CN114966889B - 一种机载稳定平台稳定精度检测装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种稳定平台的测试技术，具体涉及一种机载稳定平台稳定精度检测装置及其测试方法。解决了现有机载稳定平台稳定精度检测方法无法准确、客观、快速的测量指向稳定精度的技术问题。本发明装置包括二维旋转调整平台、第一平面反射镜、多自由度摇摆台、第二平面反射镜、双坐标自准直仪、计算机以及三个独立的隔震平台；二维旋转调整平台设置在稳定平台底部；第一平面反射镜设置在二维旋转调整平台底部；多自由度摇摆台与稳定平台固定连接；计算机与双坐标自准直仪电连接；双坐标自准直仪发出的自准直光依次经过第二平面反射镜和第一平面反射镜后，从第二平面反射镜返回至双坐标自准直仪，得到指向偏差X值和Y值。

Description

一种机载稳定平台稳定精度检测装置及其测试方法

技术领域

本发明涉及一种稳定平台的测试技术，具体涉及一种机载稳定平台稳定精度检测装置及其测试方法。

背景技术

稳定平台是在移动载体条件下，通过多轴运动补偿载体运动所造成的光轴扰动，从而保持其指向惯性稳定的装置，最终对其所搭载的探测成像设备光轴保持指向稳定。而机载稳定平台更具特殊性，其光轴指向一般为竖直向下或斜向下，其指标测试更为困难。稳定平台的动态精度性能由稳定精度指标来衡量。因此产品出厂前对稳定精度指标的检测至关重要。

由于机载类光学稳定平台(或称为机载吊舱)光轴指向一般为竖直向下或斜向下，目前的检测手段主要是使用多自由度摇摆台对产品增加扰动，利用产品上安装的陀螺仪、编码器、加速度计等惯性传感器反向计算各轴偏转角度来计算稳定精度。或者使用各轴的定位精度来间接表征稳定精度。此类方法都不能准确、客观、快速的测量指向稳定精度这一指标，只能在产品装调过程中给予一定的参考，不具备产品最终检验检定的能力。

目前还有一种针对光轴方向为水平方向的二维稳定平台指向精度的测试装置，该装置无法测试光轴指向非水平方向的稳定平台，仅适用于舰载、车载系统，无法满足机载稳定平台的测试需求。且其还需要额外的重力仪、水平仪等外加装置对测试系统调整校准，不利于检测工作的快速开展与上级计量部门的计量检定，因此不适合具有检测资质的机构进行使用。其装置也无法得到稳定平台实际指向误差，仅能分次得到各轴的误差分量。

发明内容

本发明的目的是解决现有机载稳定平台稳定精度检测方法无法准确、客观、快速的测量指向稳定精度的技术问题，而提供一种机载稳定平台稳定精度检测装置及其测试方法。本发明提供了一种基于多自由度摇摆台、自准直仪的检测平台，适用于机载稳定平台，能客观、准确、快速的检测稳定平台稳定精度这一指标。

本发明的技术解决方案是：

一种机载稳定平台稳定精度检测装置，其特殊之处在于：包括二维旋转调整平台、第一平面反射镜、多自由度摇摆台、第二平面反射镜、双坐标自准直仪、计算机以及三个独立的隔震平台；

所述二维旋转调整平台设置在稳定平台底部；

所述第一平面反射镜设置在二维旋转调整平台底部，第一平面反射镜的法线分别与稳定平台的俯仰轴、横滚轴正交；

所述多自由度摇摆台与稳定平台固定连接，稳定平台位于多自由度摇摆台上方；

所述多自由度摇摆台包括摇摆结构、分别设置在摇摆结构上下端的载物台和底座；所述载物台上设置有用于第一平面反射镜反射光线通过的中空结构；所述底座设置为中空结构；所述第二平面反射镜位于中空结构处；

所述多自由度摇摆台、双坐标自准直仪和第二平面反射镜分别设置在三个独立的隔震平台上；

所述计算机与双坐标自准直仪电连接，用于采集双坐标自准直仪传输的数据，计算稳定精度θ并实时显示；

所述第二平面反射镜和第一平面反射镜位于双坐标自准直仪的测试光路上，双坐标自准直仪发出的自准直光依次经过第二平面反射镜和第一平面反射镜反射后，再经第二平面反射镜返回至双坐标自准直仪，通过双坐标自准直仪测量得到稳定平台的实时指向偏差X值和Y值。

进一步地，还包括用于安装第二平面反射镜的调整支座；所述调整支座设置在对应的隔震平台上；所述调整支座上端设置有可调整夹角的安装面，使得第二平面反射镜的法线方向与铅垂方向夹角为45°。

