CN110515200A - 一种复合轴单反式机载激光通信跟瞄装置 - Google Patents

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白杨杨
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Abstract

一种复合轴单反式机载激光通信跟瞄装置，属于激光通信技术领域，为了解决现有机载激光通信技术存在跟踪精度较低，难以满足小视场、长距离通信的问题，该激光通信装置主要由三个大部分组成，包括缩束系统、外方位从动系统和内部二维跟瞄系统，缩束系统和内部二维跟瞄系统均在外方位从动系统内部，缩束系统与外方位从动系统的固定端连接，不产生运动；内部二维跟瞄系统与外方位从动系统的旋转端连接，进行旋转运动。该装置将两组串联的方位结构与单反式跟瞄结构复合，构成一个用于机载激光通信跟瞄的装置，降低了机载环境下不规则风扰对跟踪精度的影响，满足二维跟瞄能力，实现了空对地及空对空的激光通信，可应用于机载环境下的光链路高效对接。

Description

一种复合轴单反式机载激光通信跟瞄装置
技术领域
本发明涉及一种复合轴单反式机载激光通信跟瞄装置，用于机载对地或对空通信，属于激光通信技术领域。
背景技术
激光通信经过近几十年的发展，逐步实现了不同空间的通信，速率也由Mbit/s量级发展到目前的Gbit/s量级，通信系统对数据传输的要求不断提高，相比于传统的射频通信，空间激光通信逐渐显露其技术优势，研究意义巨大。
在所有激光通信链路中，机载激光通信平台具有机动性强、振动强烈等特点，但受到通信光疏散角小的限制，因此对机载平台的指向及跟踪精度提出了更高的要求。
针对机载稳定平台技术，有很多机构也开展了相关研究，例如十字跟踪架结构的方案、周扫结构的方案、两轴四框架结构的方案，上述方案在一定程度上具备了实现机载通信的功能，但是也都存在缺点，其中对于十字跟踪架结构的方案，由于机载环境风扰较大且不规则，风扰力矩对方位及俯仰电机影响导致跟踪精度较低，难以满足小视场、长距离的激光通信；两周四框架结构方案内框架结构限制其通光口径大小，并且结构复杂、转台体积质量大、谐振频率低。
发明内容
本发明为了解决现有机载激光通信技术存在跟踪精度较低，难以满足小视场、长距离通信的问题，提出一种复合轴单反式机载激光通信跟瞄装置。
一种复合轴单反式机载激光通信跟瞄装置，其特征是，该激光通信装置主要由三个大部分组成，包括缩束系统、外方位从动系统和内部二维跟瞄系统，缩束系统和内部二维跟瞄系统均在外方位从动系统内部，缩束系统与外方位从动系统的固定端连接，不产生运动；内部二维跟瞄系统与外方位从动系统的旋转端连接，进行旋转运动。
所述缩束系统包括：主镜、三镜、主镜支撑、次镜、次镜支架、遮光罩；次镜通过次镜支架与主镜背部的主镜支撑连接，三镜与主镜支撑连接，遮光罩与主镜支撑连接，缩束系统构成一个整体；缩束系统的焦点位于主镜与次镜之间，光线经过抛物面的主镜后反射到双曲面的次镜，再由次镜汇聚，经过三镜后平行出射。
所述外方位从动系统主要包括：基座、外方位电机、外方位轴承、动密封、齿轮、光电编码器、外方位轴、外框架和玻璃窗口；基座固定在机身；外方位轴承外圈与基座配合，内圈与外方位轴配合；外方位电机与基座连接，外方位电机将力矩传递给齿轮，齿轮与外方位轴连接，外方位轴经过外方位电机驱动，再经过齿轮传动后进行大范围低速转动，光电编码器与基座连接，对外方位轴的旋转角度进行测量，将角度信息传递给外方位电机；基座与外方位轴相对转动，在二者之间为动密封；外方位轴与外框架连接，外方位轴转动时带动外框架一起转动；玻璃窗口固定在外框架上，随着外框架转动。
所述内部二维跟瞄系统主要包括：俯仰轴系、旋转音圈电机、反射镜、内俯仰框架、内方位轴、内方位电机、内方位轴承和内方位编码器；其中旋转音圈电机由旋转音圈电机磁钢和旋转音圈电机线圈组成；内方位电机由内方位电机定子和内方位电机动子组成；内部二维跟瞄系统固定在外方位从动系统内部，旋转音圈电机的磁钢和反射镜分别居于俯仰轴上下两侧，旋转音圈电机线圈与内方位轴连接，通电后旋转音圈电机磁钢带动反射镜实现俯仰方向的转动，内俯仰框架与内方位轴连接，内方位轴与内方位轴承和内方位电机动子连接，在通电时，内方位电机定子和内方位电机动子发生相对转动；光电编码器安装在内方位轴底端，对内方位轴的旋转角度进行测量；所述内部二维跟瞄系统的俯仰轴系与内方位轴之间夹角为90°且正交，反射镜沿着两个轴线进行小范围的旋转。
本发明的有益效果：本发明将两组串联的方位结构与单反式跟瞄结构复合，构成一个用于机载激光通信跟瞄的装置，降低了机载环境下不规则风扰对跟踪精度的影响，满足二维跟瞄能力，实现了空对地及空对空的激光通信。该装置具有结构简单、抗风扰能力强、带宽高、集成度高等优点。可应用于机载环境下的光链路高效对接，满足未来激光通信的发展需求。
