[发明专利]面向机载广域侦察监视应用的反扫稳定一体化多环架平台

权利要求书

1.一种面向机载广域侦察监视应用的反扫稳定一体化多环架平台，其特征在于，所述平台安装在有人或无人载机平台(A1)上，所述平台的广域扫描中心轴线(C1)与载机平台(A1)飞行航向(D1)平行，在扫描系统进行广域扫描过程中需要所述平台提供广域扫描运动(M2)，同时要求提供针对飞行航向(D1)运动的第一反向补偿运动(M1)，同时要求在对单帧扫描区域(I1)凝视成像过程提供第二反向补偿运动(M3)确保瞄准线(L1)持续凝视单帧扫描区域(I1)的中心点(P1)，使扫描系统的光电传感器在其积分时间内稳定曝光成像，在扫描系统的广域扫描运动(M2)至极限位置反向广域扫描时要求提供与飞行航向(D1)一致的换行运动(M4)。

2.如权利要求1所述的面向机载广域侦察监视应用的反扫稳定一体化多环架平台，其特征在于，所述平台包括：载机共形框架(1)、广域扫描环架(2)、运动补偿/二级稳定环架(3)以及电子单元(4)；

所述载机共形框架(1)包括：主框架(1-1)、右侧盖(1-2)、顶盖(1-3)、左侧盖(1-4)、第一加热组件(1-5)、外部接插件(1-6)、外左端轴系(1-7)、外右端轴系(1-8)和隔振组合(1-9)；所述载机共形框架(1)通过主框架(1-1)确定多环架平台的外横滚中心轴线(1A)；主框架(1-1)、右侧盖(1-2)、顶盖(1-3)、左侧盖(1-4)、外部接插件(1-6)、外左端轴系(1-7)、外右端轴系(1-8)共同形成独立密闭的电子舱体(1B)，满足载机从近地到高空的独立舱体密封要求；隔振组合(1-9)具有分别与主框架(1-1)匹配和载机平台(A1)匹配的组合接口，呈线性或圆周阵列布局组合隔振器，隔振器用于隔离载机平台(A1)传递到反扫/稳定一体化多环架平台的线性和角度扰动；

所述主框架(1-1)为长柱形壳体双臂框架，在左右两端框臂上设有左圆柱孔(1-1A)和右圆柱孔(1-1B)，具有共同的第一中心轴线(1-1C)，与载机共形框架(1)的外横滚中心轴线(1A)一致，左圆柱孔(1-1A)和右圆柱孔(1-1B)轴向向外设置有平端面，分别与外左端轴系(1-7)和外右端轴系(1-8)密封组合；左右两端框臂中部空腔部位连接放置广域扫描环架(2)，左右两端框臂轴向两端向外形成空腔(1-1F)，并设置有错向筋板平台(1-1J)用于组合相关电子器件、温控装置；在左右两端空腔(1-1F)外围端面(1-1H)上密封组合左侧盖(1-4)和右侧盖(1-2)；左端空腔(1-1F)外围端面(1-1H)上还设置有电气连接通孔(1-1N)，与外部接插件(1-6)密封组合实现环架平台与载机之间的电源、数据、指令联通；主框架(1-1)上部设置四周舱壁形成上部空腔(1-1L)，上部空腔(1-1L)与左右两端框臂为一体构型，轴向两端舱壁与左右两端框臂外围端面(1-1H)齐平，底部设置有错向筋板平台(1-1K)，第一加热组件(1-5)固定在上部空腔(1-1L)的错向筋板平台(1-1K)上或左右两端空腔(1-1F)的错向筋板平台(1-1J)上，第一加热组件(1-5)包含加热器、风机和连接座；在顶部平面(1-1G)上密封组合连接顶盖(1-3)，上部空腔(1-1L)通过轴向的左端孔洞(1-1E)和右端孔洞(1-1D)与左右两端框臂轴向上的空腔(1-1F)连通，共同形成载机共形框架(1)的电子舱体内腔；在左右两端框臂和上部空腔(1-1L)外围前后两侧设置安装平台(1-1M)，用于组合隔振组合(1-9)实现对载机平台振动、冲击的衰减隔离；

