機(jī)載光電慣性穩(wěn)定平臺隔離度測試系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光電穩(wěn)定平臺測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種機(jī)載光電慣性穩(wěn)定平臺隔 離度測試系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 航空光電慣性穩(wěn)定平臺系統(tǒng)是獲取高分辨率圖像的有效手段，在軍事、民用等領(lǐng) 域具有重要作用。航空光電慣性穩(wěn)定平臺安裝在飛行載體與光電載荷之間，承載并穩(wěn)定光 電載荷，是航空光學(xué)成像系統(tǒng)的重要組成部分之一。使用穩(wěn)定平臺能夠有效隔離飛行載體 非理想姿態(tài)運(yùn)動及其內(nèi)部各種擾動對光學(xué)成像系統(tǒng)視軸的影響，從而使光學(xué)成像系統(tǒng)姿態(tài) 相對慣性空間保持穩(wěn)定。使用穩(wěn)定平臺后，光電成像系統(tǒng)相鄰兩幀圖像間的重疊度大幅提 高，滿足成圖要求，可顯著提高航空光電成像系統(tǒng)的工作效率。穩(wěn)定精度是慣性穩(wěn)定平臺的 主要技術(shù)指標(biāo)之一，反映了穩(wěn)定平臺對干擾力矩的抑制能力。光電慣性穩(wěn)定平臺隔離度又 是成像穩(wěn)定系統(tǒng)的一個重要性能指標(biāo)。影響穩(wěn)定平臺隔離度的因素很多，包括：平臺負(fù)載特 性、干擾力矩、電機(jī)回路參數(shù)、擾動頻率、擾動幅值、摩擦、探測器信號處理延遲、穩(wěn)定系統(tǒng)帶 寬、穩(wěn)定系統(tǒng)最大加速度等。
[0003] 傳統(tǒng)的隔離度測試方法是控制轉(zhuǎn)臺做正弦運(yùn)動，通過測試不同頻率點的穩(wěn)定平臺 視軸偏差，與轉(zhuǎn)臺擾動信號比較得到系統(tǒng)的隔離度。此種方法可在一定程度上評估穩(wěn)定平 臺隔離度水平，但由于輸入信號頻率的跳變會導(dǎo)致轉(zhuǎn)臺出現(xiàn)震蕩等情況，并且該種方法只 能測試單個頻率點或有限帶寬內(nèi)的隔離度性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提出一種機(jī)載光電慣性穩(wěn)定平臺隔離度測試系統(tǒng)及方法，解決 現(xiàn)有技術(shù)存在的測試帶寬較低和測試頻率點為有限數(shù)的問題，實現(xiàn)對中、高精度的航空光 電慣性穩(wěn)定平臺隔離度性能的測試和分析。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的機(jī)載光電慣性穩(wěn)定平臺隔離度測試系統(tǒng)包括主控計算 機(jī)、仿真機(jī)和高精度兩軸轉(zhuǎn)臺；所述高精度兩軸轉(zhuǎn)臺包括控制柜和兩軸轉(zhuǎn)臺臺體，所述主控 計算機(jī)包括數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，所述高精度兩軸轉(zhuǎn)臺包括控制 柜和兩軸轉(zhuǎn)臺臺體；
[0006] 光電慣性穩(wěn)定平臺安裝在所述兩軸轉(zhuǎn)臺臺體上，所述光電慣性穩(wěn)定平臺的俯仰軸 和方位軸上分別安裝有寬頻帶、高精度陀螺儀A，兩軸轉(zhuǎn)臺臺體的俯仰軸和方位軸上分別安 裝有寬頻帶、高精度陀螺儀B，寬頻帶、高精度陀螺儀A和寬頻帶、高精度陀螺儀B分別通過 RS422串行總線與所述仿真機(jī)連接，所述主控計算機(jī)通過千兆網(wǎng)口與所述仿真機(jī)連接，所述 仿真機(jī)通過RS422串行總線與所述控制柜連接，所述控制柜通過電纜與所述兩軸轉(zhuǎn)臺臺體 連接，通過主控計算機(jī)的數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和數(shù)據(jù)處理模塊實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的存儲、 顯示和處理。
[0007] 所述光電慣性穩(wěn)定平臺和所述兩軸轉(zhuǎn)臺臺體軸系重合。
[0008] 所述兩軸轉(zhuǎn)臺臺體包括底座、方為框架、俯仰框架、連接軸和旋轉(zhuǎn)軸；所述俯仰框 架通過旋轉(zhuǎn)軸與所述方位框架連接，所述方位框架低端通過連接軸與所述底座連接。