进一步地，还包括工装；所述工装用于将稳定平台与多自由度摇摆台的载物台固定连接，使稳定平台安装在载物台上方。

同时，本发明还提供了一种上述的机载稳定平台稳定精度检测装置的测试方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

步骤1、打开双坐标自准直仪及其控制计算机，粗调二维旋转调整平台，使双坐标自准直仪能够接收到从双坐标自准直仪发出并依次经过第二平面反射镜、第一平面反射镜后原路反射回的自准直光；

步骤2、手动推动横滚轴，同时调整二维旋转调整平台的俯仰方向，使横滚轴转动变化量小于10″；手动推动俯仰轴，同时调整二维旋转调整平台的横滚方向，使俯仰轴转动变化量小于10″；采用双坐标自准直仪测得自准直像；

步骤3、调整双坐标自准直仪，使自准直像位于其靶面中心，将双坐标自准直仪的当前值清零，双坐标自准直仪当前位置即为被测稳定平台光轴指向的零位基准；

步骤4、打开多自由度摇摆台与被测稳定平台，使多自由度摇摆台按照测试需要进行横滚和俯仰两个方向的摇摆，双坐标自准直仪测量得到稳定平台实时的指向偏差X值和Y值；

步骤5、双坐标自准直仪将测得的X、Y变化量传输给计算机进行计算处理得到稳定精度θ，并实时显示。

进一步地，步骤5中，所述稳定精度θ的计算方法为：

E为被测稳定平台俯仰方向的稳定误差，即为X值；

A为被测稳定平台横滚方向的稳定误差，即为Y值。

本发明的有益效果：

1、本发明机载稳定平台稳定精度检测装置，结构简单，操作容易，得到的测试结果稳定可靠，重复性高。

2、本发明机载稳定平台稳定精度检测装置，能够对机载稳定平台(光轴方向竖直向下)稳定精度进行直接、定量的测量，客观、快速的反应被测产品的指向稳定精度。

3、本发明机载稳定平台稳定精度检测装置，可通过计算机实时显示被测产品的指向偏差，便于最终检测与过程调试。

4、本发明机载稳定平台稳定精度检测装置的测试方法简单快捷、准确高效，只需将被测产品通过专用工装固联在摇摆平台台面上，再在被测产品载物架上安装平面反射镜即可进行检测，无需在被测产品上安装多余传感设备。

5、本发明机载稳定平台稳定精度检测装置中的多自由度摇摆台、双坐标自准直仪、光路折转平面反射镜各自位于独立的隔震地基上，能有效减少多自由度摇摆台工作时对测试系统引入的振动误差。

6、本发明机载稳定平台稳定精度检测装置的测试方法，分别对第一平面反射镜的俯仰方向和横滚方向的安装误差进行消除，使测量结果准确可靠。

7、本发明机载稳定平台稳定精度检测装置中，唯一具有计量特性的部件仅为双坐标自准直仪，检定成本低、测试精度高，便于检测部门的使用。

附图说明

图1是本发明机载稳定平台稳定精度检测装置实施例的结构示意图；

图2是本发明测试方法实施例得到的稳定精度结果图；

图3是本发明测试方法中自准直测角原理图。

附图标记：1-工装，2-俯仰轴，3-稳定平台，4-第一平面反射镜，5-多自由度摇摆台，6-第二平面反射镜，7-双坐标自准直仪，71-光源，72-狭缝，73-分束器，74-准直物镜，75-CCD线阵，8-计算机，9-测试光路，10-横滚轴，11-二维旋转调整平台，12-调整支座。

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明进行清楚详细的描述。

本发明稳定平台稳定精度检测装置是通过检测稳定平台视轴的空间指向偏差来表示稳定精度，偏差越小，稳定度越高。

如图1所示，本发明一种机载稳定平台稳定精度检测装置，包括二维旋转调整平台11、第一平面反射镜4、多自由度摇摆台5、第二平面反射镜6及其调整支座12、双坐标自准直仪7、计算机8、工装1和三个独立的隔震平台。

二维旋转调整平台11设置在稳定平台3底部用于调整稳定平台3的横滚轴2和俯仰轴10。第一平面反射镜4设置在二维旋转调整平台11底部，第一平面反射镜4的法线分别与稳定平台3的俯仰轴2、横滚轴10正交。稳定平台3通过工装1与多自由度摇摆台5固定连接。第二平面反射镜6设置在第一平面反射镜4下方。多自由度摇摆台5、双坐标自准直仪7和第二平面反射镜6分别设置在三个独立的隔震平台上。双坐标自准直仪7用于测量得到自准像的坐标位置并将数据输出到计算机8进行记录、计算处理和显示。