所述广域扫描环架(2)用于实现系统广域扫描侦察过程中的对地大范围连续扫描回转运动，其运动角度范围W1与载机的飞行高度、扫描幅宽条件要求相关，所述广域扫描环架(2)包括驱动机构(2-1)、从动轮(2-2)、限位块(2-3)、外框架(2-4)、外刚性连接件(2-5)、前盖板(2-6)和后盖板(2-7)；其中，驱动机构(2-1)、限位块(2-3)与载机共形框架(1)中的主框架(1-1)组合，从动轮(2-2)与外右端轴系(1-8)组合，外框架(2-4)同时与外左端轴系(1-7)和外右端轴系(1-8)组合，第四中心轴线(2A)与外横滚中心轴线(1A)一致；外框架(2-4)、前盖板(2-6)、后盖板(2-7)和主框架(1-1)中外左端轴系(1-7)和外右端轴系(1-8)中的密封接插件共同形成独立密封的任务舱体(2B)；所述限位块(2-3)为柱形凸块，固定在主框架(1-1)中右端框臂腔内的错向筋板平台(1-1J)上，数量为2个，固定相对位置由广域扫描环架(2)运动角度范围W1确定；

所述从动轮(2-2)与驱动机构(2-1)的驱动轮组合配对，在电机驱动、减速箱与轮系大传动比减速作用下实现广域扫描环架(2)的连续扫描运动，通过配合圆柱(2-2B)和端平面(2-2A)与外右端轴系(1-8)组合实现二者中心轴线一致，进而与广域扫描环架(2)的第一中心轴线(2A)一致；在端平面(2-2A)上径向靠外区域设置限位块(2-2C)，与2个限位块(2-3)共同作用约束广域扫描环架(2)运动角度范围W1；

所述外框架(2-4)为长圆柱筒形，左右两端侧面中心设置左端圆柱孔(2-4E)和右端圆柱孔(2-4B)以及相应的左平端面(2-4D)和右平端面(2-4C)，左端圆柱孔(2-4E)和右端圆柱孔(2-4B)与第二中心轴线(2-4K)一致；通过左端圆柱孔(2-4E)和左平端面(2-4D)与外左端轴系(1-7)密封组合，通过右端圆柱孔(2-4B)和右平端面2-4C与外右端轴系(1-8)密封组合，通过左右两端的圆柱孔配合实现第二中心轴线(2-4K)与广域扫描环架(2)的第四中心轴线(2A)进而与载机共形框架(1)的外横滚中心轴线(1A)一致；外框架(2-4)长圆柱筒形内部两端设置左端平面(2-4F)和右端平面(2-4G)，分别用于安装外刚性连接件(2-5)；外框架(2-4)长圆柱筒形内部两端靠近柱形内壁部位设置第一加热器(2-4M)、第二加热器(2-4I)、第一风机(2-4L)和第二风机(2-4J)，加热器可以为陶瓷材料或者硅胶电加热器，通电加热任务舱体(2B)内附近空气并通过风机使加热空气在特定通道上流通；外框架(2-4)长圆柱筒形内部两端圆柱孔周围对称设置预留柔性连接固定平面(2-4H)，每端对称设置2个或4个，两端共计对称设置4个或者8个；外框架(2-4)长圆柱筒形前后两端设置盖板连接固定平面(2-4A)，分别用于固定连接前盖板(2-6)和后盖板(2-7)；前盖板(2-6)外廓与外框架(2-4)一致，并设置窗口玻璃，与前盖板(2-6)通过胶结进行密封组合；后盖板(2-7)外廓与外框架(2-4)一致，设置有气压调节阀、充气阀、湿度计、干燥器和加热组件，加热组件包含加热器、风机和连接座，加热器为陶瓷材料或者硅胶电加热器；在广域扫描环架(2)的任务舱体(2B)内与外框架(2-4)中的第一加热器(2-4M)、第二加热器(2-4I)、第一风机(2-4L)和第二风机(2-4J)同步工作，通过控制风机转向、通风流量和加热器通断、电流实现广域侦察监视系统在高空低温环境中任务舱体(2B)内部温度满足光学器件的正常工作要求；

