CN203773357U - 用于航空航天成像领域的快速反射镜扫描跟踪系统 - Google Patents
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Abstract
本专利公开了一种用于航空航天成像领域的快速反射镜扫描跟踪系统。快速反射镜扫描跟踪系统的功能主要包括对目标的扫描、捕获及跟踪。对目标的扫描、捕获及跟踪主要依靠二维转动机构来完成，其中二维转动机构混合了地平式光机结构和反射镜光机结构的特点，属于混合式光机结构。该机构综合了两者的优点，既可以提供360°范围的扫描，也可以减少俯仰轴机构的转动惯量，大大提高了俯仰轴的快速响应性能，从而加强了对目标的扫描、捕获及跟踪的能力。
Description
技术领域：
本专利涉及光电扫描跟踪技术领域，具体涉及一种用于航空航天成像领域的快速反射镜扫描跟踪系统。
背景技术：
光电扫描跟踪技术已经成为航空航天成像领域捕获目标所采用重要的技术手段，其中精确扫描和精确对准是获取移动目标信息的关键技术,通过光电扫描跟踪技术捕获目标并进行跟踪，向外提供目标实时的方位信息。
光电扫描跟踪技术中扫描型成像仪采用光机扫描成像方式，它通过扫描镜头的机械运动，使探测器通过光学系统以一个非常小的瞬时视场，从一端到另一端顺序“看到”扫描行的所有部分。在俯仰电机的驱动下可以实现指向反射镜俯仰范围的转动，而在方位电机的驱动下可实现指向反射镜的方位范围的转动。在结构上光电扫描跟踪的结构种类共分为两种：地平式光机结构、反射镜式光机结构。
地平式光机结构就是将光学系统和成像系统均安装在结构的俯仰轴或方位轴的平台上，随着俯仰轴和方位轴的一起转动，可实现360°视场范围的扫描和跟踪。
反射镜式光机结构是较新型的结构方案，这种反射镜式光机构的特点是：光学系统和成像系统均安装在固定不动的基座上，仅靠一块或两块平面反射镜作跟踪目标的旋转运动，以达到扫描和跟踪的功能。
发明内容：
本专利提出了一种用于航空航天成像领域的快速反射镜扫描跟踪系统。该系统混合了地平式光机结构和反射镜光机结构的特点，属于混合式光机结构，系统综合了两者的优点，可以提供360°范围的扫描，也可以完成俯仰轴的快速扫描和跟踪，实现目标的扫描及捕获跟踪。
一种用于航空航天成像领域的快速反射镜扫描跟踪系统，如附图1所示，包括方位轴转动机构1，方位轴安装平台2、光学安装支架3、俯仰轴转动机构4、指向反射镜5、俯仰轴控制系统6、方位轴控制系统7。
指向反射镜5安装于俯仰轴转动机构4内部，由俯仰轴转动机构4驱动转动，俯仰轴转动机构4通过光学安装支架3安装在方位轴安装平台2上，方位轴转动机构1驱动方位轴安装平台2带动整个系统进行方位方向的转动。方位轴控制系统7控制方位轴转动机构1转动，俯仰轴控制系统6控制俯仰轴转动机构4转动。
所述的方位轴转动机构1采用单电机直接驱动或多电机共同驱动，采用单电机直接驱动时，使用永磁同步电机，其直径≦400mm，峰值力矩≧1Nm，转矩波动系数≦10%；
所述的方位轴转动机构1配置增量式光电编码器或绝对式光电编码器，编码器的角位置精度≦0.5”，直径≤1000mm；
所述的俯仰轴转动机构4采用电机共轴安装直接驱动指向反射镜运动，电机为有限转角直流无刷电机，直径≦200mm，峰值力矩≧0.2Nm，转矩波动系数≦5%；
所述的俯仰轴转动机构4配置增量式光电编码器或绝对式光电编码器，编码器的角位置精度≦0.5”，直径≤1000mm。
所述的俯仰轴控制系统6主要功能为：a）依据光电编码器的角位置数据对永磁同步电机进行驱动，b）与方位轴控制系统7及其他设备进行通信；
所述的方位轴控制系统7主要功能为：a）依据光电编码器的角位置数据对永磁同步电机进行驱动，b）与俯仰轴控制系统6及外部设备进行通信。
具体扫描和跟踪步骤如下：
1）仪器运行时，俯仰轴控制系统6依据俯仰轴转动机构4上安装的圆形角度传感器对电机直接驱动指向反射镜5运动；
