CN111664329A - 一种集成式光电转塔 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成式光电转塔，包括光电稳定平台、光电载荷、电气分系统和激光器驱动与温控组件；光电稳定平台用于承载光电载荷；电气分系统用于供电以及对光电稳定平台进行伺服控制以及对光电载荷进行图像处理；光电载荷用于满足不同环境下的目标探测功能；激光器驱动与温控组件用于对猫眼探测单元和激光压制单元的激光驱动控制和温度控制。本发明在可见光探测、猫眼探测、激光压制、激光测距等功能单元进行一体化设计，实现结构、功能的复用，从发射接收孔径到后端集中信息处理和对抗实施高度关联，实现多种功能的有机融合，系统集成度高，功能更加齐全，满足日益复杂环境下多种形式目标探测的应用需求。

Description

一种集成式光电转塔

技术领域

本发明涉及光电探测技术领域，具体是一种集成式光电转塔。

背景技术

随着航空技术的快速发展，机载平台的种类也日益丰富，光电转塔就是其中重要的一种。光电转塔是光、机、电、控制和信号处理一体化集成装置，是利用光电探测器件作为敏感元件，利用机电控制保持探测器视轴稳定，从而实现目标搜索、捕获、跟踪和稳定的功能。目前的光电转塔通常配置有电视、红外、激光测距机等各种不同波段和类型的传感器，可搭载于车辆、舰艇、直升机等运载平台，用于侦察、瞄准、导弹制导等军事领域；也可用于搜救、缉私、安全、环境监测、森林防火等非军事领域。

现有的光电转塔存在以下几个缺点：1、一般搭载是电视、红外、激光测距机等传感器，而对于威胁程度比较大的狙击设备的探测能力很弱；2、集成度比较低，导致整个光电系统的体积庞大，机动性差；3、可维修性差，尤其是在光电载荷拆除后会破坏原有的探测精度，设备恢复难度大。

发明内容

本发明针对所要解决的技术问题，提供一种多功能、集成度高、结构紧凑且具有良好可维修性的集成式光电转塔。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种集成式光电转塔，包括光电稳定平台、光电载荷以及内置于所述光电稳定平台的电气分系统和激光器驱动与温控组件；其中，

光电稳定平台，用于承载所述光电载荷，包括相互固连的方位轴系和俯仰轴系，所述方位轴系包括可旋转的中心轴，所述俯仰轴系包括可旋转且对称设置于所述光电载荷两侧的回转轴；

电气分系统，用于供电以及对所述光电稳定平台进行伺服控制和对所述光电载荷进行图像处理，包括固定安装在所述方位轴系内部的供电单元以及内嵌于在所述俯仰轴系一侧耳的伺服跟踪消旋单元；

光电载荷，用于满足不同环境下的目标探测功能，通过所述回转轴转动连接于所述光电稳定平台中部，包括壳体以及内置于所述壳体且相互电连接的猫眼探测单元、激光压制单元、综合处理单元；

激光器驱动与温控组件，用于实现对所述猫眼探测单元和激光压制单元的激光驱动控制和温度控制，内嵌于所述俯仰轴系的另一侧耳。

进一步的，所述光电转塔还包括用于实时监测所述光电转塔姿态的陀螺组件，所述陀螺组件包括彼此独立安装的单轴陀螺和双轴陀螺，所述单轴陀螺固定安装在所述俯仰轴系的侧耳内部并与所述伺服跟踪消旋单元处于相同一侧，所述双轴陀螺固定安装在所述壳体的内部。

进一步的，所述光电转塔还包括用于连接所述光电载荷和光电稳定平台的快拆接口，所述快拆接口包括相互对接配合的第一接口件和第二接口件，所述第一接口件固定连接所述俯仰轴系的回转轴，所述第二接口件固定安装在所述壳体的外侧壁上。

进一步的，所述第一接口件上开设有第一V型槽，所述第二接口件上开设有第二V型槽，所述第一V型槽和第二V型槽相互对位配合。

进一步的，所述光电载荷还包括内置于所述壳体且相互电连接的中波红外单元、可见光单元、激光测距单元。

进一步的，所述中波红外单元、可见光单元、激光测距单元、猫眼探测单元以及激光压制单元均朝向相同一侧。

进一步的，所述方位轴系的旋转范围为0°～360°，所述回转轴的转动范围为-120°～+120°。

进一步的，所述俯仰轴系整体呈U型结构。

进一步的，所述中波红外单元的工作波段为3～5μm。

与现有技术相比，本发明的有益之处是：

一、本发明提供的集成式光电转塔采用紧凑、模块化结构设计，除了常规的可见、红外光学系统和激光测距机外，还搭载了猫眼探测单元、激光压制单元和综合处理单元。在可见光探测、红外探测、猫眼探测、激光压制、激光测距等功能单元进行一体化设计，实现结构、功能的复用，从发射接收孔径到后端集中信息处理和对抗实施高度关联，实现多种功能的有机融合，系统集成度高，功能更加齐全，满足日益复杂环境下多种形式目标探测的应用需求。