所述外刚性连接件(2-5)对称置于外框架(2-4)长圆柱筒形两端，外圆柱(2-5A)分别与外框架(2-4)的左端圆柱孔(2-4E)和右端圆柱孔(2-4B)配合，实现第三中心轴线(2-5K)和第二中心轴线(2-4K)一致，端面(2-5B)分别与外框架(2-4)的左端平面(2-4F)和右端平面(2-4G)贴合，同时确保侧平面(2-5C)与外框架(2-4)的盖板连接固定平面(2-4A)垂直，然后进行组合连接；平面(2-5D)以及其上设置的定位销孔(2-5E)用于定位连接运动补偿/二级稳定环架(3)；

所述运动补偿/二级稳定环架(3)为多轴多环架机构，具有内俯仰轴线(3A)和内横滚轴线(3B)，其中内横滚轴线(3B)与广域扫描环架(2)的第四中心轴线(2A)一致；运动补偿/二级稳定环架(3)包含内框架(3-1)、内左端轴系(3-2)、内右端轴系(3-3)、内上端轴系(3-4)、内下端轴系(3-5)、内刚性连接件(3-6)、光学支撑件(3-7)、望远组件(3-8)、快反镜(3-9)、传感器光学组件(3-10)、光电探测器(3-11)、惯性速率传感器(3-12)；快反镜(3-9)为具有基于子坐标系(3C)的双轴回转机构，可以为压电驱动、音圈电机驱动型式，配置有应变式或者电涡流位置传感器；

所述内框架(3-1)的框架(3-1A)上分别沿内俯仰轴线(3A)和内横滚轴线(3B)设置两组共四个圆柱孔：左圆柱孔(3-1H)、右圆柱孔(3-1J)和上圆柱孔(3-1E)、下圆柱孔(3-1F)，在每一个圆柱孔内端或者外端设置左端面(3-1I)、右端面(3-1K)、上端面(3-1D)、下端面(3-1G)，内俯仰轴线(3A)和内横滚轴线(3B)共面正交；通过左圆柱孔(3-1H)和左端面(3-1I)组合连接内左端轴系(3-2)，内左端轴系(3-2)配置有轴承、角度传感器，通过右圆柱孔(3-1J)和右端面(3-1K)组合连接内右端轴系(3-3)，内右端轴系(3-3)配置有轴承、驱动电机，内左端轴系(3-2)和内右端轴系(3-3)还设置有组合连接内刚性连接件(3-6)的圆柱孔和端面，内框架(3-1)、内左端轴系(3-2)和内右端轴系(3-3)共同组成内横滚环架，同时内框架(3-1)前后两侧面(3-1L)的左右两端分别与内刚性连接件(3-6)限制内横滚环架运动角度范围W2；通过上圆柱孔(3-1E)和上端面(3-1D)组合连接内上端轴系(3-4)，内上端轴系(3-4)配置有轴承、角度传感器，通过下圆柱孔(3-1F)和下端面(3-1G)组合连接内下端轴系(3-5)，内下端轴系(3-5)配置有轴承、驱动电机，内上端轴系(3-4)和内下端轴系(3-5)还设置有组合定位光学支撑件(3-7)的连接平面和定位销孔，内上端轴系(3-4)、内下端轴系(3-5)和光学支撑件(3-7)及其支撑器件共同组成内俯仰环架，作为内横滚环架的负载而嵌套于其中，并由内下端轴系(3-5)上的限位结构限制内俯仰环架运动角度范围W3；

