专利名称：一种小型高精度凝视型红外光电稳定跟踪平台的制作方法
技术领域：
本发明属于一种光电稳定跟踪平台技术领域，具体涉及一种可应用于光电探测和红外导引头的小型高精度凝视型红外光电稳定跟踪平台。
背景技术：
光电平台广泛应用于搜索跟踪系统、光电探测系统、导引头技术等，光电平台是上述系统的关键组成部分，起到稳定光电载荷、搜索和跟踪视线目标的作用。新一代的红外探测系统要求光电稳定跟踪平台体积小、精度高，跟踪范围大，传统光电平台框架结构采用三框架或两框架配置，但三框架稳定平台体积和重量大，成本高，而在小型红外光电平台领域多采用动力陀螺稳定线阵红外热像仪，受红外热线仪成像特点的影响，动力陀螺稳定方式却不适合稳定凝视型焦平面红外热像仪，因此，两框架稳定平台是实现其体积小、精度高、跟踪范围大的理想选择。
发明内容
本发明为了克服现有凝视型焦平面红外稳定跟踪系统体积大、精度差的缺点，提供了一种小型高精度凝视型红外光电稳定跟踪平台，实现了凝视型红外导引头系统光电稳定跟踪平台的小型化和闻精度。实现本发明目的的技术方案一种小型高精度凝视型红外光电稳定跟踪平台，它包括俯仰伺服平台、安装在俯仰伺服平台下部的滚转伺服平台、安装在滚转伺服平台的下部的数字伺服电路。所述的俯仰伺服平台包括俯仰轴、套在俯仰轴两端的两个俯仰轴承、安装在俯仰轴一端的俯仰测角码盘、用于支撑俯仰轴一端的码盘端俯仰支架、用于支撑俯仰轴另一端的光路端俯仰支架以及安装在俯仰轴中部的俯仰驱动电机和俯仰陀螺，码盘端俯仰支架和光路端俯仰支架安装在滚转伺服平台上。所述的俯仰轴的一端通过一个俯仰轴承安装在码盘端俯仰支架顶部，俯仰轴的另一端通过另一个俯仰轴承安装在光路端俯仰支架顶部；俯仰测角码盘位于码盘端俯仰支架顶部、且套在俯仰轴的一端外；码盘端俯仰支架底部固定在滚转伺服平台上；俯仰驱动电机由俯仰驱动电机定子和位于俯仰驱动电机定子内的俯仰驱动电机转子组成，俯仰驱动电机定子的一端与码盘端俯仰支架上部侧壁固定连接，俯仰驱动电机定子的另一端与光路端俯仰支架的中部侧壁固定连接；俯光路端俯仰支架底部固定在滚转伺服平台上；俯仰驱动电机转子与俯仰轴中部的凸台固定连接；俯仰陀螺位于码盘端俯仰支架与俯仰驱动电机转子之间。所述的滚转伺服平台包括安装在俯仰伺服平台下部的滚转轴、安装在滚转轴顶部的滚转陀螺、套在滚转轴外的外壳、嵌套在滚转轴与外壳之间的汇流环、滚转测角码盘、滚转电机、滚转轴承和滚转框架；汇流环底部设有滚转测角码盘，滚转测角码盘底部设有滚转电机，滚转电机底部设有滚转轴承和滚转框架，滚转轴承套装在滚转轴与滚转框架之间；所述的俯仰伺服平台的码盘端俯仰支架和光路端俯仰支架固定安装在滚转轴顶部。所述的数字伺服电路通过螺杆连接在滚转伺服平台的滚转框架底部。一种用于上述一种小型高精度凝视型红外光电稳定跟踪平台的数字伺服电路，该数字伺服电路包括伺服控制电路和与伺服控制电路连接的伺服驱动电路，伺服控制电路还与俯仰测角码盘、滚转测角码盘、俯仰陀螺、滚转陀螺均连接，伺服驱动电路还与俯仰驱动电机转子、滚转电机转子连接。所述的伺服控制电路包括数字信号处理器、存储器、第一电平转换、码盘接口、可编程逻辑器件、霍尔接口、滚转陀螺信号调理电路、俯仰陀螺正交俯仰信号调理电路、俯仰陀螺俯仰信号调理电路、第二电平转换和第三电平转换；数字信号处理器分别与存储器、陀螺信号调理电路、俯仰陀螺正交俯仰信号调理电路、俯仰陀螺俯仰信号调理电路、第二电平转换的输出端连接；第二电平转换的输入端与码盘接口连接，码盘接口的输出端连接，码盘接口的输入端分别与俯仰测角码盘、滚转测角码盘连接；滚转陀螺信号调理电路的输入端与滚转陀螺连接；俯仰陀螺正交俯仰信号调理电路的输入端和俯仰陀螺俯仰信号调理电路的输入端均与俯仰陀螺连接；数字信号处理器与可编程逻辑器件的一个输入端连接，可编程逻辑器件的另一个输入端与第三电平转换的输出端连接；第三电平转换的输入端与霍尔接口的输出端连接，霍尔接口的输出端与滚转电机转子连接，可编程逻辑器件的输出端与第一电平转换的输入端连接；第一电平转换的输出端与伺服驱动电路连接。所述的数字信号处理器包括脉宽调制模块、模拟/数字转换模块、脉冲编码模块和数据地址总线；数据地址总线与存储器连接，脉冲编码模块与第二电平转换的输出端连接，脉宽调制模块与可编程逻辑器件的输入端连接，模拟/数字转换模块与俯仰陀螺、滚转陀螺均连接。