，本发明提供一种可自动调节的野外高精度承载平台，解决了光电设备传输光路的洁净度问题，避免了光束的低频“颤动”问题，保证了跟踪瞄准系统指向精度，提供了野外试验的环境条件，解决了光电设备野外完成目标的跟踪瞄准、光束传输瞄准的系统试验和使用问题。

为达到以上目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一方面提供一种可自动调节的野外高精度承载平台，所述承载平台包括：

用以承载设备的舱体；

位于所述舱体内，用以安装光学系统的光学平台，所述光学平台上设有检测光学平台方位的检测单元；

用以支撑所述舱体并对所述舱体进行调平的电动缸；以及

用以根据所述检测单元检测的光学平台的方位信息控制所述电动缸对所述舱体进行调平的电控装置。

优选地，所述检测单元为倾角传感器，检测得到光学平台相对于水平方向的方位信息。

优选地，所述舱体包括第一舱体和第二舱体，第二舱体的高度高于第一舱体；所述第二舱体顶部设置有开口及与其配合的密封盖。

优选地，所述舱体采用板片拼装结构；所述板片的内外蒙板均采用防锈铝板，中间填充聚氨脂发泡材料，采用高压灌注发泡工艺制造；所述板片的骨架由钢方管切削加工，采用二氧化碳气体保护焊焊接。

优选地，所述板片的端面之间焊接有钢质弯角件；所述板片与板片的内拼角处安装有铝质弯角件，外拼角处安装有铝质包角，采用胶接和铆接的方式连接。

优选地，所述舱体的内壁加装有铝制防火墙，所述铝制防火墙朝向舱体内部的面采用粗糙化处理。

优选地，所述电控装置包括控制机柜及位于所述控制机柜内的控制箱、配电箱和驱动器；

所述配电箱与外供电设备和控制机柜内的控制箱和驱动器分别进行电气互连；所述电控装置与电动缸和倾角传感器分别进行电气互连。

优选地，所述电动缸为折返式结构，通过缸筒上的法兰盘与所述舱体连接；所述电动缸推杆端部球铰有支撑板；

所述电动缸采用伺服电机驱动，伺服电机连接减速器增加扭矩输出，通过齿轮副传递扭矩到滚珠丝杠上；

所述电动缸下部设置有回缩到位开关，上部设置有极限限位开关，中部设置有接近开关；分别与所述控制箱信号连接，以给出电动缸回缩到位信号、极限限位信号和粗调到位信号。

本发明另一方面还提供以上承载平台进行调平的方法，所述调平包括粗调阶段与精调阶段；

粗调阶段，首先通过控制箱读取电动缸回缩到位信号，然后通过控制箱向驱动器发出电动缸伸出指令，控制伺服电机高速旋转，带动电动缸以速度V_hs伸出，运转距离h₁后，转为低速旋转，带动电动缸以速度V_ls伸出，直至接收到电动缸粗调到位信号；收到信号后，控制电动缸处于零速状态；

精调阶段，确认收到所有电动缸的粗调到位信号后，控制箱读取倾角传感器横滚角和俯仰角数据，确定电动缸中位置最高的，计算出其余电动缸与最高电动缸之间的行程差，并根据行程差计算其余电动缸的速度，最高电动缸不动，控制箱控制其余电动缸按照计算的速度伸出各自所差的行程，在调平过程中实时采集横滚角和俯仰角以重复上述精调过程，直到调平结束；

调平结束后，控制箱控制关闭电动缸抱闸器，使平台保持调平状态。

优选地，在精调阶段，记录微调的电动缸各自的行程及速度，调平过程中实时检测所有电动缸的极限限位信号，当收到极限限位信号后，表明电动缸已经到达极限保护位置，不允许再继续伸出；

撤收时，控制箱首先控制微调的电动缸按照记录的行程及速度回缩至粗调到位状态，然后控制所有电动缸同步低速运行至h1/3距离，转为高速回缩至9h1/10距离，待接近回缩到位开关时，转为低速运行，直至接收到回缩到位信号，之后控制关闭电动缸抱闸器，完成撤收。

