專利名稱：機(jī)載成像光譜儀平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種機(jī)載成像光譜儀平臺(tái)，屬于航空遙感設(shè)備領(lǐng)域。
衛(wèi)星遙感已廣泛應(yīng)用于科研、生產(chǎn)、生活的各個(gè)領(lǐng)域，無(wú)論是在地質(zhì)、資源探測(cè)、環(huán)境、大氣、氣候、災(zāi)情、作物長(zhǎng)勢(shì)等的檢測(cè)，還是在地區(qū)規(guī)劃、軍事目標(biāo)分析等作業(yè)中都充分顯示出它的科學(xué)價(jià)值。衛(wèi)星之所以能使人類獲得豐富的科學(xué)信息，主要是靠著衛(wèi)星在太空中可以較容易的保持一定的特定姿態(tài)并使用多譜段成像光譜儀對(duì)地球進(jìn)行不斷的探測(cè)而完成的。但由于受價(jià)格、有效載荷及對(duì)地面通訊信息量等的限制，目前各類探測(cè)衛(wèi)星所用的多光譜成像儀一般只有3～7個(gè)譜段，再由于衛(wèi)星軌道很高及受大氣云層等的影響，因而很難精確、即時(shí)、詳細(xì)地獲得人們需求的信息。
眾所周知，航空遙感的發(fā)展是早于衛(wèi)星遙感的，而且它可在低、中、高空不同高度上，可載有多達(dá)幾十個(gè)譜段的光譜儀對(duì)地面進(jìn)行詳細(xì)的探測(cè)。此外航空遙感還有經(jīng)濟(jì)便宜、多次使用、信息量大等許多優(yōu)點(diǎn)。
但是航空遙感也有不足飛機(jī)在大氣層內(nèi)很難控制良好穩(wěn)定的飛行姿態(tài)，一般中、低空輕型飛機(jī)的滾動(dòng)、俯仰擺動(dòng)幅度可達(dá)十幾度，這樣就使得掃描成像光譜儀無(wú)法獲得有用的圖像。國(guó)外運(yùn)用大型飛機(jī)在上萬(wàn)米高的同溫層進(jìn)行遙感作業(yè)，情況略好一些，但事后的圖像處理工作量很大，飛機(jī)和處理費(fèi)用很昂貴。
鑒于上述，本實(shí)用新型將提供一種穩(wěn)定的機(jī)載平臺(tái)，它能確保飛機(jī)在大氣中飛行姿態(tài)變化的情況下，使多光譜成像儀保持良好的成像姿態(tài)。
為達(dá)此目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案機(jī)載成像光譜儀平臺(tái)由下列部件組成一方位回轉(zhuǎn)座，其取水平姿態(tài)；一平臺(tái)底座，其由方位回轉(zhuǎn)座支撐，其上設(shè)一對(duì)支撐外框架的左、右軸承座；一電動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)，其螺母和絲杠分別與方位回轉(zhuǎn)座和平臺(tái)底座連接，其驅(qū)動(dòng)平臺(tái)底座繞豎向偏航軸轉(zhuǎn)動(dòng)；兩外框架力矩電機(jī)，其與左軸承座連接；一外框架，其為左右兩端中心固接橫軸且前后兩端中心安裝內(nèi)框架軸承的矩形框，其兩橫軸分別由左右軸承座支撐，其由外框架力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)而繞橫向俯仰軸轉(zhuǎn)動(dòng)；兩內(nèi)框架力矩電機(jī)，其分別連接于外框架的前后端中心外側(cè)；一內(nèi)框架，其為前后兩端中心固接縱軸的矩形框，其兩縱軸分別由外框架上的內(nèi)框架軸承支撐，其套合于外框架之中，其由內(nèi)框架力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)而繞縱向滾動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)；
一承載架，其固定在內(nèi)框架頂面的中部；一滾動(dòng)姿態(tài)敏感器和一俯仰姿態(tài)敏感器，其安裝在承載架的頂面；一成像光譜儀，其吊裝于承載架的底面下；一減震座，其均布于方位回轉(zhuǎn)座底面并與該底面固定；兩行程開關(guān)，其分別安裝在內(nèi)、外框架力矩電機(jī)的定子末端，內(nèi)、外框架力矩電機(jī)轉(zhuǎn)軸的末端連接與其相配的凸輪；兩電磁鎖，其分別安裝在內(nèi)、外框架的縱軸和橫軸上。
該平臺(tái)與控制裝置配合使用。使用時(shí)，成像光譜儀從機(jī)腹探出，對(duì)地面目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)。當(dāng)飛機(jī)在飛行中發(fā)生滾動(dòng)或俯仰情況時(shí)，平臺(tái)上的姿態(tài)敏感器便有信號(hào)輸出到控制裝置，控制裝置再驅(qū)動(dòng)內(nèi)外框架力矩電機(jī)，帶動(dòng)內(nèi)外框架轉(zhuǎn)動(dòng)，使平臺(tái)保持穩(wěn)定，從而使光譜儀保持良好的成像姿態(tài)。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)說(shuō)明。