所述的伺服驱动电路包括光耦隔离、滚转轴智能驱动模块、俯仰轴智能驱动模块、俯仰电流信号调理电路和滚转轴电流信号调理电路，光耦隔离的输入端与伺服控制电路的第一电平转换的输出端连接，光耦隔离的输出端分别与滚转轴智能驱动模块的输入端、俯仰轴智能驱动模块的输入端连接；滚转轴智能驱动模块的一个输出端与滚转电机转子连接，滚转轴智能驱动模块的另一个输出端依次与俯仰电流信号调理电路、伺服控制电路的模拟/数字转换模块连接俯仰轴智能驱动模块的一个输出端与俯仰驱动电机转子连接，仰轴智能驱动模块的另一个输出端依次与滚转轴电流信号调理电路、伺服控制电路的模拟/数字转换模块连接。所述的滚转电流信号调理电路和俯仰轴电流信号调理电路均由仪表放大器、可调偏置电压电路、信号电平调理电路和二阶低通滤波器组成，仪表放大器的一端与滚转电流信号调理电路和俯仰轴电流信号调理电路中的智能驱动模块连接，仪表放大器的另一端与信号电平调理电路的一端连接，信号电平调理电路的该端还可调偏置电压电路连接，信号电平调理电路的另一端与二阶低通滤波器的一端连接，二阶低通滤波器的另一端与模拟/数字转换模块的连接；所述的滚转信号调理电路、俯仰陀螺正交俯仰信号调理电路、俯仰陀螺俯仰信号调理电路包括由运算放大器组成的差分输入电路和由运算放大器组成的二阶低通滤波电路。本发明的有益技术效果在于本发明采取了滚-仰式框架结构，在俯仰轴采用旋转音圈电机提高了平台的紧凑性，有效减小了光电平台的空间，由于音圈电机可实现高分辨率和快响应控制，因此大大提高了伺服控制精度。本发明针对红外探测器外置的要求，为满足光路沿滚转轴通过，采用无刷直流电机作为滚转轴执行机构，由于无刷直流电机内部中空设计，特别利于光路的通过，实现了光路的直通，因此可实现光学系统和红外探测器分别置于稳定平台内部和外部，进一步保证了光电稳定平台的小型化设计。本发明采取了光电码盘作为高精度测角元件，与音圈电机的快速响应特性相结合，实现光电稳定平台的快速跟踪与高精度控制。采用MEMS速率陀螺作为速率环反馈，实现平台的惯性空间稳定。采取集成一体化的数字控制电路，减小控制电路体积，达到了稳定跟踪平台小型高精度的目的；该数字控制电路，实现稳定平台的高精度伺服控制，其中数字信号处理器实现俯仰和滚转的信号处理，可编程逻辑器件实现逻辑控制，智能功率模块实现电机的驱动，该电路具有集成度高，控制精度高等优点。
图I为本发明所提供的一种小型高精度凝视型红外光电稳定跟踪平台的总体结构示意图；图2为本发明所提供的数字伺服的电路框图；图3为本发明所提供的滚转电流信号调理的电路图；图4为本发明所提供的滚转陀螺信号调理的电路图；图5为本发明所提供的俯仰轴电流信号调理电路的电路图；图6为本发明所提供的俯仰陀螺俯仰信号调理电路的电路图；图7为本发明所提供的的俯仰陀螺正交俯仰信号调理电路的电路图。图中1.俯仰轴，2.俯仰轴承，3.俯仰测角码盘，4.俯仰驱动电机定子，5.俯仰驱动电机转子，6.俯仰陀螺，7.码盘端俯仰支架，8.光路端俯仰支架，9.滚转陀螺，10.滚转轴，11.汇流环，12.螺纹压圈，13.滚转测角码盘，14.滚转电机定子线圈，15.滚转电机定子磁钢，16.滚转电机转子，17.压圈，18.外壳,19.滚转轴承,20.滚转框架,21.柱形螺杆，22.数字伺服电路，23.伺服控制电路，24.伺服驱动电路，25.数字信号处理器，26.数字信号处理器由脉宽调制模块，27.模拟/数字转换模块，28.脉冲编码模块，29.串口通讯模块，30.数据地址总线，31.存储器，32.第一电平转换，33.码盘接口，34.可编程逻辑器件，35.霍尔接口，36.光耦隔离，37.滚转轴智能驱动模块，38.俯仰轴智能驱动模块，39.俯仰电流信号调理电路，40.滚转轴电流信号调理电路，41.滚转陀螺信号调理电路，42.俯仰陀螺正交俯仰信号调理电路，43.俯仰陀螺俯仰信号调理电路，44.第二电平转换，45.第三电平转换，46.仪表放大器，47.可调偏置电压电路，48.信号电平调理电路，49.滚转二阶低通滤波器，50.俯仰仪表放大器，51.俯仰可调偏置电压电路，52.俯仰信号电平调理电路，53.俯仰二阶低通滤波器。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。