本发明的有益效果如下：

本发明的可自动调节的野外高精度承载平台解决了光学平台从实验室产品转化为野外试验平台的问题，突破了高精度平台的野外自动调节控制技术、光路传输跟踪瞄准的舱体结构设计，在野外可完成高精度传输跟踪瞄准的基准调节，实现了野外高精度承载平台的自动调平，解决了传输光路的洁净度问题和环境适应性差的问题，提供了光电设备野外试验的平台条件；具有空间环境适应性好、高可靠性、结构基准精度高、使用方便的特点。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明一种可自动调节的野外高精度承载平台的示意图。

图示说明：1-光学平台，2-倾角传感器，3-电动缸，4-电控装置，5-控制箱，6-配电箱，7-驱动器，8-控制机柜，9-电缆。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明的可自动调节的野外高精度承载平台包括：用以承载设备的舱体；位于所述舱体内，用以安装光学系统的光学平台1，所述光学平台1上设有检测光学平台方位的检测单元，本实施例中为倾角传感器2；用以支撑所述舱体并对所述舱体进行调平的电动缸3；以及用以根据所述倾角传感器2检测的光学平台相对于水平方向的方位信息控制所述电动缸3对所述舱体进行调平的电控装置4。

其具体设计过程如下：

第一步设计光学平台

光学平台1上表面采用高导磁不锈钢面板，中部采用蜂窝结构材料隔离层面和高分子振动隔离层，外框采用中碳钢板，隔振支撑采用复合材料固体阻尼隔振。精磨加工后光学平台的精度、机械强度、隔振性满足武器系统要求。光学平台两侧的螺纹孔用以安装吊环螺钉，中部采用螺钉固定激光舱体。

对光学平台进行有限元建模和计算，核算光学平台在支撑工况下的最大变形量，理论计算安装设备后的变形量。在设计加工完成后，测试加载一定时间(外场一次试验的时间)后光学平台平面度的变化量,保证其满足系统指标要求。

第二步舱体设计

异形舱体是全部设备的承载载体，跟瞄转塔护罩、顶盖、防火墙、安全监控系统、空调、隔振器、登顶梯、门、检修口、壁盒均集成在舱体上。舱体采用板片拼装结构，板片采用高压灌注发泡工艺制造，内外蒙板均采用整张防锈铝板，中间填充聚氨脂发泡材料；板片骨架由钢方管切削加工，采用二氧化碳气体保护焊焊接，保证了舱体的较高平面度要求。舱体侧壁及顶、底采用高压灌注成形的大板，通过焊接金属弯角件和铆接外包角拼装合拢成形，在板片端面之间焊接钢质弯角件，保证了板片之间的连接强度；板片与板片的内拼角处安装铝质弯角件，外拼角处安装铝质包角，采用胶接及铆接连接的方式，起到紧固、密封及装饰的作用。在舱体内壁加装铝制防火墙，内表面采用粗糙化处理，避免出现反射镜面，同时防止舱体被融穿。舱内线缆槽、过壁板等均采用金属材料，避免由于强光照射引燃易燃物发生火灾。

舱体包括第一舱体和第二舱体，第二舱体的高度高于第一舱体；即舱体上平面设计为阶梯形式，第一舱体为高舱体和第二舱体为矮舱体。跟踪瞄准转塔的基座安装在矮舱体内部，跟踪瞄准转塔的旋转U形架和瞄准镜安装在矮舱体外部。高舱体顶部设计安装密封口盖，用于向高舱内部吊装光学设备的通口。矮舱体和高舱体的设计同时满足高精度跟踪瞄准的安全光路要求。

舱体下平面设计了光学平台支撑基准面和调平装置机械接口，保证了光学平台的安装基准。

舱体内部安装空调室内机，外部安装空调室外机，使舱内环境满足光学设备和跟踪瞄准设备的工作条件。设计专用隔振器安装在空调和舱体之间，避免了空调开启后舱体振动引起的激光束的低频“颤动”问题，保证了跟踪瞄准系统指向精度。在光学设备、跟踪瞄准设备等局部敏感位置放置空气净化装置，在设备维修后和工作前保证舱体内的洁净环境，制造了传输光路的外部洁净环境。

