CN2243071Y - 机载成像光谱仪平台 - Google Patents

Abstract

平台由方位座、平台底座、电动丝杠螺母机构、内外框架及其电机、承载架、姿态敏感器、光谱仪、减震座、行程开关、电磁锁组成。平台底座由方位座支撑，并可由电动丝杠螺母机构驱动而绕偏航轴转动，外框架由平台底座支撑，并可由外框架力矩电机驱动而绕俯仰轴转动，内框架由外框架支撑，并可由内框架力矩电机驱动而绕滚动轴转动，成像光谱仪、姿态敏感器均由内框架承载。该平台稳定性好，它能确保飞机在大气中飞行姿态变化的情况下，使多光谱成像仪保持良好的成像姿态，它可应用于航空遥感领域。

Description

机载成像光谱仪平台

本实用新型涉及一种机载成像光谱仪平台，属于航空遥感设备领域。

卫星遥感已广泛应用于科研、生产、生活的各个领域，无论是在地质、资源探测、环境、大气、气候、灾情、作物长势等的检测，还是在地区规划、军事目标分析等作业中都充分显示出它的科学价值。卫星之所以能使人类获得丰富的科学信息，主要是靠着卫星在太空中可以较容易的保持一定的特定姿态并使用多谱段成像光谱仪对地球进行不断的探测而完成的。但由于受价格、有效载荷及对地面通讯信息量等的限制，目前各类探测卫星所用的多光谱成像仪一般只有3～7个谱段，再由于卫星轨道很高及受大气云层等的影响，因而很难精确、即时、详细地获得人们需求的信息。

众所周知，航空遥感的发展是早于卫星遥感的，而且它可在低、中、高空不同高度上，可载有多达几十个谱段的光谱仪对地面进行详细的探测。此外航空遥感还有经济便宜、多次使用、信息量大等许多优点。

但是航空遥感也有不足：飞机在大气层内很难控制良好稳定的飞行姿态，一般中、低空轻型飞机的滚动、俯仰摆动幅度可达十几度，这样就使得扫描成像光谱仪无法获得有用的图像。国外运用大型飞机在上万米高的同温层进行遥感作业，情况略好一些，但事后的图像处理工作量很大，飞机和处理费用很昂贵。

鉴于上述，本实用新型将提供一种稳定的机载平台，它能确保飞机在大气中飞行姿态变化的情况下，使多光谱成像仪保持良好的成像姿态。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

机载成像光谱仪平台由下列部件组成：

一方位回转座，其取水平姿态；

一平台底座，其由方位回转座支撑，其上设一对支撑外框架的左、右轴承座；

一电动丝杠螺母机构，其螺母和丝杠分别与方位回转座和平台底座连接，其驱动平台底座绕竖向偏航轴转动；

两外框架力矩电机，其与左轴承座连接；

一外框架，其为左右两端中心固接横轴且前后两端中心安装内框架轴承的矩形框，其两横轴分别由左右轴承座支撑，其由外框架力矩电机驱动而绕横向俯仰轴转动；

两内框架力矩电机，其分别连接于外框架的前后端中心外侧；

一内框架，其为前后两端中心固接纵轴的矩形框，其两纵轴分别由外框架上的内框架轴承支撑，其套合于外框架之中，其由内框架力矩电机驱动而绕纵向滚动轴转动；

一承载架，其固定在内框架顶面的中部；

一滚动姿态敏感器和一俯仰姿态敏感器，其安装在承载架的顶面；

一成像光谱仪，其吊装于承载架的底面下；

一减震座，其均布于方位回转座底面并与该底面固定；

两行程开关，其分别安装在内、外框架力矩电机的定子末端，内、外框架力矩电机转轴的末端连接与其相配的凸轮；

两电磁锁，其分别安装在内、外框架的纵轴和横轴上。

该平台与控制装置配合使用。使用时，成像光谱仪从机腹探出，对地面目标进行探测。当飞机在飞行中发生滚动或俯仰情况时，平台上的姿态敏感器便有信号输出到控制装置，控制装置再驱动内外框架力矩电机，带动内外框架转动，使平台保持稳定，从而使光谱仪保持良好的成像姿态。