圖1是平臺(tái)的示意圖；圖2是平臺(tái)結(jié)構(gòu)主視圖；圖3是平臺(tái)結(jié)構(gòu)俯視圖；圖4是方位回轉(zhuǎn)部件示意圖；圖5是平臺(tái)穩(wěn)定控制原理圖。
請(qǐng)參閱圖1。圖中X、Y、Z分別表示飛機(jī)飛行中的滾動(dòng)軸、俯仰軸和偏航軸，1為成像光譜儀，2、3分別為滾動(dòng)姿態(tài)、俯仰姿態(tài)敏感器，4、5分別為內(nèi)、外框架，6、7分別為驅(qū)動(dòng)內(nèi)、外框架轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩電機(jī)，8為方位座，9為平臺(tái)底座，10為電動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)。平臺(tái)底座9由方位座8支撐，并可由電動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)10驅(qū)動(dòng)而繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，外框架5由平臺(tái)底座9支撐，并可由外框架力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)而繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)框架4由外框架5支撐，并可由內(nèi)框架力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)而繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)，成像光譜儀1、滾動(dòng)姿態(tài)敏感器2、俯仰姿態(tài)敏感器3均由內(nèi)框架4承載。
請(qǐng)繼續(xù)參閱圖2和圖3。平臺(tái)由方位座21、平臺(tái)底座29、電動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)28、外框架力矩電機(jī)12、內(nèi)框架力矩電機(jī)23和27、外框架24和內(nèi)框架25、承載架30、滾動(dòng)姿態(tài)敏感器和俯仰姿態(tài)敏感器18、六十四譜段成像光譜儀15、減震座13、行程開關(guān)11和22、電磁鎖19和26組成。
其中方位座21取水平姿態(tài)，其上有四個(gè)安裝孔31；平臺(tái)底座29由方位座21以滾動(dòng)軸承33支撐，平臺(tái)底座29上設(shè)一對(duì)支撐外框架24用的左軸承座14、右軸承座20；兩外框架雙力矩電機(jī)12與左軸承座14連接；外框架24為左右兩端中心固接橫軸且前后兩端中心安裝內(nèi)框架軸承31、32的空心截面鑄鋁矩形框，其兩橫軸分別由左、右軸承座14和20支撐，其可由外框架雙力矩電機(jī)12驅(qū)動(dòng)而繞橫向俯仰軸轉(zhuǎn)動(dòng)；兩內(nèi)框架雙力矩電機(jī)23和27分別連接于外框架24的前后端中心外側(cè)；內(nèi)框架25為前后兩端中心固接縱軸的空心截面鑄鋁矩形框，其兩縱軸分別由外框架24上的內(nèi)框架軸承31和32支撐，其套合于外框架24之中，并可由內(nèi)框架雙力矩電機(jī)23、27驅(qū)動(dòng)而繞縱向滾動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)；由橫向三個(gè)板塊組成的承載架30固定在內(nèi)框架25頂面的中部，滾動(dòng)姿態(tài)敏感器和俯仰姿態(tài)敏感器18安裝在中間板塊的頂面，成像光譜儀15用螺栓吊裝在兩個(gè)邊板塊的底面下；八個(gè)減震座13均布于方位座21的底面并與該底面固定；行程開關(guān)22和11分別安裝在內(nèi)、外框架力矩電機(jī)23和12的定子末端，在內(nèi)、外框架力矩電機(jī)23和12的轉(zhuǎn)軸的末端均連接與行程開關(guān)22和11相配的凸輪22′和11′；兩電磁鎖26和19分別安裝在內(nèi)、外框架的縱軸和橫軸上。在滾動(dòng)姿態(tài)敏感器和俯仰姿態(tài)敏感器18中，滾動(dòng)姿態(tài)敏感器由X向滾動(dòng)軸陀螺和Y向俯仰軸加速度計(jì)組成，俯仰姿態(tài)敏感器由Y向俯仰軸陀螺和X向滾動(dòng)軸加速度計(jì)組成(圖中未表示)。
此外，在平臺(tái)底座29上對(duì)應(yīng)內(nèi)、外框架右上角和左下角的位置上，還鉸接兩個(gè)鎖定架16，在平臺(tái)底座29上分別對(duì)應(yīng)內(nèi)框架對(duì)角和外框架對(duì)角的位置上，還連接四個(gè)彈性限位桿17。當(dāng)需要時(shí)，將鎖定架16向上翻起，可鎖定內(nèi)、外框架，不讓其運(yùn)動(dòng)。當(dāng)飛機(jī)起飛或降落時(shí)，四個(gè)彈性限位桿17可對(duì)內(nèi)、外框架起到緩沖保護(hù)作用。