如图I所示，为本发明所提供的一种小型高精度凝视型红外光电稳定跟踪平台的总体结构示意图。该平台由俯仰伺服平台、滚转伺服平台和数字伺服电路22组成。俯仰伺服平台安装在滚转伺服平台的上面，数字伺服电路安装在滚转伺服平台的下面，俯仰伺服平台、滚转伺服平台、数字伺服电路三部分共同构成一个完整的“俯仰轴+滚转轴”式的伺服稳定平台。如图I所示，俯仰伺服平台包括俯仰轴I、俯仰轴承2、俯仰测角码盘3、俯仰驱动电机、俯仰陀螺6、码盘端俯仰支架7和光路端俯仰支架8。俯仰轴I为空心轴，俯仰轴I的一端通过一个俯仰轴承2安装在码盘端俯仰支架7顶部的通孔内，俯仰轴I的另一端通过另一个俯仰轴承2安装在光路端俯仰支架8顶部的孔内；该两个俯仰轴承2均通过过盈方式安装在俯仰轴I两端。俯仰测角码盘3位于码盘端俯仰支架7顶部的通孔内、且套在俯仰轴I的一端外，俯仰测角码盘3与码盘端俯仰支架7、俯仰轴I之间均通过螺钉固定连接。码盘端俯仰支架7底部通过螺钉与滚转伺服平台的滚转轴10顶部固定连接。俯仰驱动电机由俯仰驱动电机定子4和位于俯仰驱动电机定子4内部的俯仰驱动电机转子5组成。俯仰驱动电机定子4的一端通过螺钉与码盘端俯仰支架7上部侧壁固定连接，俯仰驱动电机定子4的另一端通过螺钉与光路端俯仰支架8的中部侧壁固定连接。光路端俯仰支架8底部通过螺钉与滚转轴滚转伺服平台的10顶部固定连接。俯仰驱动电机转子5通过螺钉与俯仰轴I中部的凸台固定连接。俯仰陀螺6通过螺钉与俯仰轴I连接、且其位于码盘端俯仰支架7与俯仰驱动电机转子5之间，俯仰陀螺6为两轴速率陀螺，用于测量俯仰轴I和正交俯仰轴的惯性速率。如图I所示，滚转伺服平台包括滚转陀螺9、滚转轴10、汇流环11、螺纹压圈12、滚转测角码盘13、滚转电机、压圈17、外壳18、滚转轴承19和滚转框架20。滚转轴10为空心轴，汇流环11嵌套在外壳18与滚转轴10之间，汇流环11的定子通过螺钉与套在其外部的外壳18固定连接，汇流环11的转子通过螺纹压圈12固定套在滚转轴9外。滚转测角码盘13位于汇流环11下部，滚转测角码盘13通过螺钉与外壳18固定连接。滚转电机由滚转电机定子线圈14、滚转电机定子磁钢15、滚转电机转子16组成。滚转电机定子线圈14绕在滚转电机定子磁钢15上；滚转电机定子磁钢15通过螺钉与位于其底部的滚转框架20固定连接；滚转电机转子16套在滚转轴10外、且两者之间通过螺纹固定连接，滚转电机转子16底部设有压圈17，压圈17将滚转电机转子16固定在滚转轴10上。滚转轴10底部外套有滚转框架20，滚转轴承19通过过盈方式安装在滚转轴9与滚转框架20之间、起支承滚转轴10的作用。滚转框架20与套在其外部的外壳18通过螺钉固定连接。滚转陀螺9通过螺钉固定安装在滚转轴10的顶面上，滚转陀螺9为单轴速率陀，用于测量滚转轴10的惯性速率。如图I所示，数字伺服电路22通过柱形螺杆21连接在滚转框架20底部。如图I所示，该平台在伺服电路和驱动电机的作用下，根据速率陀螺和测角码盘提供的信号通过稳定控制算法使平台运动，解耦消除平台摆动的干扰影响，从而保证运动平台相对惯性空间保持稳定。同时，伺服电路根据信号处理组合测量的目标角位置信息，驱动稳定平台跟随目标运动，形成对目标的跟踪。如图I所示，滚转电机采用无刷直流电机直接驱动，滚转轴承19采用深沟球轴承。滚转轴为空心轴，用以安装光学稳像机构，用来消除大视场快速搜索所引起的图像模糊。滚转测角码盘13为光电角度传感器，在滚转电机转子16上部安装有滚转测角码盘13，可以直接得到输出端的旋转角度。为尽量减少滑环数量，汇流环11安装在滚转测角码盘13上部，汇流环11采用双层盘式设计。
如图I所不，俯仰驱动电机米用音圈电机。音圈电机包括定子磁钢和转子线圈，根据安培力原理，产生扭转力矩，驱动俯仰轴负载作旋转运动。音圈电机采取分体式安装，其俯仰驱动电机定子4磁钢安装于码盘端俯仰支架7上，俯仰驱动电机转子5线圈安装于俯仰轴I上，俯仰驱动电机定子4与俯仰驱动电机转子5组成完整的俯仰驱动电机。如图I和图2所示，数字伺服电路22包括伺服控制电路23和伺服驱动电路24，伺服控制电路23和伺服驱动电路24的电路板尺寸为Φ IlOmmX 10mm, IOmm为板间距，板间采用柱形螺杆21连接，如有特殊防震加固要求，组装后可以采用聚胺树脂灌胶。如图2所示，为本发明的数字伺服电路框图。数字伺服电路22包括伺服控制电路23和伺服驱动电路24。