下面结合附图和实施例对本实用新型作详细说明。

图1是平台的示意图；

图2是平台结构主视图；

图3是平台结构俯视图；

图4是方位回转部件示意图；

图5是平台稳定控制原理图。

请参阅图1。图中X、Y、Z分别表示飞机飞行中的滚动轴、俯仰轴和偏航轴，1为成像光谱仪，2、3分别为滚动姿态、俯仰姿态敏感器，4、5分别为内、外框架，6、7分别为驱动内、外框架转动的力矩电机，8为方位座，9为平台底座，10为电动丝杠螺母机构。平台底座9由方位座8支撑，并可由电动丝杠螺母机构10驱动而绕Z轴转动，外框架5由平台底座9支撑，并可由外框架力矩电机驱动而绕Y轴转动，内框架4由外框架5支撑，并可由内框架力矩电机驱动而绕X轴转动，成像光谱仪1、滚动姿态敏感器2、俯仰姿态敏感器3均由内框架4承载。

请继续参阅图2和图3。平台由方位座21、平台底座29、电动丝杠螺母机构28、外框架力矩电机12、内框架力矩电机23和27、外框架24和内框架25、承载架30、滚动姿态敏感器和俯仰姿态敏感器18、六十四谱段成像光谱仪15、减震座13、行程开关11和22、电磁锁19和26组成。

其中：方位座21取水平姿态，其上有四个安装孔31；平台底座29由方位座21以滚动轴承33支撑，平台底座29上设一对支撑外框架24用的左轴承座14、右轴承座20；两外框架双力矩电机12与左轴承座14连接；外框架24为左右两端中心固接横轴且前后两端中心安装内框架轴承31、32的空心截面铸铝矩形框，其两横轴分别由左、右轴承座14和20支撑，其可由外框架双力矩电机12驱动而绕横向俯仰轴转动；两内框架双力矩电机23和27分别连接于外框架24的前后端中心外侧；内框架25为前后两端中心固接纵轴的空心截面铸铝矩形框，其两纵轴分别由外框架24上的内框架轴承31和32支撑，其套合于外框架24之中，并可由内框架双力矩电机23、27驱动而绕纵向滚动轴转动；由横向三个板块组成的承载架30固定在内框架25顶面的中部，滚动姿态敏感器和俯仰姿态敏感器18安装在中间板块的顶面，成像光谱仪15用螺栓吊装在两个边板块的底面下；八个减震座13均布于方位座21的底面并与该底面固定；行程开关22和11分别安装在内、外框架力矩电机23和12的定子末端，在内、外框架力矩电机23和12的转轴的末端均连接与行程开关22和11相配的凸轮22′和11′；两电磁锁26和19分别安装在内、外框架的纵轴和横轴上。在滚动姿态敏感器和俯仰姿态敏感器18中，滚动姿态敏感器由X向滚动轴陀螺和Y向俯仰轴加速度计组成，俯仰姿态敏感器由Y向俯仰轴陀螺和X向滚动轴加速度计组成(图中未表示)。

此外，在平台底座29上对应内、外框架右上角和左下角的位置上，还铰接两个锁定架16，在平台底座29上分别对应内框架对角和外框架对角的位置上，还连接四个弹性限位杆17。当需要时，将锁定架16向上翻起，可锁定内、外框架，不让其运动。当飞机起飞或降落时，四个弹性限位杆17可对内、外框架起到缓冲保护作用。

电动丝杠螺母机构28的详细结构如图4所示：它由两行程开关41、丝杠42、螺母43、拉杆44、轴承45、电机46与外壳47组成。螺母43通过拉杆44与平台底座29连接，外壳47固定在方位座21上。电动丝杠螺母机构通过拉杆44可驱动平台底座29绕竖向偏航轴转动。两行程开关41则用于限定平台底座绕竖向偏航轴转动的角度。

本平台需与控制装置组成平台系统后才能使用。使用时，将方位座21安装在机舱底板上，并使成像光谱仪15穿过机舱底板从机腹探出，对地面目标进行探测。欲调节平台方位时，以手动操作电动丝杠螺母机构28，通过拉杆44推动或拉动平台底座29进行方位调整，使平台的方向跟踪飞行轨迹。