第三步电动缸设计

电动缸3整体结构采用折返式结构，电动缸3通过缸筒上的法兰盘与舱体连接，电动缸3推杆端部球铰一个支撑板用于减小对地面的压强。电动缸采用伺服电机驱动，伺服电机连接减速器增加扭矩输出，通过齿轮副传递扭矩到丝杠上，选用滚珠丝杠作为主传动元件。使用上下两个极限限位开关限制电动缸3的最大运动范围，即在电动缸的下部设置有回缩到位开关，上部设置有极限限位开关；分别与所述控制箱信号连接，以给出电动缸回缩到位信号和极限限位信号；在电动缸3中部安装一个接近开关，与控制箱信号连接，以给出电动缸的粗调到位信号。

首先进行电动缸行程、载荷、调平速度等主要参数设计：通过电动缸法兰盘上的螺栓将电动缸固定于舱体，安装孔定位尺寸为x(长)×y(宽)，电动缸支撑板到地面的高度为h₁，电动缸将舱体抬离车体的行程为h₂，则承载平台在3°坡上完成调平时电动缸设计的最小行程为：

本实施例采用4个电动缸，分别支撑舱体的四个角。四只电动缸的承重不小于w吨，两只安装在舱体的前部，两只安装在舱体后部，考虑到载荷分配及留有余量，每只缸分配载荷为w/4吨。调平速度分为高速和低速，一般根据经验值选取。

其次进行传动系统计算，包括滚珠丝杠的效率、驱动力矩、锁紧力矩、最大容许负荷的计算，推杆的强度和稳定性校核，伺服电机的转速、转矩、锁定力矩校核。

最后进行关键结构件缸筒和推杆的刚度和强度分析。

第四步电控装置设计

如图1所示，电控装置4包括控制机柜8及位于所述控制机柜8内的控制箱5、配电箱6和驱动器7。

电控装置4用于实现承载平台的的调平控制，调平过程包括粗调阶段与精调阶段。

粗调阶段，电动缸开始调平动作时，首先通过控制箱读取电动缸回缩到位信号，然后通过控制箱5向驱动器7发出电动缸伸出指令，控制伺服电机高速旋转，带动电动缸3以速度V_hs伸出，运转距离h₁后，转为低速旋转，带动电动缸3以速度V_ls伸出，直至接收到电动缸粗调到位信号。收到信号后，控制电动缸处于零速状态。

精调阶段，确认4个电动缸均收到粗调到位信号后，控制箱5读取倾角传感器2的横滚角和俯仰角数据，确定4个电动缸中位置最高的缸，计算出其余3个电动缸与最高电动缸之间的行程差，并根据行程差计算3个电动缸的速度，最高缸不动，控制箱5发出脉冲控制其余3个电动缸按照计算的速度伸出各自所差的行程，在调平过程中实时采集横滚角和俯仰角以重复上述精调过程，直到调平结束。调平结束后，控制箱5控制关闭电动缸抱闸器，使平台保持调平状态。在精调阶段，记录3个电动缸各自的行程及速度。调平过程中实时检测4个电动缸的极限限位信号，当收到极限限位信号后，表明电动缸已经到达极限保护位置，不允许再继续伸出。

撤收时，控制箱首先控制精调阶段的3个电动缸按照记录的行程及速度回缩至粗调到位状态，然后控制4只电动缸同步低速运行至h1/3距离，转为高速回缩至9h1/10距离，待接近回缩到位开关时，转为低速运行，直至接收到回缩到位信号，之后控制关闭电机抱闸器，完成撤收。

首先进行控制箱5设计，分别进行主控模块、脉冲+方向差分序列输出接口、数字量输入输出接口、继电器输出接口、倾角传感器接口、显示器设计，然后进行驱动器、控制软件、倾角传感器、遥控盒设计，最后完成配电系统和控制机柜设计。

第五步电气互连设计

首先将配电箱6与外供电设备和控制机柜8内的设备分别进行电气互连；其次将电控装置4与电动缸3和倾角传感器2分别进行电气互连，设计电气转接板，转接板上配置穿墙式航空连接器，用于连接电控装置与电动缸、电控装置与倾角传感器的控制信号；最后用电缆9将2个电气转接板的电气信号互连。

可自动调节的野外高精度承载平台迄今为止已经完成了设计、样机生产和系列试验，具有空间环境适应性好、高可靠性、结构基准精度高、使用方便的特点，可实现在3度坡上的自动调平，其平面度达到0.04mm/m²，承载2.5t时平面度不大于3′，承载12吨负载时调平精度不大于±5′，2h内调平精度变化不大于0.2′。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种可自动调节的野外高精度承载平台，其特征在于，所述承载平台包括：