二、本发明提供的集成式光电转塔对于光电稳定平台和光电载荷进行了结构和布局上的优化，实现结构紧凑，在很大程度上减小了整个转塔的体积和重量，提高了其机动性。

三、本发明提供的集成式光电转塔设计了专门的快拆接口，能够保证光电载荷与光电稳定平台具有较高的定位精度和复位精度，可以实现光电载荷的快速拆除和安装。

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示出的结构获得其他的附图。

下面结合附图对本发明进一步说明：

图1是本发明所述一种集成式光电转塔的结构示意图；

图2是所述光电稳定平台的结构示意图；

图3是所述光电稳定平台的一侧耳的内部结构图；

图4是所述光电稳定平台的另一侧耳的内部结构图；

图5是所述光电载荷的结构示意图；

1、光电稳定平台；2、电气分系统；3、激光器驱动与温控组件；4、快拆接口；5、光电载荷；6、单轴陀螺；7、双轴陀螺；11、方位轴系；12、俯仰轴系；21、供电单元；22、伺服跟踪消旋单元；41、第一接口件；42、第二接口件；51、壳体；52、中波红外单元；53、可见光单元；54、激光测距单元；55、猫眼探测单元；56、激光压制单元；57、综合处理单元。

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的一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如附图1所示的一种集成式光电转塔，主要包括光电稳定平台1、电气分系统2、激光器驱动与温控组件3、快拆接口4、光电载荷5以及陀螺组件，其中，电气分系统2和激光器驱动与温控组件3内置于光电稳定平台1；本实施例对光电稳定平台1和光电载荷5进行了结构和布局上的优化，在很大程度上减小了整个光电转塔的体积和重量，提高了其机动性。

更具体的，所述光电稳定平台1用于承载所述光电载荷5，能够完成周扫和跟踪等动作，具有较高的测角精度，其主要包括通过螺钉相互固连的方位轴系11和俯仰轴系12，所述方位轴系11包括可旋转的中心轴，所述俯仰轴系12包括可旋转且对称设置于所述光电载荷5两侧的回转轴，两根回转轴同轴，可绕其中心线转动。为了方便探测，所述方位轴系11的旋转范围为0°～360°，实现水平方向全方位无死角探测；所述回转轴的转动范围为-120°～+120°，实现竖直方向大角度探测。

作为优选，所述俯仰轴系12作为光电稳定平台1一部分采用U型结构，通过合理的结构设计，使得光电稳定平台1具有良好的强度、刚度和稳定性，从而保证了其具有足够的测角精度和很高的谐振频率。此外，光电稳定平台1采用了迷宫式密封结构，从而有效地提高了防水和电磁密封的能力。

更具体的，所述电气分系统2用于供电以及对所述光电稳定平台1进行伺服控制以及对所述光电载荷5进行图像处理，包括用于为所有元器件供电的供电单元21和伺服跟踪消旋单元22，其中供电单元21固定安装在所述方位轴系11内部且不随中心轴转动；伺服跟踪消旋单元22固定安装在所述俯仰轴系12一侧耳内部，用于控制光电稳定平台1完成了匀速扫描和稳定跟踪的动作，且在匀速扫描过程中，能够实现多档转速切换，此外，所述伺服跟踪消旋单元22可以接收陀螺组件的信号，实现稳像功能，从而隔离车体振动，使得本实施例在行车状态下获取清晰稳定的环境视频，能方便快捷瞄准目标，具有“动中观”的能力；所述伺服跟踪消旋单元22还可以对光电载荷5的图像信号进行处理，确定脱靶量信息，用于控制光电稳定平台1实现稳定跟踪。

更具体的，所述光电载荷5集成了多种形式的光电功能单元，包括壳体51以及内置于所述壳体51且相互电连接的中波红外单元52、可见光单元53、激光测距单元54、猫眼探测单元55、激光压制单元56、综合处理单元57，能够满足不同环境下的目标探测功能。

更具体的，所述激光器驱动与温控组件3，固定安装在所述俯仰轴系12另一侧耳内部，用于实现对所述猫眼探测单元55和激光压制单元56的激光驱动控制和温度控制，可实现多路LD驱动及多路TEC驱动。