2）方位轴转动机构1的转动范围为360°，扫描速度0°/s-30°/s，跟踪最大加速度50°/s2；
3）俯仰轴转动机构4的转动范围为±30°，扫描速度0°/s-60°/s，跟踪最大加速度1000°/s2；
4）方位轴控制系统7依据方位轴转动机构1上安装的圆形角度传感器对电机直接驱动方位轴机构运动；
5）俯仰轴控制系统6与方位轴控制系统7通过通信总线互联，主要为快速反射镜扫描跟踪系统进行目标扫描时，提供方位轴和俯仰轴的位置校准对齐功能；
7）扫描模式下，方位轴转动机构1与俯仰轴转动机构4通过通信链路实现两轴位置的校准对齐；
8）跟踪模式下，方位轴控制系统7和俯仰轴控制系统6接受外部输入的位置信号，分别对方位轴转动机构1和俯仰轴转动机构4进行实时定位，完成跟踪功能。
本专利的优点在于：混合了地平式光机结构和反射镜光机结构的特点，属于混合式光机结构，综合了两者的优点，既可以提供360°范围的扫描，同时也减少了俯仰轴机构的转动惯量，大大提高了俯仰轴的快速响应性能，增强目标的扫描及捕获跟踪的能力。
附图说明：
附图1为本专利的总框图。
附图2为扫描原理图。
具体实施方式：
根据专利内容，本实施例构建了一种用于航空航天成像领域的快速反射镜扫描跟踪系统，如附图1所示。其中各个部分的具体参数和设计如下：
光电编码器：采用reinshaw公司的增量式光电码盘圆光栅为RESM2U-SA550、读出头为T2600-3M、细分头为TI0400A12A，直径为550mm，系统精度1”。
永磁同步电机：采用kollmorgen公司的RBE02110B交流永磁同步电机，持续堵转力矩为0.952Nm，峰值力矩为2.55Nm，质量为0.585kg。
有限转角电机：采用中电21所研制的有限转角直流力矩电机，转动范围60°，峰值力矩为0.8Nm。
Claims (1)
1.一种用于航空航天成像领域的快速反射镜扫描跟踪系统，包括方位轴转动机构（1），方位轴安装平台（2）、光学安装支架（3）、俯仰轴转动机构（4）、指向反射镜（5）、俯仰轴控制系统（6）和方位轴控制系统（7），其特征在于：
所述的指向反射镜（5）安装于俯仰轴转动机构（4）的内部，由俯仰轴转动机构（4）驱动转动，俯仰轴转动机构（4）通过光学安装支架（3）安装在方位轴安装平台（2）上，方位轴转动机构（1）驱动方位轴安装平台（2）带动整个系统进行方位方向的转动，方位轴控制系统（7）控制方位轴转动机构（1）转动，俯仰轴控制系统（6）控制俯仰轴转动机构（4）转动；
所述的方位轴转动机构（1）采用单电机直接驱动或多电机共同驱动，采用单电机直接驱动时，使用永磁同步电机，其直径≦400mm，峰值力矩≧1Nm，转矩波动系数≦10%；
所述的方位轴转动机构（1）配置增量式光电编码器或绝对式光电编码器，编码器的角位置精度≦0.5”，直径≤1000mm；
所述的俯仰轴转动机构（4）采用电机共轴安装直接驱动指向反射镜运动，电机为有限转角直流无刷电机，直径≦200mm，峰值力矩≧0.2Nm，转矩波动系数≦5%；
所述的俯仰轴转动机构（4）要求使用光电编码器，角位置精度≦0.5”，直径≤1000mm，为增量式光电编码器或绝对式光电编码器。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103885458A (zh) * | 2014-01-17 | 2014-06-25 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 用于航空航天成像领域的快速反射镜扫描跟踪系统及方法 |
| CN110031907A (zh) * | 2019-04-18 | 2019-07-19 | 西安天和防务技术股份有限公司 | 光机扫描成像系统 |
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