车载光电稳定平台外框架优化设计

为使车载稳定平台在动态载荷状态下满足系统精度要求,对车载光电稳定平台外框架进行了优化设计。介绍了外框架材料的选择原则与外框架的结构形式;运用UG软件对外框架进行三维建模;采用理论分析与有限元计算相结合的手段,对外框架结构进行了分析与设计;并基于MSC软件进行了仿真校核。结果表明：本文设计的外框架能在满足刚度强度的前提下...     

车载光电稳定平台外框架优化设计

为使车载稳定平台在动态载荷状态下满足系统精度要求,对车载光电稳定平台外框架进行了优化设计。介绍了外框架材料的选择原则与外框架的结构形式;运用UG软件对外框架进行三维建模;采用理论分析与有限元计算相结合的手段,对外框架结构进行了分析与设计;并基于MSC软件进行了仿真校核。结果表明:本文设计的外框架能在满足刚度强度的前提下实现较小的转动惯量,静力状态下的最大变形量为2.6μm,满足使用要求。     

两轴四框架光电稳定平台的稳定解算

光电稳定平台常采用两轴四框架的结构形式扩大稳定跟踪范围和提高跟踪精度,内外框架之间由于机械结构连接产生耦合,为建立稳定解算方程,分析两轴四框架光电稳定平台的工作原理,通过各框架转轴坐标旋转关系,利用转移矩阵,推导出稳定解算方程和甲板坐标系的角位移解算公式,在典型工程实际条件下,比较公式计算的理论值与直接利用测角量累加值...     

两轴四环架稳定系统抗扰性能分析

两轴四环架稳定是一种高精度的陀螺稳定方案,广泛应用于机载光电侦察吊舱等侦察监视设备中.分析了两轴四环架稳定平台的主要扰动源及其对系统的影响,根据多框架光电稳定平台的结构推导出各框架的运动学耦合方程,并且分析了该光电稳定平台在抗扰性能方面的主要优点.对两轴四环架系统控制模型的仿真计算表明两轴四环架稳定系统的稳定精度为0.04mrad.     

差动柔性绳传动惯性稳定平台载荷分析与结构校核

针对一种新型柔索传动差动结构稳定平台结构设计问题,开展平台载荷分析和框架结构强度以及稳定性校核研究。根据平台的实际工况和载荷特点,将载荷划分为惯性载荷、质心偏移加速度载荷、摩擦载荷和环境载荷,分类计算并进行载荷综合和功率估算;以回转架结构为例进行结构静动态校核,根据载荷分析结果,对框架结构进行有限元分析,校核结果显示回转架具有良好的静动态特性:平台框架调转及随载体机动过程中的变形在系统允许的范围之内,满足设计要求;框架结构一阶固有频率为156.04 Hz,远高于伺服系统工作带宽,不会引起谐振,具有较高的结构动态稳定性。     

机载光电跟瞄平台动态准确度测试研究

分析了光电跟瞄平台的随动稳像准确度、稳定准确度和瞄准线稳定准确度等,提出了动态准确度的光电测试方法.通过搭建一定的试验环境,测试多传感器光电系统的光电跟瞄平台动态准确度的各项性能指标.研究结果表明,通过光电法测试光电跟瞄平台动态准确度的各项性能指标,可满足测试光电跟瞄平台和光电传感器系统动态瞄准准确度的要求,有利于复杂多传感器光电跟瞄系统的准确度分析与控制.     

航空光电侦察平台内藏式扫描系统像旋分析及补偿

为了解决传统光电侦察平台外露球形结构增大飞机雷达散射截面的问题,提出一种采取双反射镜绕俯仰轴和方位轴旋转实现大角度扫描的方法,该扫描方式的外露尺寸小,可与载机进行共形设计以保证飞机隐身性能。基于光反射矢量理论,对扫描系统成像特性进行了研究,对双反射镜绕俯仰轴和方位轴旋转所产生的像旋进行了定量分析,得出了像旋角大小和方向与双反射镜旋转角度和方向的确切关系,并以此作为像旋补偿的理论依据,提出一种通过控制消旋棱镜消除像旋的双向控制方法,实现扫描镜与消旋机构的严格协同运动。通过成像实验进行了验证,消除了所产生的像旋,计算可得消旋精度均方根值小于8′,实现了较高精度光学消像旋。     

基于有限包络圆的光电平台传感器布局设计

为保证光电平台视轴稳定精度,在装配阶段需要通过配平来最小化其静不平衡力矩。为降低某两轴四框架形式机载光电平台的静不平衡力矩,建立了一种多传感器布局优化设计方法。以各传感器的布局位置为变量,基于有限包络圆方法实现各传感器间的不干涉约束,快速得到具有较小静不平衡力矩的传感器布局方案。该方法成功将某光电平台关于内方位、内俯仰运动轴系的静不平衡力矩分别降低了45%和68%,有效降低了配平质量,提高了光电平台性能。     