附图说明
附图1为本发明一种复合轴单反式机载激光通信跟瞄装置结构示意图，此图也是说明书摘要附图。
其中：1为缩束系统、2为外方位从动系统、3为内部二维跟瞄系统、1-1为主镜、1-2为三镜、1-3为主镜支撑、1-4为次镜、1-5为次镜支架、1-6为遮光罩、2-1为舱体基座、2-2为外方位电机、2-3为外方位轴承、2-4为动密封、2-5为齿轮、2-6为光电编码器、2-7外方位轴、2-8为外框架、2-9为玻璃窗口、3-1为俯仰轴系、3-2为旋转音圈电机、3-2-1为旋转音圈电机磁钢、3-2-2为旋转音圈电机线圈、3-3为反射镜、3-4为俯仰框架、3-5为内方位轴、3-6为内方位电机、3-6-1为内方位电机定子、3-6-2为内方位电机动子、3-7为内方位轴承、3-8为内方位编码器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，一种复合轴单反式机载激光通信跟瞄装置，该激光通信装置主要由三个大部分组成，包括缩束系统1、外方位从动系统2和内部二维跟瞄系统3。缩束系统1和内部二维跟瞄系统3均在外方位从动系统2内部，缩束系统1与外方位从动系统2的固定端连接，不产生运动；内部二维跟瞄系统3与外方位从动系统2的旋转端连接，可进行旋转运动。
所述缩束系统1包括：主镜1-1、三镜1-2、主镜支撑1-3、次镜1-4、次镜支架1-5、遮光罩1-6；次镜1-4通过次镜支架1-5与主镜1-1背部的主镜支撑1-3连接，三镜1-2与主镜支撑1-3连接，遮光罩1-6与主镜支撑1-3连接，缩束系统1构成一个整体；缩束系统1的焦点位于主镜1-1与次镜1-4之间，光线经过抛物面的主镜1-1后反射到双曲面的次镜1-4，再由次镜1-4汇聚，经过三镜1-2后平行出射。
所述外方位从动系统2包括：基座2-1、外方位电机2-2、外方位轴承2-3、动密封2-4、齿轮2-5、光电编码器2-6、外方位轴2-7、外框架2-8和玻璃窗口2-9；基座2-1固定在机身；外方位轴承2-3外圈与基座2-1配合，内圈与外方位轴2-7配合；外方位电机2-2与基座2-1连接，外方位电机2-2将力矩传递给齿轮2-5，齿轮2-5与外方位轴2-7连接，外方位轴2-7经过外方位电机2-2驱动，再经过齿轮2-5传动后进行大范围低速转动，光电编码器2-6与基座2-1连接，对外方位轴2-7的旋转角度进行测量，将角度信息传递给外方位电机2-2；基座2-1与外方位轴2-7相对转动，在二者之间为动密封2-4，防止气流对内部二维跟瞄系统3运动产生影响，同时对于内部的温控也起到隔离作用；外方位轴2-7与外框架2-8连接，外方位轴2-7转动时带动外框架2-8一起转动；玻璃窗口2-9固定在外框架2-8上，随着外框架2-8转动。
所述内部二维跟瞄系统3包括：俯仰轴系3-1、旋转音圈电机3-2、反射镜3-3、内俯仰框架3-4、内方位轴3-5、内方位电机3-6、内方位轴承3-7和内方位编码器3-8；其中旋转音圈电机3-2由旋转音圈电机磁钢3-2-1、旋转音圈电机线圈3-2-2组成，两者不接触，且在通电时发生相对转动；内方位电机3-6由内方位电机定子3-6-1、内方位电机动子3-6-2组成，两者不接触，在通电时发生相对转动；内部二维跟瞄系统3固定在外方位从动系统2内部，旋转音圈电机的磁钢3-2-1和反射镜3-3分别居于俯仰轴上下3-1两侧，旋转音圈电机线圈3-2-2与内方位轴3-5连接，通电后旋转音圈电机磁钢3-2-1带动反射镜3-3实现俯仰方向的转动，内俯仰框架3-4与内方位轴2-5连接，内方位轴3-5与内方位轴承3-7和内方位电机动子3-6-2连接；光电编码器3-8安装在内方位轴3-5底端，对内方位轴3-5的旋转角度进行测量；所述内部二维跟瞄系统3的俯仰轴系3-1与内方位轴3-5之间夹角为90°且正交，反射镜3-3沿着两个轴线进行小范围的旋转。
一种复合轴单反式机载激光通信跟瞄装置的工作具体如下：
在该装置进行激光通信时，地面或空中目标将加载信息的光线发射到此飞机跟瞄装置处，2-1固定在飞机底部，外框架2-8在外方位电机2-2的驱动下，经由齿轮2-5减速，完成绕外方位轴承2-3的旋转运动；光电编码器将2-6将外方位轴2-7的旋转角度进行反馈，玻璃窗口2-9经过旋转对准地面或空中通信目标，进行位置的粗指向；粗指向后，光线经由玻璃窗口2-9，透射进入到反射镜3-3；反射镜3-3方位方向上经过内部方位电机3-6的驱动，实现绕内方位轴承3-7的旋转，内方位编码器3-8对旋转角度进行测量；反射镜3-3俯仰方向上经过旋转音圈电机3-2驱动，实现绕俯仰轴系3-1的旋转；反射镜3-3进行方位、俯仰方向上小范围的扫描捕获；在捕获过程中，光线经过反射镜3-3反射到主镜1-1后进行汇聚，再经过次镜1-4，以及三镜1-2完成缩束，平行射出，进入到后续子光路；装置作为发射端时则与此路径相反。