所述内刚性连接件(3-6)配置数量为2，通过圆柱面(3-6C)和端平面(3-6B)分别与置于内框架(3-1)左右两端的内左端轴系(3-2)和内右端轴系(3-3)组合连接，实现第五中心轴线(3-6A)与内横滚轴线(3B)一致；组合后靠近两个侧平面(3-6H)的第一凸台(3-6D)上的第一侧面(3-6G)和第二凸台(3-6E)上的第二侧面(3-6F)分别与内框架前后两侧面(3-1L)共同限制内横滚回转范围W2；然后两个内刚性连接件(3-6)的端面(3-6I)分别与广域扫描环架(2)中外刚性连接件(2-5)的平面(2-5D)贴合，定位销孔(3-6J)与外刚性连接件(2-5)的定位销孔(2-5E)对齐并用螺钉将内刚性连接件(3-6)与广域扫描环架(2)连接组合，实现内横滚轴线(3B)与广域扫描环架(2)的第一中心轴线(2A)一致，此时侧平面(3-6H)与外刚性连接件(2-5)的平面(2-5D)一致；

所述光学支撑件(3-7)外形为圆柱形或者多面棱柱形，内腔(3-7G)与望远组件(3-8)要求的通光形状匹配为圆柱形，通过内底面(3-7H)和前端面(3-7B)组合支撑望远组件(3-8)，望远组件(3-8)按照广域侦察监视系统要求确定具体形式尺寸，为反射式、折射式或者折反射形式，组合时要求望远组件(3-8)的光轴与中心轴线(3-7A)一致；外底面(3-7C)组合支撑快反镜(3-9)、传感器光学组件(3-10)、光电传感器(3-11)、惯性速率传感器(3-12)，光学单元(3-10)为可见光、近红外、中波红外或者长波红外光学的一种或者几种的组合，相应的光电传感器(3-11)也为可见光、近红外、中波红外或者长波红外光学的一种或者几种的组合，快反镜(3-9)置于望远组件(3-8)和传感器光学组件(3-10)之间；侧面(3-7D)可用于连接组合激光测距机、激光照射器、连续变焦可见光或者红外传感器或者惯性测量单元等，惯性速率传感器(3-12)敏感运动补偿/二级稳定环架(3)的内俯仰轴(3A)和内横滚轴(3B)的惯性角速率；上下两端的连接面(3-7F)分别与内上端轴系(3-4)的第一负载连接面和内下端轴系(3-5)的第二负载连接面贴合，通过定位销孔(3-7E)分别与相应的定位销孔和定位销孔对齐，采用螺钉将其分别与内上端轴系(3-4)和内下端轴系(3-5)连接组合；

所述快反镜(3-9)集成有反射镜(3-9A)、回转机构(3-9B)，通过安装面(3-9C)与光学支撑件(3-7)的外底面(3-7C)贴合，用螺钉将快反镜(3-9)与光学支撑件(3-7)连接组合，并且实现快反镜(3-9)与望远组件(3-8)、传感器光学组件(3-10)、光电传感器(3-11)的一致组合；回转机构(3-9B)驱动反射镜(3-9A)基于子坐标系(3C)的第一坐标轴(3C-X)和第二坐标轴(3C-Y)转动，进而驱动系统光轴进行二维回转运动；

所述电子单元(4)包含处理电路板组合(4-1)、惯性测量单元IMU(4-2)、伺服接口板(4-3)、电源板(4-4)；电路板组合(4-1)基于公用母板集成了计算机板、伺服驱动板和跟踪器板，这些电路板用于进行系统工作过程中的信号传递、数据计算处理，惯性测量单元IMU(4-2)用于敏感一体化多环架平台的整体姿态，并结合安装于载机上的GPS接收天线敏感一体化多环架平台的地理位置，伺服接口板(4-3)用于进行一体化多环架平台的环架伺服驱动，电源板(4-4)对来自于载机的输入电源进行转换分配满足广域侦察监视系统中各电子电气元器件的用电需求。