周视大像旋稳海天线方位截距补偿算法

 为使两轴周视光电探测系统在三自由度扰动和大像旋条件下搜索并跟踪水面目标,在虚拟天际线焦平面像五自由度解析表达式基础上,推导出以目标像点和像旋中心线距离作为补偿截距的周视大像旋稳海天线方位截距补偿算法。通过对补偿截距与系统焦距的比值求反正切函数得到补偿角的绝对值,将目标像点和像旋中心点坐标转换到方位旋转坐标系下,并以转换后二者横坐标的代数差正负号作为补偿量的符号判据。该算法是在存在非线性大角度像旋情况下使目标像点逼近像旋中心线,与俯仰机构的向量角补偿算法联动能够使目标像点始终逼近焦平面原点。数学模型仿真验证了单次补偿能够将残差减小到1%左右,真实工况试验也验证了方位截距补偿算法的合理性。     

大俯仰角度的两轴两框架平台稳定技术

为了解决大俯仰角度方位平台稳定性能降低的问题,利用两轴两框架稳定平台稳定原理,分析在传统方位陀螺安装方式下,大俯仰角度时方位平台稳定性能降低的原因以及正割补偿带来的噪声等问题,提出在方位平台上安装2个正交的方位、横滚陀螺,解算出瞄准线方位惯性角速度,从而实现大俯仰角度下的方位稳定控制方法。仿真实验验证了该方法可以提升大俯仰角度下两轴两框架平台的方位稳定控制性能,减小陀螺噪声对控制性能的影响,在同等条件下,方位稳定误差峰峰值由450 urad减小为250 urad。     

地平式望远镜跟踪机架结构设计与分析

针对某700 mm口径地平式望远镜系统，提出了一种U型跟踪架的结构设计方案。跟踪架结构中方位轴系采用双排密珠球轴承，轴承设计为双排轴向止推钢珠及双排径向钢珠结构，滚珠的密集及均化作用可保证轴系具有高回转精度。俯仰轴系设计采用一端固定、一端游动的结构方式，以补偿机械误差及热变形对回转精度的影响。对望远镜跟踪架进行有限元建模，分析得出其一阶谐振频率可达到47.6 Hz，说明它具有良好的模态特性。使用电子水平仪及自准直仪分别对方位轴及俯仰轴进行定量检测，方位轴轴系晃动优于1.3″，俯仰轴轴系晃动优于1.8″。通过仿真分析及实验测试，证明设计的望远镜跟踪架结构具有高刚度及高回转精度，为同类跟踪架的结构设计提供了一定的参考价值。     

基于目标运动的复眼式双目视觉测距法

昆虫（螳螂）复眼利用目标的动态差异实现立体视觉，具有视场大、计算简单、实时性高等特点，是立体视觉研究的新方向。为实现复眼立体视觉在机器人视觉导航中的应用，根据复眼结构以及信息处理机制，提出并研究了环形光电传感器的目标快速检测与定位方法。首先，搭建了基于60个光电二极管的等6°夹角分布式环形传感器，形成具有360°视场的环形仿生复眼；其次，建立了基于光流原理的运动目标方位角检测模型，采用傅里叶拟合法实现了方位角检测模型的优化，实现了运动目标方位角与目标距离大视野范围内的简单、快速检测。实验结果表明:1）可实现距离375 mm范围内运动速度为30 mm/s的目标方位角实时检测，测量误差在2°范围内；2）基于目标方位角检测模型，可实现双目阵列传感器在300 mm×375 mm视野重叠区域范围内、平均测量误差在10 mm范围内的立体视觉测距。基于光流的运动目标方位角检测模型可用于实现对运动目标空间位置的动态实时检测，在运动检测、视觉导航等领域具有广泛的应用前景。     

Research on six degrees of freedom compound control technology for improving photoelectric pod pointing accuracy

High line-of-sight (LOS) pointing precision is a prerequisite for improving the laser confrontation capability of a photoelectric interference pod. In a traditional photoelectric pod, the time delay in TV tracking reduces the system phase margin, system stability and LOS pointing precision. In view of this deficiency, a normalized LMS algorithm is introduced to compensate for the TV camera delay in the inner gimbal position loop of a two-axis and four-gimbal structure, which can allow a pod to avoid system phase margin reduction. Meanwhile, a fast steering mirror (FSM) system is used to improve the LOS pointing precision. First, this paper proposes a normalized LMS algorithm. Second, a compound control structure, with an outer gimbal analog controller and an inner gimbal lag–lead controller, is designed. Finally, the FSM beam control precision is analyzed. The experimental results show that the normalized LMS algorithm yields almost no delay; moreover, the azimuth and pitch beam control accuracies are greater by a factor of 15 and 3, respectively, compared with those of a conventional photoelectric pod.     