Claims (4)

1.一种复合轴单反式机载激光通信跟瞄装置，其特征是，该激光通信装置主要由三个大部分组成，包括缩束系统(1)、外方位从动系统(2)、内部二维跟瞄系统(3)，缩束系统(1)和内部二维跟瞄系统(3)均在外方位从动系统(2)内部，缩束系统(1)与外方位从动系统(2)的固定端连接，不产生运动；内部二维跟瞄系统(3)与外方位从动系统(2)的旋转端连接，进行旋转运动。
2.根据权利要求1所述的一种复合轴单反式机载激光通信跟瞄装置，其特征在于，所述缩束系统(1)包括：主镜(1-1)、三镜(1-2)、主镜支撑(1-3)、次镜(1-4)、次镜支架(1-5)、遮光罩(1-6)；次镜(1-4)通过次镜支架(1-5)与主镜(1-1)背部的主镜支撑(1-3)连接，三镜(1-2)与主镜支撑(1-3)连接，遮光罩(1-6)与主镜支撑(1-3)连接，缩束系统(1)构成一个整体；缩束系统(1)的焦点位于主镜(1-1)与次镜(1-4)之间，光线经过抛物面的主镜(1-1)后反射到双曲面的次镜(1-4)，再由次镜(1-4)汇聚，经过三镜(1-2)后平行出射。
3.根据权利要求1所述的一种复合轴单反式机载激光通信跟瞄装置，其特征在于，所述外方位从动系统(2)包括：基座(2-1)、外方位电机(2-2)、外方位轴承(2-3)、动密封(2-4)、齿轮(2-5)、光电编码器(2-6)、外方位轴(2-7)、外框架(2-8)和玻璃窗口(2-9)；基座(2-1)固定在机身；外方位轴承(2-3)外圈与基座(2-1)配合，内圈与外方位轴(2-7)配合；外方位电机(2-2)与基座(2-1)连接，外方位电机(2-2)将力矩传递给齿轮(2-5)，齿轮(2-5)与外方位轴(2-7)连接，外方位轴(2-7)经过外方位电机(2-2)驱动，再经过齿轮(2-5)传动后进行大范围低速转动，光电编码器(2-6)与基座(2-1)连接，对外方位轴(2-7)的旋转角度进行测量，将角度信息传递给外方位电机(2-2)；基座(2-1)与外方位轴(2-7)相对转动，在二者之间为动密封(2-4)；外方位轴(2-7)与外框架(2-8)连接，外方位轴(2-7)转动时带动外框架(2-8)一起转动；玻璃窗口(2-9)固定在外框架(2-8)上，随着外框架(2-8)转动。
4.根据权利要求1所述的一种复合轴单反式机载激光通信跟瞄装置，其特征在于，所述内部二维跟瞄系统(3)包括：俯仰轴系(3-1)、旋转音圈电机(3-2)、反射镜(3-3)、内俯仰框架(3-4)、内方位轴(3-5)、内方位电机(3-6)、内方位轴承(3-7)和内方位编码器(3-8)；其中旋转音圈电机(3-2)由旋转音圈电机磁钢(3-2-1)和旋转音圈电机线圈(3-2-2)组成；内方位电机(3-6)由内方位电机定子(3-6-1)和内方位电机动子(3-6-2)组成；内部二维跟瞄系统(3)固定在外方位从动系统(2)内部，旋转音圈电机的磁钢(3-2-1)和反射镜(3-3)分别居于俯仰轴上下(3-1)两侧，旋转音圈电机线圈(3-2-2)与内方位轴(3-5)连接，通电后旋转音圈电机磁钢(3-2-1)带动反射镜(3-3)实现俯仰方向的转动，内俯仰框架(3-4)与内方位轴(2-5)连接，内方位轴(3-5)与内方位轴承(3-7)和内方位电机动子(3-6-2)连接，在通电时，内方位电机定子(3-6-1)和内方位电机动子(3-6-2)发生相对转动；光电编码器(3-8)安装在内方位轴(3-5)底端，对内方位轴(3-5)的旋转角度进行测量；所述内部二维跟瞄系统(3)的俯仰轴系(3-1)与内方位轴(3-5)之间夹角为90°且正交，反射镜(3-3)沿着两个轴线进行小范围的旋转。
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