用以承载设备的舱体；

位于所述舱体内，用以安装光学系统的光学平台，所述光学平台上设有检测光学平台方位的检测单元；

用以支撑所述舱体并对所述舱体进行调平的电动缸；以及

用以根据所述检测单元检测的光学平台的方位信息控制所述电动缸对所述舱体进行调平的电控装置。

2.根据权利要求1所述的承载平台，其特征在于，所述检测单元为倾角传感器，检测得到光学平台相对于水平方向的方位信息。

3.根据权利要求1所述的承载平台，其特征在于，所述舱体包括第一舱体和第二舱体，第二舱体的高度高于第一舱体；所述第二舱体顶部设置有开口及与其配合的密封盖。

4.根据权利要求1所述的承载平台，其特征在于，所述舱体采用板片拼装结构；所述板片的内外蒙板均采用防锈铝板，中间填充聚氨脂发泡材料，采用高压灌注发泡工艺制造；所述板片的骨架由钢方管切削加工，采用二氧化碳气体保护焊焊接。

5.根据权利要求4所述的承载平台，其特征在于，所述板片的端面之间焊接有钢质弯角件；所述板片与板片的内拼角处安装有铝质弯角件，外拼角处安装有铝质包角，采用胶接和铆接的方式连接。

6.根据权利要求1所述的承载平台，其特征在于，所述舱体的内壁加装有铝制防火墙，所述铝制防火墙朝向舱体内部的面采用粗糙化处理。

7.根据权利要求2所述的承载平台，其特征在于，所述电控装置包括控制机柜及位于所述控制机柜内的控制箱、配电箱和驱动器；

所述配电箱与外供电设备和控制机柜内的控制箱和驱动器分别进行电气互连；所述电控装置与电动缸和倾角传感器分别进行电气互连。

8.根据权利要求7所述的承载平台，其特征在于，所述电动缸为折返式结构，通过缸筒上的法兰盘与所述舱体连接；所述电动缸推杆端部球铰有支撑板；

所述电动缸采用伺服电机驱动，伺服电机连接减速器增加扭矩输出，通过齿轮副传递扭矩到滚珠丝杠上；

所述电动缸下部设置有回缩到位开关，上部设置有极限限位开关，中部设置有接近开关；分别与所述控制箱信号连接，以给出电动缸回缩到位信号、极限限位信号和粗调到位信号。

9.一种根据权利要求8所述的承载平台进行调平的方法，所述调平包括粗调阶段与精调阶段；

粗调阶段，首先通过控制箱读取电动缸回缩到位信号，然后通过控制箱向驱动器发出电动缸伸出指令，控制伺服电机高速旋转，带动电动缸以速度V_hs伸出，运转距离h₁后，转为低速旋转，带动电动缸以速度V_ls伸出，直至接收到电动缸粗调到位信号；收到信号后，控制电动缸处于零速状态；

精调阶段，确认收到所有电动缸的粗调到位信号后，控制箱读取倾角传感器横滚角和俯仰角数据，确定电动缸中位置最高的，计算出其余电动缸与最高电动缸之间的行程差，并根据行程差计算其余电动缸的速度，最高电动缸不动，控制箱控制其余电动缸按照计算的速度伸出各自所差的行程，在调平过程中实时采集横滚角和俯仰角以重复上述精调过程，直到调平结束；

调平结束后，控制箱控制关闭电动缸抱闸器，使平台保持调平状态。

10.根据权利要求9所述的调平的方法，其特征在于，在精调阶段，记录微调的电动缸各自的行程及速度，调平过程中实时检测所有电动缸的极限限位信号，当收到极限限位信号后，表明电动缸已经到达极限保护位置，不允许再继续伸出；

撤收时，控制箱首先控制微调的电动缸按照记录的行程及速度回缩至粗调到位状态，然后控制所有电动缸同步低速运行至h1/3距离，转为高速回缩至9h1/10距离，待接近回缩到位开关时，转为低速运行，直至接收到回缩到位信号，之后控制关闭电动缸抱闸器，完成撤收。