如图2所示，伺服控制电路23包括数字信号处理器25、存储器31、第一电平转换32、码盘接口 33、可编程逻辑器件34、霍尔接口 35、滚转陀螺信号调理电路41、俯仰陀螺正交俯仰信号调理电路42、俯仰陀螺俯仰信号调理电路43、第二电平转换44和第三电平转换45。如图2所示，数字信号处理器25分别与存储器31、陀螺信号调理电路41、俯仰陀螺正交俯仰信号调理电路42、俯仰陀螺俯仰信号调理电路43、第二电平转换44的输出端连接。第二电平转换44的输入端与码盘接口 33连接，码盘接口 33的输出端连接，码盘接口33的输入端分别与俯仰测角码盘3、滚转测角码盘13连接。滚转陀螺信号调理电路41的输入端与滚转陀螺9连接。俯仰陀螺正交俯仰信号调理电路42的输入端和俯仰陀螺俯仰信号调理电路43的输入端均与俯仰陀螺6连接。数字信号处理器25与可编程逻辑器件34的一个输入端连接，可编程逻辑器件34的另一个输入端与第三电平转换45的输出端连接，第三电平转换45的输入端与霍尔接口 35的输出端连接，霍尔接口 35的输入端与滚转电机定子线圈14连接，可编程逻辑器件34的输出端与第一电平转换32的输入端连接。第一电平转换32的输出端与伺服驱动电路24连接。如图2所示，数字信号处理器25采用TI公司的TMS320F2812，数字信号处理器25由脉宽调制模块26、模拟/数字转换模块27、脉冲编码模块28、串口通讯模块29和数据地址总线30组成。俯仰测角码盘3和滚转测角码盘13输出的脉冲信号经码盘接口 33连接伺服控制电路23，码盘接口 33采取导线焊接方式以减小使用空间，码盘脉冲信号再经过第二电平转换44由5V电平转换为3. 3V电平后进入脉冲编码模块26进行脉冲编码后获得俯仰轴I和滚转轴10的角位置信息。俯仰陀螺6的速率信号经过俯仰陀螺俯仰信号调理电路43和俯仰陀螺正交俯仰信号调理电路42进入模拟/数字转换模块27，从而获得俯仰轴I的角速度信息；滚转陀螺9的速率信号经过滚转陀螺信号调理电路41进入模拟/数字转换模块27，从而获得滚转轴10的角速度信息。滚转电机的电流信息经滚转轴智能驱动模块37、滚转轴电流信号调理电路40进入数字信号处理器25的模拟/数字转换模块27 ;俯仰电机的电流信息经俯仰轴智能驱动模块38、俯仰电流信号调理电路39进入数字信号处理器25的模拟/数字转换模块27。上述角位置信息、角速度信息以及电流信息经数据地址总线30进入存储器31。数字信号处理器25经数据地址总线30从存储器31调用角位置信息、角速度信息以及电流信息计算出控制电机运动的变量进入脉宽调制模块26，脉宽调制模块26产生PWM信号进入可编程逻辑器件34，可编程逻辑器件34可以是CPLD或者FPGA，如采用LTERA公司的MAX7000系列的EPM7128AE。霍尔接口 35采取焊接方式连接至伺服控制电路23，滚转电机定子线圈14产生的霍尔信号经第三电平转换45由5V电平转换为3. 3V电平后进入可编程逻辑器件34，可编程逻辑器件34根据滚转电机霍尔信号和PWM信号产生驱动逻辑，经第一电平转换32由3. 3V电平转换为5V电平后进入伺服驱动电路24。串口通讯模块29可以与光电探测和红外导引的上位机算机和图像信息处理电路通讯，将数字信号处理器25处理后的信号传输给上位机算机和图像信息处理电路。如图2所示，伺服驱动电路24包括光耦隔离36、滚转轴智能驱动模块37、俯仰轴智能驱动模块38、俯仰电流信号调理电路39和滚转轴电流信号调理电路40。如图2所示，第一电平转换32的输出端与伺服驱动电路24的光耦隔离36的输入端连接。光耦隔离36的输出端分别与滚转轴智能驱动模块37的输入端、俯仰轴智能驱动模块38的输入端连接。滚转轴智能驱动模块37的一个输出端与滚转电机定子线圈14连接，滚转轴智能驱动模块37的另一个输出端依次与俯仰电流信号调理电路39、数字信号处 理器25的模拟/数字转换模块27连接。俯仰轴智能驱动模块38的一个输出端与俯仰驱动电机转子5连接，仰轴智能驱动模块38的另一个输出端依次与滚转轴电流信号调理电路40、数字信号处理器25的模拟/数字转换模块27连接。