MEMS压电水听器和矢量水听器研究进展*

基于微电子机械系统制造技术的MEMS压电水听器和矢量水听器具有小型化、低功耗、低成本、易成阵、无源、噪音低等优点。对基于ZnO薄膜的MEMS水听器和矢量水听器进行了研究,测试结果表明,硅微压电水听器的灵敏度为-192 d B(ref.1 V/μPa),基本达到实用化的要求。MEMS压电矢量水听器等效声压灵敏度为-229.5 d B(ref.1 V/μPa),比同类型压阻式MEMS矢量水听器的灵敏度高17 d B,但还未达到实用化要求。为了进一步提高MEMS矢量水听器的灵敏度,设计了具有U形槽的压电复合悬臂梁结构和电极串联结构,采用具有更高压电系数的掺钒ZnO薄膜作为压电层,并对MEMS制备工艺进行了改进,有望显著提高MEMS矢量水听器的灵敏度。     

多环架视轴稳定跟踪结构的运动学分析

根据视轴稳定跟踪的运动学原理,分析多环架结构的运动特点,指出结构形式的选择依据。采用PIOGRAM图方法,对两轴、三环两轴以及四环两轴结构分别进行讨论,通过角度和角速度的变换关系对环架自锁、跟踪盲区等现象作了运动学阐述,最终得出了各自适用的载体以及目标运动环境。该研究方法同样适用于其他多轴结构,对多环架结构的几何误差分析等也具有参考价值。     

中子斩盘负载分析和运动控制器设计

为了实现中子波段调节斩盘相位的高速、高精度控制,分析了系统的负载特性并建立了由斩盘实体和驱动电机构成的二质量系统模型。设计了电流、速度和位置串级控制器,根据控制系统的工程设计方法和现代控制理论给出了3个调节器结构选择及参数整定的具体方法。结果表明:在中子斩盘以旋转频率27.5Hz工作时,其相位控制扰动误差为-1.325 25~1.325 25μs,稳态误差为-2.583μs,符合中子斩波器应用要求。     

空间相机主反射镜的拓扑优化设计

为满足空间反射镜高面形精度、高轻量化率的要求,在外径700mm圆反射镜的设计过程中引入拓扑优化方法,依据变密度法建立了SIMP模型。在反射镜光轴方向重力工况下,以结构整体柔度为设计约束,最小体积为设计目标进行迭代,优化设计出了RMS值为8．89nm,轻量化率达82％的反射镜模型。在同等质量下,基于传统的三角形轻量化孔结构设计出的反射镜模型RMS值为11．75nm,轻量化率为65％。在径向重力工况下,拓扑优化结构也能满足面形要求。计算结果表明,拓扑优化的轻量化形式在面形和轻量化率上都优于传统形式。     

CCD非可视区域下空间方位角检测方法

传统单目视觉系统在测量物体空间方位角方面存在一定的局限性,只能检测出视场范围内物体的空间方位角,对于不在CCD视场范围内物体的检测难以实现。为此,提出一种旋转矩阵法来测量非可视区域下物体的空间方位角。旋转矩阵法根据张正友标定法原理,通过对合作目标上的特征点进行识别标定处理,求出合作目标旋转轴空间方位角,间接求出物体在CCD非可视区域下的空间方位角。实验表明,该方法具有一定的可行性和稳定性,采用该方法计算出的物体空间方位角的均方根误差均不高于0.06。     

结构现场可调的点激光精密测量系统

为了实现激光传感器测头可以根据现场条件来实时改变入射角度,建立了结构可调的点激光测量系统。建立了相机的针孔模型,利用张正友标定算法得到该相机模型的内部参数,定义点激光测量系统中的光心角,推导出利用像点坐标和相机内部参数实时求取光心角公式。建立了点激光测量系统的数学模型,引入点激光测量系统的结构参数:基线距和基准角,利用零平面和两个基准面标定系统结构参数。利用标定得到的系统结构参数进行实时的逆向工程在线测量。实验结果表明:测量系统量程为75mm时,该标定算法最大标定误差≤0.02mm,点激光测量系统的测量误差≤0.06mm,达到精密测量的要求。     

同轴脉冲形成线的运输振动环境适应性研究

为了准确评估某MV级Tesla型脉冲功率源的运输振动环境适应性水平,针对脉冲功率源中采用悬臂绝缘支撑结构的同轴脉冲形成线,通过仿真和试验结合的方法开展研究。针对叠层结构式内外磁芯,提出一种通过结构元胞等效材料参数和坐标变换的等效建模方法进行有限元建模,通过模态试验修正有限元模型,首次对比研究了绝缘油对形成线的模态频率和阻尼的影响,仿真分析了形成线车载运输典型工况的应力及响应,设计实施了大尺寸形成线等效件振动试验进行验证。通过振动试验发现了形成线结构存在非线性,通过仿真分析和等效件试验验证,同轴脉冲形成线现有结构设计基本满足车载运输振动环境适应性要求。