双坐标自准直仪7的镜头与第二平面反射镜6的镜面相对应；第二平面反射镜6和第一平面反射镜4位于双坐标自准直仪7的测试光路9上，双坐标自准直仪7发出的自准直光依次经过第二平面反射镜6和第一平面反射镜4反射后，再经第二平面反射镜6返回至双坐标自准直仪7，通过双坐标自准直仪7测量得到稳定平台3的实时指向偏差X值和Y值。双坐标自准直仪7测的X值和Y值即为被测稳定平台3实时的指向偏差，对双坐标自准直仪7测的X值和Y值求方和根即为稳定平台3的稳定精度。计算机8与双坐标自准直仪7电连接，计算机8用于采集双坐标自准直仪7传输的数据，计算稳定精度θ并实时显示。

多自由度摇摆台5包括摇摆结构、分别设置在摇摆结构上下端的载物台和底座。工装1安装在多自由度摇摆台5的载物台的安装面上，通过工装1将稳定平台3安装在载物台上方，多自由度摇摆台5为稳定平台3提供外界扰动。工装1可根据实际需求专门定制。载物台上设置有用于第一平面反射镜4反射光线通过的中空结构，确保整个测试光路无遮挡。底座上设置有用于第二平面反射镜6安装的中空结构，便于第二平面反射镜6的隔震平台与多自由度摇摆台5的隔震平台隔离，不受振动影响。

第二平面反射镜6安装在调整支座12上，调整支座12设置在对应的隔震平台上，所述调整支座12上端设置有可调整夹角的安装面，使得第二平面反射镜6的法线方向与铅垂方向夹角为45°。

在稳定平台3底部安装第一平面反射镜4，调整第一平面反射镜4的法线与稳定平台3的俯仰轴2、横滚轴10正交，此时，第一平面反射镜4的法线方向即为稳定平台3的光轴指向方向。

本发明各组成部分均可独立的在计量检定部门定期检定，总而保证本发明装置检测测试的准确性与公正性。

本发明还提供了一种利用上述的机载稳定平台稳定精度检测装置对稳定平台稳定精度进行测试的方法，包括以下步骤：

步骤1、打开双坐标自准直仪7及其控制计算机8，粗调二维旋转调整平台11，使双坐标自准直仪7能够接收到从双坐标自准直仪7发出并依次经过第二平面反射镜6、第一平面反射镜4后原路反射回的自准直光。

步骤2、手动推动横滚轴2，此时双坐标自准直仪7的Y值坐标跟随横滚轴2大范围变化，X值坐标变化范围较小，同时调整二维旋转调整平台11的俯仰方向，使横滚轴2转动变化量小于10″；此时第一平面反射镜4俯仰方向的安装误差消除；

手动推动俯仰轴10，此时双坐标自准直仪7的X值坐标跟随横滚轴2大范围变化，Y值坐标变化范围较小，同时调整二维旋转调整平台11的横滚方向，使俯仰轴10转动变化量小于10″；此时第一平面反射镜4横滚方向的安装误差消除。

步骤3、经过步骤2与步骤3后，第一平面反射镜4的安装误差已经消除，此时调整双坐标自准直仪7，使自准直像位于其靶面中心，将双坐标自准直仪7的当前值清零，双坐标自准直仪7当前位置即为被测稳定平台3光轴指向的零位基准。

步骤4、打开多自由度摇摆台5与被测稳定平台3，使多自由度摇摆台5按照测试需要进行横滚和俯仰两个方向的摇摆，此时被测稳定平台3将根据多自由度摇摆台5所施加的扰动来进行角度补偿带动第一平面反射镜4进行横滚和俯仰两个方向指向的稳定，双坐标自准直仪7测量得到稳定平台3实时的指向偏差X值和Y值。

步骤5、双坐标自准直仪7将测得的X、Y变化量传输给计算机8进行计算处理得到稳定精度θ，并实时显示。本实施例中测量结果如图2所示，得到的稳定精度为0.1573。

稳定精度θ的计算方法为：

E为被测稳定平台3俯仰方向的稳定误差，即为X值；

A为被测稳定平台3横滚方向的稳定误差，即为Y值。

本发明的测试基本原理是：利用双坐标自准直仪测量第一平面反射镜4的偏转角来表征稳定平台光轴稳定精度，双坐标自准直仪7的测角原理见图3，偏转角α为：

ΔY为第一平面反射镜4的反射光从图3中所示位置1偏转α角到达位置2后，CCD线阵上接收到自准直光位置的变化量；

f为准直物镜的焦距。

本发明依据测角原理对偏转角进行测量，同时通过调整二维旋转调整平台11来消除第一平面反射镜4法线不正交引起的投影误差。第二平面反射镜6用来折转光路，以便测量X、Y方向的偏差。

