机载光电惯性稳定平台隔离度测试系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光电稳定平台测试技术领域，具体涉及一种机载光电惯性稳定平台隔 离度测试系统及方法。
【背景技术】
[0002] 航空光电惯性稳定平台系统是获取高分辨率图像的有效手段，在军事、民用等领 域具有重要作用。航空光电惯性稳定平台安装在飞行载体与光电载荷之间，承载并稳定光 电载荷，是航空光学成像系统的重要组成部分之一。使用稳定平台能够有效隔离飞行载体 非理想姿态运动及其内部各种扰动对光学成像系统视轴的影响，从而使光学成像系统姿态 相对惯性空间保持稳定。使用稳定平台后，光电成像系统相邻两帧图像间的重叠度大幅提 高，满足成图要求，可显著提高航空光电成像系统的工作效率。稳定精度是惯性稳定平台的 主要技术指标之一，反映了稳定平台对干扰力矩的抑制能力。光电惯性稳定平台隔离度又 是成像稳定系统的一个重要性能指标。影响稳定平台隔离度的因素很多，包括：平台负载特 性、干扰力矩、电机回路参数、扰动频率、扰动幅值、摩擦、探测器信号处理延迟、稳定系统带 宽、稳定系统最大加速度等。
[0003] 传统的隔离度测试方法是控制转台做正弦运动，通过测试不同频率点的稳定平台 视轴偏差，与转台扰动信号比较得到系统的隔离度。此种方法可在一定程度上评估稳定平 台隔离度水平，但由于输入信号频率的跳变会导致转台出现震荡等情况，并且该种方法只 能测试单个频率点或有限带宽内的隔离度性能。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提出一种机载光电惯性稳定平台隔离度测试系统及方法，解决 现有技术存在的测试带宽较低和测试频率点为有限数的问题，实现对中、高精度的航空光 电惯性稳定平台隔离度性能的测试和分析。
[0005] 为实现上述目的，本发明的机载光电惯性稳定平台隔离度测试系统包括主控计算 机、仿真机和高精度两轴转台；所述高精度两轴转台包括控制柜和两轴转台台体，所述主控 计算机包括数据存储模块、数据显示模块和数据处理模块，所述高精度两轴转台包括控制 柜和两轴转台台体；
[0006] 光电惯性稳定平台安装在所述两轴转台台体上，所述光电惯性稳定平台的俯仰轴 和方位轴上分别安装有宽频带、高精度陀螺仪A，两轴转台台体的俯仰轴和方位轴上分别安 装有宽频带、高精度陀螺仪B，宽频带、高精度陀螺仪A和宽频带、高精度陀螺仪B分别通过 RS422串行总线与所述仿真机连接，所述主控计算机通过千兆网口与所述仿真机连接，所述 仿真机通过RS422串行总线与所述控制柜连接，所述控制柜通过电缆与所述两轴转台台体 连接，通过主控计算机的数据存储模块、数据显示模块和数据处理模块实现对数据的存储、 显示和处理。
[0007] 所述光电惯性稳定平台和所述两轴转台台体轴系重合。
[0008] 所述两轴转台台体包括底座、方为框架、俯仰框架、连接轴和旋转轴；所述俯仰框 架通过旋转轴与所述方位框架连接，所述方位框架低端通过连接轴与所述底座连接。
[0009] 所述宽频带、高精度陀螺仪A和宽频带、高精度陀螺仪B的带宽和精度高于光电惯 性稳定平台自身的惯性敏感器件。
[0010] 机载光电惯性稳定平台隔离度测试方法包括以下步骤：
[0011] 步骤一：利用MATLAB/Simulink软件建立两轴转台的控制指令控制系统，生成控 制指令，初始化半实物仿真系统硬件接口，建立数据存储模块、数据显示模块和数据处理模 块；
[0012] 步骤二：将待测光电惯性稳定平台安装在两轴转台台体上，使用全站仪测量出光 电惯性稳定平台相对于两轴转台台体的安装误差角P y列，并将安装误差角P r列 输入到数据处理模块中，
[0013] 其中，0、Y、p分别为稳定平台相对于转台在俯仰、横滚和方位三个方向上的安 装误差角；
[0014] 步骤三：建立转台坐标系Obxbybz b与光电惯性稳定平台坐标系Opxpypzp之间的坐标 系关系：
[0015] 转台坐标系Obxbybz b变换到光电惯性稳定平台坐标系Opxpypzp的变换过程为：
【主权项】
1. 机载光电惯性稳定平台隔离度测试系统，其特征在于，包括主控计算机（I)、仿真机 (2)和高精度两轴转台（3);所述高精度两轴转台（3)包括控制柜⑷和两轴转台台体（5)， 所述主控计算机（1)包括数据存储模块、数据显示模块和数据处理模块，所述高精度两轴 转台⑶包括控制柜⑷和两轴转台台体（5); 光电惯性稳定平台（6)安装在所述两轴转台台体（5)上，所述光电惯性稳定平台（6) 的俯仰轴和方位轴上分别安装有宽频带、高精度陀螺仪A (8)，两轴转台台体（5)的俯仰轴 和方位轴上分别安装有宽频带、高精度陀螺仪B (7)，宽频带、高精度陀螺仪A (8)和宽频带、 高精度陀螺仪B (7)分别通过RS422串行总线与所述仿真机（2)连接，所述主控计算机（1) 通过千兆网口与所述仿真机（2)连接，所述仿真机（2)通过RS422串行总线与所述控制柜 ⑷连接，所述控制柜⑷通过电缆与所述两轴转台台体（5)连接，通过主控计算机⑴的 数据存储模块、数据显示模块和数据处理模块实现对数据的存储、显示和处理。