如图2所示，上述可编程逻辑器件34根据滚转电机霍尔信号和PWM信号产生的驱动逻辑经第一电平转换32后进入伺服驱动电路24的光耦隔离36，分别进入滚转轴智能驱动模块37和俯仰轴智能驱动模块38，滚转轴智能驱动模块37和俯仰轴智能驱动模块38均可以采用ST公司的三相电机驱动器L6234。滚转轴智能驱动模块37产生驱动电流经滚转电机定子线圈14从而驱动滚转电机转子16转动，滚转驱动电机电流经滚转轴电流信号调理电路40进入伺服控制电路23的模拟/数字转换模块27，获得滚转轴驱动电机的电流信息，从而驱动滚转轴10运动。同理，俯仰轴智能驱动模块38产生驱动电流驱动俯仰电机转子5转动，俯仰驱动电机电流经俯仰电流信号调理电路39进入伺服控制电路23的模拟/数字转换模块27，获得俯仰轴驱动电机的电流信息，从而驱动俯仰轴I运动。第一电平转换32、第二电平转换44和第三电平转换45的型号均为SN74ALVC164245。如图3所示，为本发明的滚转电流信号调理电路39的电路图。滚转电流信号调理电路39由滚转仪表放大器46、滚转可调偏置电压电路47、滚转信号电平调理电路48和滚转二阶低通滤波器49组成。滚转仪表放大器46由型号为AMP02的第一仪表运放NI和电阻RlOl并联组成。滚转可调偏置电压电路47由电位器RP1、电阻R103、电容C22、二极管VEl组成。滚转信号电平调理电路48由运算放大器的组成跟随器和加法电路组成，跟随器由型号为LM124的第一运算放大器N3A、电阻R104、电阻R105组成，加法电路由型号为LM124的第二运算放大器N3D、电阻R106、电阻R107组成。滚转二阶低通滤波器49由型号为TL084的第三运算放大器N4A、电阻R1001、电阻R1002、电容C1001、电容C1002组成。如图3所示，滚转轴智能驱动模块37的电流输出端子与滚转仪表放大器46中的I-A端连接，滚转仪表放大器46中的SI-A端与滚转信号电平调理电路48的SL-A端连接。滚转可调偏置电压电路47的BIAS-IA端与信号电平调理电路48的Π-Α端与滚转二阶低通滤波器49的UI-A端连接。滚转二阶低通滤波器49的ADCINA0端与模拟/数字转换模块27的输入端连接。如图3所示，滚转仪表放大器46的第一仪表运放NI通过提高共模抑制比能够提高采样电流精度。滚转轴智能驱动模块37输出的电流信号经仪表放大器46进入滚转信号电平调理电路48。滚转可调偏置电压电路47的偏置电压进入至滚转信号电平调理电路48的跟随器，然后与滚转信号电平调理电路48的电流信号通过加法电路进行加法运算实现电流信号电平调理，将加法运算后得到的电流信号调至伺服控制电路23的模拟/数字转换模块27要求的O 3V范围之内，再将电平调理后的电流信号输入到滚转二阶低通滤波器49进行信号滤波，经滤波后的电流信号输入至伺服控制电路23的模拟/数字转换模块27，获得滚转轴驱动电机的电流信息，从而驱动滚转轴10运动。如图4所示，滚转信号调理电路41包括由运算放大器组成的差分输入电路和由运算放大器组成的二阶低通滤波电路，差分输入电路由型号为TL084的第四的运算放大器N5B、电阻R2001、电阻R2002、电阻R2003、电阻R2004、电阻R2005组成，二阶低通滤波电路由型号为TL084的第五运算放大器N5A、电阻R2006、电容C2001、电容C2002组成。如图4所示，滚转陀螺9与差分输入电路的V-A端连接，二阶低通滤波电路的电阻R2006和电容C2001并联、并与差分输入电路的电阻R2005连接，二阶低通滤波电路的ADCIN2端与模拟/数字转换模块27的输入端连接。如图4所示，为本发明的滚转陀螺信号调理电路41的电路图。滚转陀螺9速率信号接入滚转陀螺信号调理电路41的差分输入电路的输入端V-A端，以提高共模抑制比，同时差分输入放大倍数为O. 5，实现滚转陀螺速率信号O 5V调理至O 2. 5V，满足模拟/数字转换模块27的电压输入要求，然后经二阶低通滤波器进入模拟/数字转换模块27。如图5所示，为本发明所提的俯仰轴电流信号调理电路40的电路图，俯仰轴电流信号调理电路40与图3所示的滚转电流信号调理电路39的电路图相同，其电路原理也相同。如图5所示，俯仰轴电流信号调理电路40由俯仰仪表放大器50、俯仰可调偏置电压电路51、俯仰信号电平调理电路52和俯仰二阶低通滤波器53组成。