下面再结合图5叙述平台的工作原理：

当飞机在飞行中发生滚动情况时，平台将受到干扰力矩Mf的影响而产生一个Θ角的偏差，该偏差角作用于装在内框架上的滚动姿态敏感器，其Y向加速度计将产生调平信号推动X向陀螺仪的力矩器，陀螺仪的输出经控制装置中的伺服校正和功率放大环节后，再推动内框架力矩电机产生驱动力矩Md，去平衡干扰力矩Mf，于是内框架被带动旋转一个角度，使平台恢复到原来的水平位置。

当飞机发生俯仰情况时，干扰力矩Mf作用于俯仰姿态敏感器，这时平台的自动调节过程同上，只不过此时是由外框架力矩电机带动外框架转动，并使平台恢复到原来的水平位置。

飞机同时存在滚动和俯仰情况时，平台的内、外框会在各自的电机驱动下转动，使平台恢复到原来的水平位置。

经地面模拟测试，该平台系统可在飞机滚动角变化±13°、俯仰角变化±10°、偏航角变化±10°范围内正常工作，其调平误差仅为1～3角分。

该平台系统已经过实际飞行试验，并取得了预想的效果。对比平台锁定(即平台不工作)和平台工作两种情况下的成像图，后者的成像图十分清楚。

若飞机的滚动运动或俯仰运动超出平台的调整范围时，由于这时再继续对地面目标扫描探测已经没有意义，故需将平台锁定。此时，内框架或外框架力矩电机末端的凸轮22′或11′将压动行程开关22或11，行程开关动作后，控制装置便发出控制信号，使两电磁锁26和19立刻锁住力矩电机，将内外框架紧紧锁定。

电磁锁也可由操作者直接按下“锁定”电钮或“解锁”电钮进行控制。如当飞机飞出航线时，操作者就应直接将平台锁定，进入航线时，应对平台解锁。

本实用新型的优点：

平台稳定性好，从而使光谱仪得以保持良好的成像姿态；

框架用双力矩电机驱动，既保证了足够冗余的驱动力矩，又可紧凑结构尺寸；

框架为空心截面铸铝，重量轻、框架转动惯量小，不需过大的驱动力矩；

框架采用限位装置和电磁锁紧装置，可实现自动限位保护；

平台设置减震器，可确保飞机起落时平台安全。

Claims (3)

1.一种机载成像光谱仪平台，其特征在于它由下列部件组成：

一方位回转座，其取水平姿态；

一平台底座，其由方位回转座支撑，其上设一对支撑外框架的左、右轴承座；

一电动丝杠螺母机构，其螺母和丝杠分别与方位回转座和平台底座连接，其驱动平台底座绕竖向偏航轴转动；

两外框架力矩电机，其与左轴承座连接；

一外框架，其为左右两端中心固接横轴且前后两端中心安装内框架轴承的矩形框，其两横轴分别由左右轴承座支撑，其由外框架力矩电机驱动而绕横向俯仰轴转动；

两内框架力矩电机，其分别连接于外框架的前后端中心外侧；

一内框架，其为前后两端中心固接纵轴的矩形框，其两纵轴分别由外框架上的内框架轴承支撑，其套合于外框架之中，其由内框架力矩电机驱动而绕纵向滚动轴转动；

一承载架，其固定在内框架顶面的中部；

一滚动姿态敏感器和一俯仰姿态敏感器，其安装在承载架的顶面；

一成像光谱仪，其吊装于承载架的底面下；

一减震座，其均布于方位回转座底面并与该底面固定；

两行程开关，其分别安装在内、外框架力矩电机的定子末端，内、外框架力矩电机转轴的末端连接与其相配的凸轮；

两电磁锁，其分别安装在内、外框架的纵轴和横轴上。

2.如权利要求1所述的机载成像光谱仪平台，其特征在于：所述承载架由横向固定在内框架顶面中部的三个板块组成，所述滚动姿态敏感器和俯仰姿态敏感器安装在中间板块的顶面，所述成像光谱仪用螺栓吊装在两个边板块的底面下。

3.如权利要求1或2所述的机载成像光谱仪平台，其特征在于：所述滚动姿态敏感器由滚动轴陀螺和俯仰轴加速度计组成，俯仰姿态敏感器由俯仰轴陀螺和滚动轴加速度计组成。

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