作为优选，所述中波红外单元52、可见光单元53、激光测距单元54、猫眼探测单元55以及激光压制单元56均朝向相同一侧，实现多功能单元的同时应用。其中，中波红外单元52的工作波段为3～5μm，具有连续变焦功能，引入了回扫补偿技术，可在扫描搜索和凝视成像两种模式下自由切换；所述可见光单元53同样具备连续变焦功能，采用宽谱高分辨高灵敏探测器进行高精度目标探测，满足全天时、低能见度、低照度下的作战需求；所述激光测距单元54能够提供被观测目标的距离信息，一方面补全了目标空间定位的信息，另一方面用于实现中波红外单元52和可见光单元53的自动调焦；所述猫眼探测单元55用于反狙击手探测，基于光学系统猫眼原理，采用激光主动探测技术对敌方狙击手光学瞄准镜进行探测；所述激光压制单元56用于光电拒止，采用多波段激光对人眼进行眩目，对可见光、近红外、微光瞄准镜进行压制干扰，激光频段频段涵盖可见光到近红外波段。

作为优选，所述可见光单元53、猫眼探测单元55采用可重构集成设计，复用高灵敏大靶面CCD探测器，并动态调整成像光学系统，实现可见光探测、反狙击手探测的分时复用；所述猫眼探测单元55、激光压制单元56共用大功率激光器，通过光路切换调整实现光电拒止、反狙击手探测对激光发射的实时共用。

作为优选，所述综合处理单元57用于威胁目标图像、测距、猫眼探测信息的实时采集、处理、测量等功能，实现对设备状态的实时监控，工作流程控制、探测单元工作状态管理、通讯控制、信号同步等，实时反馈目标探测信息等，并完成与上级系统的信息交联。通过一体化集成设计，将探测单元的电源管理、通信控制和信号处理进行共电路集成设计，采用DSP+FPGA处理架构，配合高性能处理器及电源管理控制器件，实现输入电源供电控制管理与状态监测、设备自检与工作流程控制、载荷工作状态管理与通讯控制、可见光图像处理、红外图像处理、猫眼探测信号处理和激光测距数据解算等功能。

本实施例在可见光探测、猫眼探测、激光压制、激光测距等功能单元进行一体化设计，实现结构、功能的复用，从发射接收孔径到后端集中信息处理和对抗实施高度关联，实现多种功能的有机融合。

更具体的，所述陀螺组件用于实时监测所述本实施例的姿态，将本实施例的方位角、俯仰角和横滚角变化情况反馈给伺服跟踪消旋单元22，能够实现稳像功能和图像消旋，其主要包括彼此独立安装的单轴陀螺6和双轴陀螺7，所述单轴陀螺6固定安装在所述俯仰轴系12的侧耳内部并与所述伺服跟踪消旋单元22处于相同一侧，两侧耳均是具有外壳的空腔结构，所述双轴陀螺7固定安装在所述光电载荷5舱内，具体为壳体51的内部，结构紧凑。

更具体的，所述快拆接口4用于连接所述光电载荷5和光电稳定平台1，实现光电载荷5和光电稳定平台1的快速拆装，其包括相互对接配合的第一接口件41和第二接口件42，其数量均为两个，两个所述第一接口件41分别固定连接所述俯仰轴系12两侧壁的回转轴端部，两个所述第二接口件42分别对称固定安装在所述壳体51靠近俯仰轴系12的外侧壁上。为了方便安装，所述第一接口件41上开设有高定位精度的第一V型槽，所述第二接口件42上开设有高定位精度的第二V型槽，所述第一V型槽和第二V型槽相互对位配合，能够保证光电载荷5与光电稳定平台1具有正确的相对位置关系，从而保证本实施例的测量精度。

本实施例的快拆接口4保证了光电载荷5与光电稳定平台1具有较高的定位精度和复位精度，可以实现光电载荷5的快速拆除和安装。此外，本实施例根据转塔功能组成和结构组成，模块划分合理，形成转塔、功能单元组合各层次的功能模块体系，使每个功能单元结构上独立、关联小、可测试、装拆方便。