如图5所示，俯仰仪表放大器50由型号为AMP02的第二仪表运放N2和电阻R102并联组成，俯仰可调偏置电压电路51由电位器RP2、电阻R103、电容C22、二极管VEl组成。俯仰信号电平调理电路52由运算放大器组成的跟随器和加法电路组成，跟随器由型号为LMl2的第六运算放大器N3B、电阻R108、电阻R109组成，加法电路由型号为LM12的第七运算放大器N3C、电阻R110、电阻Rlll组成。俯仰二阶低通滤波器53由型号为TL084的第八运算放大器MD、电阻R1003、电阻R1004、电容C1003、电容C1004组成。如图5所示，俯仰轴智能驱动模块38的电流输出端子与俯仰仪表放大器50中的I-B端连接，俯仰仪表放大器50中的SI-B端与俯仰信号电平调理电路52的SL-B端连接。俯仰可调偏置电压电路51的BIAS-IB端与俯仰信号电平调理电路52的U-IB端与俯仰二阶低通滤波器53的U-IB端连接。俯仰二阶低通滤波器53的ADCINA1端与模拟/数字转换模块27的输入端连接。如图5所示，俯仰仪表放大器50的第二仪表运放N2通过提高共模抑制比能够提高采样电流精度。俯仰轴智能驱动模块38输出的电流信号经俯仰仪表放大器50进入俯仰信号电平调理电路52 ;俯仰可调偏置电压电路51的偏置电压进入至俯仰信号电平调理电路52的跟随器1，然后与俯仰信号电平调理电路52的电流信号通过加法电路进行加法运算实现电流信号电平调理，将加法运算后得到的电流信号调至伺服控制电路23的模拟/数字转换模块27要求的O 3V范围之内，再将电平调理后的电流信号输入到俯仰二阶低通滤波器53进行信号滤波，经滤波后的电流信号输入至伺服控制电路23的模拟/数字转换模块27，获得俯仰轴驱动电机的电流信息，从而驱动俯仰轴I运动。如图6所示，为本发明的俯仰陀螺俯仰信号调理电路43的电路图，俯仰陀螺俯仰信号调理电路43的电路与图4所示的滚转陀螺信号调理电路41的电路相同，其电路原理也相同。仰陀螺俯仰信号调理电路43包括由运算放大器组成的差分输入电路和由运算放大器组成的二阶低通滤波电路，差分输入电路由型号为TL084的第九运算放大器、电阻R2007、电阻R2008、电阻R2009、电阻R2010、电阻R2011组成，二阶低通滤波电路由型号为TL084的第十运算放大器、电阻R2012、电容C2003、电容C2004组成。如图6所示，俯仰陀螺与差分输入电路的V-B端连接，二阶低通滤波电路的电阻R2012和电容C2003并联、并与差分输入电路的电阻R2011连接，二阶低通滤波电路的ADCIN3端与模拟/数字转换模块27的输入端连接。如图6所示，俯仰陀螺6的速率信号接入俯仰陀螺信号调理电路43的差分输入电路的输入端，以提高共模抑制比，同时差分输入放大倍数为O. 5，实现俯仰陀螺6的速率信号O 5V调理至O 2. 5V，满足模拟/数字转换模块27的电压输入要求，然后经二阶低通滤波器进入模拟/数字转换模块27。如图7所示，为本发明的俯仰陀螺正交俯仰信号调理电路42的电路图，的俯仰陀螺正交俯仰信号调理电路42与图4所示的滚转陀螺信号调理电路41的电路相同，其电路原理也相同。俯仰陀螺俯仰信号调理电路42包括由运算放大器组成的差分输入电路和由运算放大器组成的二阶低通滤波电路，差分输入电路由型号为TL084的第十一运算放大器、电阻R1005、电阻R1006、电阻R1007、电阻R1008、电阻R1009组成，二阶低通滤波电路由型号为TL084的第十二运算放大器、电阻R1010、电容C1005、电容C1006组成。如图7所示，俯仰陀螺6与差分输入电路的V-C端连接，二阶低通滤波电路的电阻R1010和电容C1005并联、并与差分输入电路的电阻R1009连接，二阶低通滤波电路的ADCIN4端与模拟/数字转换模块27的输入端连接。如图7所示，俯仰陀螺6的速率信号接入俯仰陀螺正交俯仰信号调理电路42的差分输入电路的输入端，以提高共模抑制比，同时差分输入放大倍数为O. 5，实现俯仰陀螺6的速率信号O 5V调理至O 2. 5V，满足模拟/数字转换模块27的电压输入要求，然后经二阶低通滤波器进入模拟/数字转换模块27。上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术，例如俯仰轴I、俯仰轴承