将稳定平台3通过工装1安装在多自由度摇摆台5的安装面上，安装面中间有开孔可使光线无遮挡穿过。在稳定平台3下部安装面上安装一个二维旋转调整平台11，平台下部安装第一平面反射镜4。在多自由度摇摆台5开孔正下方安装第二平面反射镜6用来折转光路，第二平面反射镜6安装在带有角度指示的调整支座12上，确保第二平面反射镜6的法线方向与铅垂方向夹角大约为45°。在第二平面反射镜6工作面处安装一双坐标自准直仪7用于接收通过第二平面反射镜6折转光路再经第一平面反射镜4反射后的自准直光。最后将双坐标自准直仪7采集到的数据传输给计算机8用于显示和实时计算指向偏转角度θ。

Claims (3)

1.一种机载稳定平台稳定精度检测装置，其特征在于：包括二维旋转调整平台（11）、第一平面反射镜（4）、多自由度摇摆台（5）、第二平面反射镜（6）、双坐标自准直仪（7）、计算机（8）以及三个独立的隔震平台；

所述二维旋转调整平台（11）设置在稳定平台（3）底部；

所述第一平面反射镜（4）设置在二维旋转调整平台（11）底部，第一平面反射镜（4）的法线分别与稳定平台（3）的俯仰轴、横滚轴正交；

所述多自由度摇摆台（5）与稳定平台（3）固定连接，稳定平台（3）位于多自由度摇摆台（5）上方；

所述多自由度摇摆台（5）包括摇摆结构、分别设置在摇摆结构上下端的载物台和底座；所述载物台上设置有用于第一平面反射镜（4）反射光线通过的中空结构；所述底座设置为中空结构；所述第二平面反射镜（6）位于中空结构处；

所述多自由度摇摆台（5）、双坐标自准直仪（7）和第二平面反射镜（6）分别设置在三个独立的隔震平台上；

所述计算机（8）与双坐标自准直仪（7）电连接，用于采集双坐标自准直仪（7）传输的数据，计算稳定精度θ并实时显示；

所述第二平面反射镜（6）和第一平面反射镜（4）位于双坐标自准直仪（7）的测试光路（9）上，双坐标自准直仪（7）发出的自准直光依次经过第二平面反射镜（6）和第一平面反射镜（4）反射后，再经第二平面反射镜（6）返回至双坐标自准直仪（7），通过双坐标自准直仪（7）测量得到稳定平台（3）的实时指向偏差X值和Y值；

还包括用于安装第二平面反射镜（6）的调整支座（12）；所述调整支座（12）设置在对应的隔震平台上；所述调整支座（12）上端设置有可调整夹角的安装面，使得第二平面反射镜（6）的法线方向与铅垂方向夹角为45°；

还包括工装（1）；所述工装（1）用于将稳定平台（3）与多自由度摇摆台（5）的载物台固定连接，使稳定平台（3）安装在载物台上方。

2.一种权利要求1所述的机载稳定平台稳定精度检测装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、打开双坐标自准直仪（7）及其控制计算机（8），粗调二维旋转调整平台（11），使双坐标自准直仪（7）能够接收到从双坐标自准直仪（7）发出并依次经过第二平面反射镜（6）、第一平面反射镜（4）后原路反射回的自准直光；

步骤2、手动推动横滚轴，同时调整二维旋转调整平台（11）的俯仰方向，使横滚轴转动变化量小于10″；

手动推动俯仰轴，同时调整二维旋转调整平台（11）的横滚方向，使俯仰轴转动变化量小于10″；采用双坐标自准直仪（7）测得自准直像；

步骤3、调整双坐标自准直仪（7），使自准直像位于其靶面中心，将双坐标自准直仪（7）的当前值清零，双坐标自准直仪（7）当前位置即为被测稳定平台（3）光轴指向的零位基准；

步骤4、打开多自由度摇摆台（5）与被测稳定平台（3），使多自由度摇摆台（5）按照测试需要进行横滚和俯仰两个方向的摇摆，双坐标自准直仪（7）测量得到稳定平台（3）实时的指向偏差X值和Y值；

步骤5、双坐标自准直仪（7）将测得的X、Y变化量传输给计算机（8）进行计算处理得到稳定精度θ，并实时显示。

3.根据权利要求2所述的一种机载稳定平台稳定精度检测装置的测试方法，其特征在于，步骤5中，所述稳定精度θ的计算方法为：

E为被测稳定平台（3）俯仰方向的稳定误差，即为X值；

A为被测稳定平台（3）横滚方向的稳定误差，即为Y值。