本实施例所述集成式光电转塔的具体使用过程是：

首先，将本实施例的光电转塔搭载于车辆上。在实际应用时，所述光电稳定平台1完成周扫和跟踪等动作；所述电气分系统2完成供电、对光电稳定平台1进行伺服控制和对光电载荷5进行图像处理；所述激光器驱动与温控组件3完成猫眼探测单元55和激光压制单元56的激光器驱动控制和温度控制，当需要拆装时，通过所述快拆接口4完成光电稳定平台1与光电载荷5的连接以及快速拆装；所述陀螺组件完成实时监测光电转塔的姿态变化，并将光电转塔的方位角、俯仰角和横滚角变化情况反馈给伺服跟踪消旋单元22，能够实现稳像功能和图像消旋；所述中波红外单元52完成对目标的扫描搜索和凝视成像，所述可见光单元53采用宽谱高分辨高灵敏探测器进行高精度目标探测；所述激光测距单元54提供被观测目标的距离信息；所述猫眼探测单元55采用激光主动探测技术完成对敌方狙击手光学瞄准镜进行探测；所述激光压制单元56采用多波段激光完成对人眼进行眩目，对可见光、近红外、微光瞄准镜进行压制干扰；所述综合处理单元57完成威胁目标图像、测距、猫眼探测信息的实时采集、处理、测量等功能，实现对设备状态的实时监控，工作流程控制、探测单元工作状态管理、通讯控制、信号同步等，实现多种功能的有机融合，系统集成度高，功能更加齐全，满足日益复杂环境下多种形式目标探测的应用需求。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种集成式光电转塔，其特征在于：包括光电稳定平台(1)、光电载荷(5)以及内置于所述光电稳定平台(1)的电气分系统(2)和激光器驱动与温控组件(3)；其中，

光电稳定平台(1)，用于承载所述光电载荷(5)，包括相互固连的方位轴系(11)和俯仰轴系(12)，所述方位轴系(11)包括可旋转的中心轴，所述俯仰轴系(12)包括可旋转且对称设置于所述光电载荷(5)两侧的回转轴；

电气分系统(2)，用于供电以及对所述光电稳定平台(1)进行伺服控制和对所述光电载荷(5)进行图像处理，包括固定安装在所述方位轴系(11)内部的供电单元(21)以及内嵌于在所述俯仰轴系(12)一侧耳的伺服跟踪消旋单元(22)；

光电载荷(5)，用于满足不同环境下的目标探测功能，通过所述回转轴转动连接于所述光电稳定平台(1)中部，包括壳体(51)以及内置于所述壳体(51)且相互电连接的猫眼探测单元(55)、激光压制单元(56)、综合处理单元(57)；

激光器驱动与温控组件(3)，用于实现对所述猫眼探测单元(55)和激光压制单元(56)的激光驱动控制和温度控制，内嵌于所述俯仰轴系(12)的另一侧耳。

2.根据权利要求1所述的一种集成式光电转塔，其特征在于：还包括用于实时监测所述光电转塔姿态的陀螺组件，所述陀螺组件包括彼此独立安装的单轴陀螺(6)和双轴陀螺(7)，所述单轴陀螺(6)固定安装在所述俯仰轴系(12)的侧耳内部并与所述伺服跟踪消旋单元(22)处于相同一侧，所述双轴陀螺(7)固定安装在所述壳体(51)的内部。

3.根据权利要求1所述的一种集成式光电转塔，其特征在于：还包括用于连接所述光电载荷(5)和光电稳定平台(1)的快拆接口(4)，所述快拆接口(4)包括相互对接配合的第一接口件(41)和第二接口件(42)，所述第一接口件(41)固定连接所述俯仰轴系(12)的回转轴，所述第二接口件(42)固定安装在所述壳体(51)的外侧壁上。

4.根据权利要求3所述的一种集成式光电转塔，其特征在于：所述第一接口件(41)上开设有第一V型槽，所述第二接口件(42)上开设有第二V型槽，所述第一V型槽和第二V型槽相互对位配合。

5.根据权利要求1所述的一种集成式光电转塔，其特征在于：所述光电载荷(5)还包括内置于所述壳体(51)且相互电连接的中波红外单元(52)、可见光单元(53)、激光测距单元(54)。

6.根据权利要求5所述的一种集成式光电转塔，其特征在于：所述中波红外单元(52)、可见光单元(53)、激光测距单元(54)、猫眼探测单元(55)以及激光压制单元(56)均朝向相同一侧。

7.根据权利要求1所述的一种集成式光电转塔，其特征在于：所述方位轴系(11)的旋转范围为0°～360°，所述回转轴的转动范围为-120°～+120°。

8.根据权利要求1至7任一项所述的一种集成式光电转塔，其特征在于：所述俯仰轴系(12)整体呈U型结构。

9.根据权利要求6所述的一种集成式光电转塔，其特征在于：所述中波红外单元(52)的工作波段为3～5μm。

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