電動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)28的詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖4所示它由兩行程開關(guān)41、絲杠42、螺母43、拉桿44、軸承45、電機(jī)46與外殼47組成。螺母43通過(guò)拉桿44與平臺(tái)底座29連接，外殼47固定在方位座21上。電動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)通過(guò)拉桿44可驅(qū)動(dòng)平臺(tái)底座29繞豎向偏航軸轉(zhuǎn)動(dòng)。兩行程開關(guān)41則用于限定平臺(tái)底座繞豎向偏航軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。
本平臺(tái)需與控制裝置組成平臺(tái)系統(tǒng)后才能使用。使用時(shí)，將方位座21安裝在機(jī)艙底板上，并使成像光譜儀15穿過(guò)機(jī)艙底板從機(jī)腹探出，對(duì)地面目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)。欲調(diào)節(jié)平臺(tái)方位時(shí)，以手動(dòng)操作電動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)28，通過(guò)拉桿44推動(dòng)或拉動(dòng)平臺(tái)底座29進(jìn)行方位調(diào)整，使平臺(tái)的方向跟蹤飛行軌跡。
下面再結(jié)合圖5敘述平臺(tái)的工作原理當(dāng)飛機(jī)在飛行中發(fā)生滾動(dòng)情況時(shí)，平臺(tái)將受到干擾力矩Mf的影響而產(chǎn)生一個(gè)Θ角的偏差，該偏差角作用于裝在內(nèi)框架上的滾動(dòng)姿態(tài)敏感器，其Y向加速度計(jì)將產(chǎn)生調(diào)平信號(hào)推動(dòng)X向陀螺儀的力矩器，陀螺儀的輸出經(jīng)控制裝置中的伺服校正和功率放大環(huán)節(jié)后，再推動(dòng)內(nèi)框架力矩電機(jī)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩Md，去平衡干擾力矩Mf，于是內(nèi)框架被帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，使平臺(tái)恢復(fù)到原來(lái)的水平位置。
當(dāng)飛機(jī)發(fā)生俯仰情況時(shí)，干擾力矩Mf作用于俯仰姿態(tài)敏感器，這時(shí)平臺(tái)的自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程同上，只不過(guò)此時(shí)是由外框架力矩電機(jī)帶動(dòng)外框架轉(zhuǎn)動(dòng)，并使平臺(tái)恢復(fù)到原來(lái)的水平位置。
飛機(jī)同時(shí)存在滾動(dòng)和俯仰情況時(shí)，平臺(tái)的內(nèi)、外框會(huì)在各自的電機(jī)驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，使平臺(tái)恢復(fù)到原來(lái)的水平位置。
經(jīng)地面模擬測(cè)試，該平臺(tái)系統(tǒng)可在飛機(jī)滾動(dòng)角變化±13°、俯仰角變化±10°、偏航角變化±10°范圍內(nèi)正常工作，其調(diào)平誤差僅為1～3角分。
該平臺(tái)系統(tǒng)已經(jīng)過(guò)實(shí)際飛行試驗(yàn)，并取得了預(yù)想的效果。對(duì)比平臺(tái)鎖定(即平臺(tái)不工作)和平臺(tái)工作兩種情況下的成像圖，后者的成像圖十分清楚。
若飛機(jī)的滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)或俯仰運(yùn)動(dòng)超出平臺(tái)的調(diào)整范圍時(shí)，由于這時(shí)再繼續(xù)對(duì)地面目標(biāo)掃描探測(cè)已經(jīng)沒(méi)有意義，故需將平臺(tái)鎖定。此時(shí)，內(nèi)框架或外框架力矩電機(jī)末端的凸輪22′或11′將壓動(dòng)行程開關(guān)22或11，行程開關(guān)動(dòng)作后，控制裝置便發(fā)出控制信號(hào)，使兩電磁鎖26和19立刻鎖住力矩電機(jī)，將內(nèi)外框架緊緊鎖定。
電磁鎖也可由操作者直接按下“鎖定”電鈕或“解鎖”電鈕進(jìn)行控制。如當(dāng)飛機(jī)飛出航線時(shí)，操作者就應(yīng)直接將平臺(tái)鎖定，進(jìn)入航線時(shí)，應(yīng)對(duì)平臺(tái)解鎖。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)平臺(tái)穩(wěn)定性好，從而使光譜儀得以保持良好的成像姿態(tài)；框架用雙力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)，既保證了足夠冗余的驅(qū)動(dòng)力矩，又可緊湊結(jié)構(gòu)尺寸；框架為空心截面鑄鋁，重量輕、框架轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，不需過(guò)大的驅(qū)動(dòng)力矩；框架采用限位裝置和電磁鎖緊裝置，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)限位保護(hù)；平臺(tái)設(shè)置減震器，可確保飛機(jī)起落時(shí)平臺(tái)安全。
