一种光电探测设备组合陀螺反射镜稳定装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于光电探测技术领域，涉及一种光电探测设备组合陀螺反射镜稳定装置及方法，稳定装置包括：基座、方位框、俯仰框，基座上设置方位框，方位框上设置俯仰框，俯仰框和方位框上均设有测角元件及电机；稳定装置还包括组合陀螺，组合陀螺包括：第一陀螺，用于测量反射镜位置；第二陀螺，安装在基座上，用于测量基座位置。通过第一、二陀螺、两个测角元件获得7个敏感量值，根据本申请中方法计算视轴惯性系角速度。该视轴角速度计算公式不依赖噪声较高的框架差分角速度，公式中所有变量都可以通过传感器直接测量，计算的视轴惯性系角速度精度较高，大幅提高视轴稳定精度。大幅提高视轴稳定精度。大幅提高视轴稳定精度。

【技术实现步骤摘要】
一种光电探测设备组合陀螺反射镜稳定装置及方法


[0001]本专利技术属于光电探测
，涉及一种光电探测设备组合陀螺反射镜稳定装置及方法。

技术介绍

[0002]红外探测器、电视等成像装置安装在飞机、舰船、地面车辆、导弹等运动载体，在传感器积分周期内，由于各种干扰的存在，视轴的运动会超过传感器分辨率，从而导致成像模糊。工程应用中经常设计稳定控制系统使得视轴在惯性空间保持稳定。反射镜稳定是光电探测设备一种常见稳定方式，它是一种两轴两框构型，反射镜安装在俯仰框，如附图1所示，设置陀螺测得视轴惯性空间角速度，通过稳定控制算法计算电机控制量，控制电机驱动反射镜补偿角速度扰动，实现视轴惯性空间的稳定。
[0003]根据反射定律，视轴的旋转角是反射镜转角的两倍，在反射镜处安装陀螺，在惯性空间稳定反射镜不能达到稳定视轴的目的，因为此陀螺敏感量是反射镜惯性角速度，并不是视轴的惯性角速度。将三轴陀螺安装在反射镜框、方位框或者基座，如附图2所示，结合框架角速度，通过数学解算方式，可以获取视轴惯性角速度。这种两轴两框都有测角元件，实时获取测角元件反馈的角度值，进行速度差分，可以获得框架角速度。
[0004]然而这种稳定方式对框架测角元件的测角精度要求很高,目前光电探测设备安装的测角元件普遍尺寸小于300mm,小尺寸测角元件测角精度比较低(大于30角秒),差分测速噪声较大,计算出的视轴惯性角速度测速精度较低，无法满足高精度稳定性能要求。高精度测角元件尺寸大于500mm,无法应用到光电探测设备。

