机载多框架光电吊舱无转角隔振方式设计_田素林

机载多框架光电吊舱无转角隔振方式设计

摘要：分析了光电侦察吊舱隔振器的作用以及对机载光电吊舱测量精度的影响，提出了一种多框架光电吊舱的隔振措施，该方法通过对振动的分级衰减，可以有效隔离由光电吊舱载体引起的20Hz以上的振动。通过对隔振器的结构设计，使隔振器按照X、Y、Z向平动，不产生转角，解决了隔振和精确测量的矛盾。关键词：多框架；光电吊舱；转角；隔振器中图分类号：V248.1

文献标识码：A

文章编号：1672－9870（2009）04－0538－04

收稿日期：200912作者简介：田素林（1972

第4期田素林，等：机载多框架光电吊舱无转角隔振方式设计

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响。其结构原理图如图1所示。

方位轴

基座方位框架

俯仰轴

察和目标定位。对目标侦察，要求摄像系统具有足

够的地面分辨率，并且图像清晰稳定，无抖动、模糊现象。对目标定位，要求光电吊舱系统能够在自动跟踪状态下，准确测量出目标相对于飞机的空间位置，从而解算出目标的实际位置［3］，测量原理如图2所示。其中，A-目标相对飞机的方位角；E-目标相对飞机的俯仰角；L-

目标距飞机的距离。

俯仰框架电视/红外摄像机

图1Fig.1

光电稳定吊舱结构原理图

Principleofphotoelectricturretstructure

光电吊舱一般安装在飞机或舰艇上，载体的运动是随机而复杂的。相对于线振动，一定频率的角振动会加大摄像系统的像移量，使像质下降，降低光学系统的分辨率。计算表明，线振动振幅为lmm的影响和地物相对于飞机上的CCD探测器产生的像移都可忽略不计，并且传递函数很高；角振动影响却非常大，传递函数很低；振幅的角振动(30")产生的像移是线振动振幅为lmm时产生像移的436倍。因此角振动对成像质量的影响比线振动大得多［1］。不仅如此，振动引起的隔振器转动会导致光电吊舱的吊舱坐标系相对于飞机坐标系发生旋转，使具有测量功能的光电吊舱的测量不准确，带来较大测量误差。

为消除振动带来的视频图像的像移，获得清晰稳定的实时图像，工程上通常采用主动隔振和被动隔振组合的方式对振动进行隔离，对低频，采用陀螺仪实时敏感并纠正载体的姿态变化，可以实现视轴在惯性空间内的稳定。对20Hz以上的中高频振动，由于受到光电吊舱框架结构刚度、关节连接刚度的限制，系统带宽一般低于25Hz。所以高于20Hz的振动就不能依靠主动隔振的方式进行隔离。实际上20Hz以上的角振动同样会使光学系统产生像移，使光学系统的传递函数下降，因此必须采用相应的隔振措施隔离20Hz以上的中高频振动。通常采用隔振器来实现这一功能。隔振器的作用等效于一个低通滤波器，理想的隔振器是将X、Y、Z三个方向上20Hz以上的振动全部隔离，并且隔振器三个方向的固有频率相同或接近，即要求隔振器能够实现所谓的“三向等刚度”。

图2

光电吊舱测量原理图

Fig2.Measureprinciplieofphotoelectricturret

影响飞机系统对目标空间位置准确定位的因素有：光电吊舱的测角误差、光电吊舱相对于飞机基准的安装误差、隔振器误差、飞机惯导误差、链路误差等［4］，以上影响因素中，最不确定的因素为隔振器带来的测量误差。光电吊舱通过隔振器与飞机相连，相当于柔性连接，由隔振器的转动带来的测量误差是随机误差，因此很难定量测量修正。在设计时一般都会尽量减小该误差，例如隔振器对称布局，隔振器支撑中心与仪器重心尽量一致等等，会减小隔振器误差，但减小效果并不明显。实践表明，光电吊舱重量越轻，由隔振器引起的测量误差越大。这是因为重量较轻的光电吊舱更容易受到飞机的激振产生较大的旋转运动。此外还与飞机的巡航速度有关。如果飞机的飞行速度较高，例如达到500km/h时，风洞试验表明，由光电吊舱产生的风阻力将达到10～20kg，那么隔振器误差将会被极大化，系统的目标定位精度将难以满足要求。图3是隔振器变形后引起的平台坐标系与载机坐标系发

生偏转的示意图。

越大，测量误差越大，而隔振

效果越好。因此，隔振器的隔振能力和测量精度是一个矛盾过程。

2隔振器对机载光电吊舱测量精度的影响

光电侦察吊舱一般需要完成两项任务：目标侦

3多框架光电吊舱隔振设计

为提高光电吊舱的视轴稳定精度，同时克服外界风阻力矩对稳定视轴带来的不利影响，通常采用

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长春理工大学学报（自然科学版）2009年

X、Y、Z—载机坐标系；X'、Y'、Z'—隔振器旋转后的平台坐标系图3隔振器变形后引起的平台坐标系与载机坐标系的偏转Fig.3

Positionrevolutionbetweenaerocrafetandturret

该隔振器方案对测量精度的影响仅限于隔振器定位

导杆与隔振器基体之间的间隙量。而该间隙量相对于软连接而言几乎可以忽略不计。因此可以大大提高光电吊舱系统的测量精度。

隔振材料采用金属橡胶垫，该材料是优异的隔振吸振材料，随着外力和外界激励的加大，其固有频率会减小，即该材料具有刚度渐软特性。结构如图5、图6所示。通过振动试验评估隔振器隔振效果，由振动理论可知，隔振器所能隔离的振动频率要大于其自身固有频率的2倍，因此可以计算出外框架隔振器Z向固 …… 此处隐藏：2102字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……