2、俯仰测角码盘3、俯仰驱动电机、俯仰陀螺6、码盘端俯仰支架7、光路端俯仰支架8、滚转陀螺9、滚转轴10、汇流环11、螺纹压圈12、滚转测角码盘13、滚转电机、压圈17、外壳18、滚转轴承19、滚转框架20、柱形螺杆21、数字伺服电路22、伺服控制电路23、伺服驱动电路24、括数字信号处理器25、脉宽调制模块26、模拟/数字转换模块27、脉冲编码模块28、串口通讯模块29和数据地址总线30、存储器31、第一电平转换32、码盘接口 33、可编程逻辑器件34、霍尔接口 35、光耦隔离36、滚转轴智能驱动模块37、俯仰轴智能驱动模块38、俯仰电流信号调理电路39、滚转轴电流信号调理电路40、陀螺信号调理电路41、俯仰陀螺正交俯仰信号调理电路42、俯仰陀螺俯仰信号调理电路43、第二电平转换44和第三电平转换45、仪表放大器46、可调偏置电压电路47、信号电平调理电路48、滚转二阶低通滤波器49、俯仰仪表放大器50、俯仰可调偏置电压电路51、俯仰信号电平调理电路52、俯仰二阶低通滤波器53以及运算放大器、跟随器、加法电路、差分电路、电阻、电容、二极管等均可以采用现有技术中任何型号的产品。
权利要求
1.一种小型高精度凝视型红外光电稳定跟踪平台，其特征在于它包括俯仰伺服平台、安装在俯仰伺服平台下部的滚转伺服平台、安装在滚转伺服平台的下部的数字伺服电路(22)。
2.根据权利要求I所述的一种小型高精度凝视型红外光电稳定跟踪平台，其特征在于所述的俯仰伺服平台包括俯仰轴⑴、套在俯仰轴⑴两端的两个俯仰轴承⑵、安装在俯仰轴(I) 一端的俯仰测角码盘(3)、用于支撑俯仰轴(I) 一端的码盘端俯仰支架(7)、用于支撑俯仰轴(I)另一端的光路端俯仰支架(8)以及安装在俯仰轴(I)中部的俯仰驱动电机和俯仰陀螺￠)，码盘端俯仰支架(7)和光路端俯仰支架(8)安装在滚转伺服平台上。
3.根据权利要求2所述的一种小型高精度凝视型红外光电稳定跟踪平台，其特征在于所述的俯仰轴⑴的一端通过一个俯仰轴承⑵安装在码盘端俯仰支架(7)顶部，俯仰轴(I)的另一端通过另一个俯仰轴承(2)安装在光路端俯仰支架(8)顶部；俯仰测角码盘(3)位于码盘端俯仰支架(7)顶部、且套在俯仰轴⑴的一端外；码盘端俯仰支架(7)底部固定在滚转伺服平台上；俯仰驱动电机由俯仰驱动电机定子(4)和位于俯仰驱动电机定子(4)内的俯仰驱动电机转子(5)组成，俯仰驱动电机定子(4)的一端与码盘端俯仰支架(7)上部侧壁固定连接，俯仰驱动电机定子(4)的另一端与光路端俯仰支架(8)的中部侧壁固定连接；俯光路端俯仰支架(8)底部固定在滚转伺服平台上；俯仰驱动电机转子(5)与俯仰轴(I)中部的凸台固定连接；俯仰陀螺(6)位于码盘端俯仰支架(7)与俯仰驱动电机转子(5)之间。
4.根据权利要求3所述的一种小型高精度凝视型红外光电稳定跟踪平台，其特征在于所述的滚转伺服平台包括安装在俯仰伺服平台下部的滚转轴(10)、安装在滚转轴(10)顶部的滚转陀螺(9)、套在滚转轴(10)外的外壳(18)、嵌套在滚转轴(10)与外壳(18)之间的汇流环(11)、滚转测角码盘(13)、滚转电机、滚转轴承(19)和滚转框架(20);汇流环(11)底部设有滚转测角码盘(13)，滚转测角码盘(13)底部设有滚转电机，滚转电机底部设有滚转轴承(19)和滚转框架(20)，滚转轴承(19)套装在滚转轴(10)与滚转框架(20)之间；所述的俯仰伺服平台的码盘端俯仰支架(7)和光路端俯仰支架⑶固定安装在滚转轴(10)顶部。
5.根据权利要求5所述的一种小型高精度凝视型红外光电稳定跟踪平台，其特征在于所述的数字伺服电路(22)通过螺杆(21)连接在滚转伺服平台的滚转框架(20)底部。
6.一种用于权利要求I至5中任一项所述的一种小型高精度凝视型红外光电稳定跟踪平台的数字伺服电路，其特征在于该数字伺服电路(22)包括伺服控制电路(23)和与伺服控制电路(23)连接的伺服驱动电路(24)，伺服控制电路(23)还与俯仰测角码盘(3)、滚转测角码盘(13)、俯仰陀螺￠)、滚转陀螺(9)均连接，伺服驱动电路(24)还与俯仰驱动电机转子(5)、滚转电机转子(16)连接。