技术实现思路

>[0005]本专利技术要解决的技术问题：
[0006]为了解决现有技术的不足之处，本专利技术的目的是提供一种光电探测设备组合陀螺反射镜稳定装置及方法，通过该装置及方法获取的视轴惯性系角速度速度不依赖噪声较高的框架差分角速度，对测角元件精度要求不高，计算出的视轴惯性系角速度精度高，解决了基于反射镜稳定构型的光电探测设备的精度和稳定性问题。
[0007]本专利技术提供的一种技术方案是：
[0008]一种光电探测设备组合陀螺反射镜稳定装置，包括：基座、方位框、俯仰框，所述基座上设置方位框，所述方位框上设置俯仰框，所述俯仰框和方位框上均设有测角元件及电机；所述稳定装置还包括组合陀螺，所述组合陀螺包括：
[0009]第一陀螺，所述第一陀螺安装在俯仰框上，所述俯仰框负载有反射镜，所述第一陀螺用于测量反射镜位置；
[0010]第二陀螺，所述第二陀螺安装在基座上，用于测量基座位置。
[0011]本专利技术的进一步技术方案是：所述稳定装置还包括稳定控制器，用于控制电机驱动反射镜实现视轴的惯性稳定控制。
[0012]本专利技术的进一步技术方案是：所述第一陀螺为三轴陀螺，三轴陀螺其中一个轴与俯仰框旋转轴平行，一个轴与反射镜长轴设有固定夹角。
[0013]本专利技术的进一步技术方案是：所述第二陀螺为两轴陀螺，两轴陀螺其中一个轴与方位框旋转轴平行，一个轴与方位0度轴平行。
[0014]本专利技术的进一步技术方案是：所述电机为力矩电机。
[0015]本专利技术的进一步技术方案是：所述固定夹角为45
°
。
[0016]本专利技术提供的另一种技术方案是：
[0017]一种光电探测设备组合陀螺反射镜稳定方法：包括如下方法步骤：
[0018]步骤1：搭建两轴两框反射镜平台：安装反射镜为俯仰框的负载，俯仰框安装测角元件及力矩电机，俯仰框内嵌到方位框，俯仰框为方位框的负载，方位框同时安装测角元件及力矩电机；
[0019]步骤2：初始化：在俯仰框上安装第一陀螺，使得第一陀螺y轴与俯仰框旋转轴平行，第一陀螺的x轴与反射镜长轴夹角为固定45
°
，第二陀螺安装在基座上，第二陀螺z轴与方位框旋转轴平行，第二陀螺x轴与基座x轴平行，基座y轴与俯仰框旋转轴平行，反射镜与基座x轴夹角为45
°
，满足俯仰框角度为0
°
，方位框角度为0
°
；
[0020]步骤3：令方位框旋转角度为θ
FW
，记为方位角，方位框角速度为俯仰框旋转角度为θ
FY
，俯仰框角速度为令方位框惯性系三轴角速度
[0021]基座惯性系三轴角速度
[0022]则有：
[0023][0024][0025]俯仰框相对方位框在y轴旋转一个俯仰角θ
FY
；
[0026]反射镜惯性系三轴角速度
[0027][0028][0029][0030]视轴坐标系相对于反射镜坐标系在y轴旋转一个俯仰角θ
FY
，
[0031]视轴惯性系三轴角速度
[0032][0033][0034]其中ω
Lz
为方位视轴角速度，ω
Ly
为俯仰视轴角速度；
[0035]步骤4：根据步骤3获得视轴实时角速度后，根据方位、俯仰稳定环输入指令及实时角速度，设置PID稳定控制器，计算得到电机控制量，控制电机驱动方位、俯仰机构，实现视轴惯性系稳定控制。
[0036]有益效果
[0037]相对于现有技术，本专利技术的有益效果在于：
[0038]本专利技术提供了一种光电探测设备组合陀螺反射镜稳定装置及方法，通过设置组合陀螺，第一陀螺安装在俯仰框上，用于测量反射镜位置；第二陀螺安装在基座上，用于测量基座位置，并通过两个陀螺(5个方向角速度)、两个测角元件(两个方向角度)获得7个敏感量值，根据本申请中方法所涉及的公式计算视轴惯性系角速度。根据稳定速度环控制指令及实时视轴惯性角速度，设计稳定控制器，得到电机控制量，控制电机驱动反射镜实现视轴的惯性稳定。该视轴角速度计算公式不依赖噪声较高的框架差分角速度，公式中所有变量都可以通过传感器直接测量，计算的视轴惯性系角速度精度较高，大幅提高视轴稳定精度。
附图说明
[0039]图1为现有两轴两框反射镜平台；
[0040]图2为现有反射镜陀螺及基座陀螺安装图；
[0041]图3为本申请组合陀螺反射镜稳定安装图；
[0042]图4本申请控制系统控制框图。
[0043][0044]图中：21.俯仰框；22.方位框；11.第一陀螺；12.第二陀螺。
具体实施方式
[0045]下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0046]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0047]实施例1
[0048]一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光电探测设备组合陀螺反射镜稳定装置，包括：基座、方位框、俯仰框，所述基座上设置方位框，所述方位框上设置俯仰框，所述俯仰框和方位框上均设有测角元件及电机；其特征在于：所述稳定装置还包括组合陀螺，所述组合陀螺包括：第一陀螺，所述第一陀螺安装在俯仰框上，所述俯仰框负载有反射镜，所述第一陀螺用于测量反射镜位置；第二陀螺，所述第二陀螺安装在基座上，用于测量基座位置。2.根据权利要求1所述的一种光电探测设备组合陀螺反射镜稳定装置，其特征在于：所述稳定装置还包括稳定控制器，用于控制电机驱动反射镜实现视轴的惯性稳定控制。3.根据权利要求1所述的一种光电探测设备组合陀螺反射镜稳定装置，其特征在于：所述第一陀螺为三轴陀螺，三轴陀螺其中一个轴与俯仰框旋转轴平行，一个轴与反射镜长轴设有固定夹角。4.根据权利要求1所述的一种光电探测设备组合陀螺反射镜稳定装置，其特征在于：所述第二陀螺为两轴陀螺，两轴陀螺其中一个轴与方位框旋转轴平行，一个轴与方位0度轴平行。5.根据权利要求1所述的一种光电探测设备组合陀螺反射镜稳定装置，其特征在于：所述电机为力矩电机。6.根据权利要求3所述的一种光电探测设备组合陀螺反射镜稳定装置，其特征在于：所述固定夹角为45
°
。7.一种光电探测设备组合陀螺反射镜稳定方法，其特征在于：包括如下方法步骤：步骤1：搭建两轴两框反射镜平台：安装反射镜为俯仰框的负载，俯仰框安装测角元件及力矩电机，俯仰框内嵌到方位框，俯仰框为方位框的负载，方位框同时安装测角元件及力矩电机；步骤2：...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐志方，李鹏飞，张福明，张久锋，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所，
类型：发明
国别省市：