2. 根据权利要求1所述的机载光电惯性稳定平台隔离度测试系统，其特征在于，所述 光电惯性稳定平台（6)和所述两轴转台台体（5)轴系重合。
3. 根据权利要求1所述的机载光电惯性稳定平台隔离度测试系统，其特征在于，所述 两轴转台台体（5)包括底座（13)、方位框架（12)、俯仰框架（11)、连接轴（10)和旋转轴 (9);所述俯仰框架（11)通过旋转轴（9)与所述方位框架（12)连接，所述方位框架（12)低 端通过连接轴（10)与所述底座（13)连接。
4. 根据权利要求1所述的机载光电惯性稳定平台隔离度测试系统，其特征在于，所述 宽频带、高精度陀螺仪A(8)和宽频带、高精度陀螺仪B(7)的带宽和精度高于光电惯性稳定 平台（6)自身的惯性敏感器件。
5. 基于权利要求1所述的机载光电惯性稳定平台隔离度测试系统的测试方法，其特征 在于，包括以下步骤： 步骤一：利用MATLAB/Simulink软件建立两轴转台的控制指令控制系统，生成控制指 令，初始化半实物仿真系统硬件接口，建立数据存储模块、数据显示模块和数据处理模块； 步骤二：将待测光电惯性稳定平台（6)安装在两轴转台台体（5)上，使用全站仪测量出 光电惯性稳定平台（6)相对于两轴转台台体（5)的安装误差角P f列，并将安装误差角 K r纠输入到数据处理模块中， 其中，〇、Γ、P分别为稳定平台相对于转台在俯仰、横滚和方位三个方向上的安装 误差角； 步骤三：建立转台坐标系〇bxbybzb与光电惯性稳定平台（6)坐标系0 pxpypzp之间的坐标 系关系： 转台坐标系〇bxbybzb变换到光电惯性稳定平台（6)坐标系0 pxpypzp的变换过程为：
因此可以得到由两轴转台台体（5)坐标系转变到光电惯性稳定平台（6)坐标系的变换 矩阵Cf为：
步骤四：通过主控计算机（1)控制仿真机（2)将命令传给控制柜（4)，通过控制柜（4) 控制两轴转台台体（5)模拟光电惯性稳定平台（6)的姿态进行运动； 步骤五：分别通过宽频带、高精度陀螺仪A(8)和宽频带、高精度陀螺仪B(7)测得两轴 转台台体（5)在惯性空间中的实际转动角速度和《4以及光电惯性稳定平台（6)的角速 度残差和6^，并分别通过RS422将测得的数据发送到仿真机（2)，仿真机（2)将接收的 数据通过千兆网口传输到主控计算机（1)，并通过数据显示模块实时显示； 步骤六：主控计算机（1)的数据处理模块将步骤五中获得的两轴转台台体（5)在惯性 空间中的实际转动角速度《I和根据步骤三中得到的变换矩阵Cf转换到光电惯性稳定 平台（6)坐标系上，得到光电惯性稳定平台（6)轴系角速度和
步骤七：通过步骤五中得到的光电惯性稳定平台（6)的角速度残差以和&和步骤六 中得到的光电惯性稳定平台（6)轴系角速度和》￡计算光电惯性稳定平台（6)系统隔离 度心和Rdz:
步骤八：通过频谱分析将步骤七中得到的光电惯性稳定平台（6)系统隔离度绘制成频 域内的隔离度曲线。
6.根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于，所述宽频带、高精度陀螺仪A(8)和宽 频带、高精度陀螺仪B(7)的带宽和精度高于光电惯性稳定平台（6)自身的惯性敏感器件。
【专利摘要】机载光电惯性稳定平台隔离度测试系统及方法属于光电稳定平台测试技术领域，目的在于解决现有技术存在的测试带宽较低和测试频率点为有限数的问题。本发明的高精度两轴转台包括控制柜和两轴转台台体，主控计算机包括数据显示模块和数据处理模块，高精度两轴转台包括控制柜和两轴转台台体；光电惯性稳定平台安装在两轴转台台体上，光电惯性稳定平台的俯仰轴和方位轴上分别安装有宽频带、高精度陀螺仪A，两轴转台台体的俯仰轴和方位轴上分别安装有宽频带、高精度陀螺仪B，陀螺仪分别通过RS422串行总线与仿真机连接，主控计算机通过千兆网口与仿真机连接，仿真机通过RS422串行总线与控制柜连接，控制柜通过电缆与两轴转台台体连接。
【IPC分类】G01C25-00
【公开号】CN104535079
【申请号】CN201410689905
【发明人】王福超, 田大鹏, 王昱棠
【申请人】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年11月25日