7.根据权利要求6所述的数字伺服电路，其特征在于所述的伺服控制电路(23)包括数字信号处理器(25)、存储器(31)、第一电平转换(32)、码盘接口(33)、可编程逻辑器件(34)、霍尔接口(35)、滚转陀螺信号调理电路(41)、俯仰陀螺正交俯仰信号调理电路(42)、俯仰陀螺俯仰信号调理电路(43)、第二电平转换(44)和第三电平转换(45);数字信号处理器(25)分别与存储器(31)、陀螺信号调理电路(41)、俯仰陀螺正交俯仰信号调理电路(42)、俯仰陀螺俯仰信号调理电路(43)、第二电平转换(44)的输出端连接；第二电平转换(44)的输入端与码盘接口(33)连接，码盘接口(33)的输出端连接，码盘接口(33)的输入端分别与俯仰测角码盘(3)、滚转测角码盘(13)连接；滚转陀螺信号调理电路(41)的输入端与滚转陀螺(9)连接；俯仰陀螺正交俯仰信号调理电路(42)的输入端和俯仰陀螺俯仰信号调理电路(43)的输入端均与俯仰陀螺(6)连接；数字信号处理器(25)与可编程逻辑器件(34)的一个输入端连接，可编程逻辑器件(34)的另一个输入端与第三电平转换(45)的输出端连接；第三电平转换(45)的输入端与霍尔接口(35)的输出端连接，霍尔接口(35)的输出端与滚转电机转子(16)连接，可编程逻辑器件(34)的输出端与第一电平转换(32)的输入端连接；第一电平转换(32)的输出端与伺服驱动电路(24)连接。
8.根据权利要求7所述的数字伺服电路，其特征在于所述的数字信号处理器(25)包括脉宽调制模块(26)、模拟/数字转换模块(27)、脉冲编码模块(28)、和数据地址总线(30);数据地址总线(30)与存储器(31)连接，脉冲编码模块(28)与第二电平转换(44)的输出端连接，脉宽调制模块(26)与可编程逻辑器件(34)的输入端连接，模拟/数字转换模块(27)与俯仰陀螺(6)、滚转陀螺(9)均连接。
9.根据权利要求8所述的数字伺服电路，其特征在于所述的伺服驱动电路(24)包括光耦隔离(36)、滚转轴智能驱动模块(37)、俯仰轴智能驱动模块(38)、俯仰电流信号调理电路(39)和滚转轴电流信号调理电路(40)，光耦隔离(36)的输入端与伺服控制电路(23)的第一电平转换(32)的输出端连接，光耦隔离(36)的输出端分别与滚转轴智能驱动模块(37)的输入端、俯仰轴智能驱动模块(38)的输入端连接；滚转轴智能驱动模块(37)的一个输出端与滚转电机转子(16)连接，滚转轴智能驱动模块(37)的另一个输出端依次与俯仰电流信号调理电路(39)、伺服控制电路(23)的模拟/数字转换模块(27)连接俯仰轴智能驱动模块(38)的一个输出端与俯仰驱动电机转子(5)连接，仰轴智能驱动模块(38)的另一个输出端依次与滚转轴电流信号调理电路(40)、伺服控制电路(23)的模拟/数字转换模块(27)连接。
10.根据权利要求9所述的数字伺服电路，其特征在于所述的滚转电流信号调理电路(39)和俯仰轴电流信号调理电路(40)均由仪表放大器、可调偏置电压电路、信号电平调理电路和二阶低通滤波器组成，仪表放大器的一端与滚转电流信号调理电路(39)和俯仰轴电流信号调理电路(40)中的智能驱动模块连接，仪表放大器的另一端与信号电平调理电路的一端连接，信号电平调理电路的该端还可调偏置电压电路连接，信号电平调理电路的另一端与二阶低通滤波器的一端连接，二阶低通滤波器的另一端与模拟/数字转换模块(27)连接；所述的滚转信号调理电路(41)、俯仰陀螺正交俯仰信号调理电路(42)、俯仰陀螺俯仰信号调理电路(43)包括由运算放大器组成的差分输入电路和由运算放大器组成的二阶低通滤波电路。
全文摘要
本发明属于一种光电稳定跟踪平台技术领域，具体公开一种小型高精度凝视型红外光电稳定跟踪平台，它包括俯仰伺服平台、安装在俯仰伺服平台下部的滚转伺服平台、安装在滚转伺服平台的下部的数字伺服电路；该数字伺服电路包括伺服控制电路和与伺服控制电路连接的伺服驱动电路，伺服控制电路还与俯仰测角码盘、滚转测角码盘、俯仰陀螺、滚转陀螺均连接，伺服驱动电路还与俯仰驱动电机转子、滚转电机转子连接。该平台实现了凝视型红外导引头系统光电稳定跟踪平台的小型化和高精度；该数字控制电路，实现稳定平台的高精度伺服控制，具有集成度高，控制精度高等优点。
文档编号G05D3/12GK102981510SQ20111025837
公开日2013年3月20日 申请日期2011年9月2日 优先权日2011年9月2日
发明者陈冬, 曾克思, 刘峰, 刘家国 申请人:中国航天科工集团第二研究院二０七所