權(quán)利要求1.一種機(jī)載成像光譜儀平臺(tái)，其特征在于它由下列部件組成一方位回轉(zhuǎn)座，其取水平姿態(tài)；一平臺(tái)底座，其由方位回轉(zhuǎn)座支撐，其上設(shè)一對(duì)支撐外框架的左、右軸承座；一電動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)，其螺母和絲杠分別與方位回轉(zhuǎn)座和平臺(tái)底座連接，其驅(qū)動(dòng)平臺(tái)底座繞豎向偏航軸轉(zhuǎn)動(dòng)；兩外框架力矩電機(jī)，其與左軸承座連接；一外框架，其為左右兩端中心固接橫軸且前后兩端中心安裝內(nèi)框架軸承的矩形框，其兩橫軸分別由左右軸承座支撐，其由外框架力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)而繞橫向俯仰軸轉(zhuǎn)動(dòng)；兩內(nèi)框架力矩電機(jī)，其分別連接于外框架的前后端中心外側(cè)；一內(nèi)框架，其為前后兩端中心固接縱軸的矩形框，其兩縱軸分別由外框架上的內(nèi)框架軸承支撐，其套合于外框架之中，其由內(nèi)框架力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)而繞縱向滾動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)；一承載架，其固定在內(nèi)框架頂面的中部；一滾動(dòng)姿態(tài)敏感器和一俯仰姿態(tài)敏感器，其安裝在承載架的頂面；一成像光譜儀，其吊裝于承載架的底面下；一減震座，其均布于方位回轉(zhuǎn)座底面并與該底面固定；兩行程開關(guān)，其分別安裝在內(nèi)、外框架力矩電機(jī)的定子末端，內(nèi)、外框架力矩電機(jī)轉(zhuǎn)軸的末端連接與其相配的凸輪；兩電磁鎖，其分別安裝在內(nèi)、外框架的縱軸和橫軸上。
2.如權(quán)利要求1所述的機(jī)載成像光譜儀平臺(tái)，其特征在于所述承載架由橫向固定在內(nèi)框架頂面中部的三個(gè)板塊組成，所述滾動(dòng)姿態(tài)敏感器和俯仰姿態(tài)敏感器安裝在中間板塊的頂面，所述成像光譜儀用螺栓吊裝在兩個(gè)邊板塊的底面下。
3.如權(quán)利要求1或2所述的機(jī)載成像光譜儀平臺(tái)，其特征在于所述滾動(dòng)姿態(tài)敏感器由滾動(dòng)軸陀螺和俯仰軸加速度計(jì)組成，俯仰姿態(tài)敏感器由俯仰軸陀螺和滾動(dòng)軸加速度計(jì)組成。
專利摘要平臺(tái)由方位座、平臺(tái)底座、電動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)、內(nèi)外框架及其電機(jī)、承載架、姿態(tài)敏感器、光譜儀、減震座、行程開關(guān)、電磁鎖組成。平臺(tái)底座由方位座支撐，并可由電動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)而繞偏航軸轉(zhuǎn)動(dòng)，外框架由平臺(tái)底座支撐，并可由外框架力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)而繞俯仰軸轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)框架由外框架支撐，并可由內(nèi)框架力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)而繞滾動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，成像光譜儀、姿態(tài)敏感器均由內(nèi)框架承載。該平臺(tái)穩(wěn)定性好，它能確保飛機(jī)在大氣中飛行姿態(tài)變化的情況下，使多光譜成像儀保持良好的成像姿態(tài)，它可應(yīng)用于航空遙感領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01J3/00GK2243071SQ96212119
公開日1996年12月18日 申請(qǐng)日期1996年5月29日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月29日
發(fā)明者譚占祥, 孟憲華, 王會(huì)云, 王德釗, 朱立, 李濟(jì)民, 錢寬達(dá), 黃兆東, 何鐘琦, 陳孝春 申請(qǐng)人:譚占祥, 孟憲華, 王會(huì)云, 王德釗, 朱立