[0009] 所述寬頻帶、高精度陀螺儀A和寬頻帶、高精度陀螺儀B的帶寬和精度高于光電慣 性穩(wěn)定平臺自身的慣性敏感器件。
[0010] 機(jī)載光電慣性穩(wěn)定平臺隔離度測試方法包括以下步驟：
[0011] 步驟一：利用MATLAB/Simulink軟件建立兩軸轉(zhuǎn)臺的控制指令控制系統(tǒng)，生成控 制指令，初始化半實物仿真系統(tǒng)硬件接口，建立數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和數(shù)據(jù)處理模 塊；
[0012] 步驟二：將待測光電慣性穩(wěn)定平臺安裝在兩軸轉(zhuǎn)臺臺體上，使用全站儀測量出光 電慣性穩(wěn)定平臺相對于兩軸轉(zhuǎn)臺臺體的安裝誤差角P y列，并將安裝誤差角P r列 輸入到數(shù)據(jù)處理模塊中，
[0013] 其中，0、Y、p分別為穩(wěn)定平臺相對于轉(zhuǎn)臺在俯仰、橫滾和方位三個方向上的安 裝誤差角；
[0014] 步驟三：建立轉(zhuǎn)臺坐標(biāo)系Obxbybz b與光電慣性穩(wěn)定平臺坐標(biāo)系Opxpypzp之間的坐標(biāo) 系關(guān)系：
[0015] 轉(zhuǎn)臺坐標(biāo)系Obxbybz b變換到光電慣性穩(wěn)定平臺坐標(biāo)系Opxpypzp的變換過程為：
【主權(quán)項】
1. 機(jī)載光電慣性穩(wěn)定平臺隔離度測試系統(tǒng)，其特征在于，包括主控計算機(jī)（I)、仿真機(jī) (2)和高精度兩軸轉(zhuǎn)臺（3);所述高精度兩軸轉(zhuǎn)臺（3)包括控制柜⑷和兩軸轉(zhuǎn)臺臺體（5)， 所述主控計算機(jī)（1)包括數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，所述高精度兩軸 轉(zhuǎn)臺⑶包括控制柜⑷和兩軸轉(zhuǎn)臺臺體（5); 光電慣性穩(wěn)定平臺（6)安裝在所述兩軸轉(zhuǎn)臺臺體（5)上，所述光電慣性穩(wěn)定平臺（6) 的俯仰軸和方位軸上分別安裝有寬頻帶、高精度陀螺儀A (8)，兩軸轉(zhuǎn)臺臺體（5)的俯仰軸 和方位軸上分別安裝有寬頻帶、高精度陀螺儀B (7)，寬頻帶、高精度陀螺儀A (8)和寬頻帶、 高精度陀螺儀B (7)分別通過RS422串行總線與所述仿真機(jī)（2)連接，所述主控計算機(jī)（1) 通過千兆網(wǎng)口與所述仿真機(jī)（2)連接，所述仿真機(jī)（2)通過RS422串行總線與所述控制柜 ⑷連接，所述控制柜⑷通過電纜與所述兩軸轉(zhuǎn)臺臺體（5)連接，通過主控計算機(jī)⑴的 數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和數(shù)據(jù)處理模塊實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的存儲、顯示和處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)載光電慣性穩(wěn)定平臺隔離度測試系統(tǒng)，其特征在于，所述 光電慣性穩(wěn)定平臺（6)和所述兩軸轉(zhuǎn)臺臺體（5)軸系重合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)載光電慣性穩(wěn)定平臺隔離度測試系統(tǒng)，其特征在于，所述 兩軸轉(zhuǎn)臺臺體（5)包括底座（13)、方位框架（12)、俯仰框架（11)、連接軸（10)和旋轉(zhuǎn)軸 (9);所述俯仰框架（11)通過旋轉(zhuǎn)軸（9)與所述方位框架（12)連接，所述方位框架（12)低 端通過連接軸（10)與所述底座（13)連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)載光電慣性穩(wěn)定平臺隔離度測試系統(tǒng)，其特征在于，所述 寬頻帶、高精度陀螺儀A(8)和寬頻帶、高精度陀螺儀B(7)的帶寬和精度高于光電慣性穩(wěn)定 平臺（6)自身的慣性敏感器件。
5. 基于權(quán)利要求1所述的機(jī)載光電慣性穩(wěn)定平臺隔離度測試系統(tǒng)的測試方法，其特征 在于，包括以下步驟： 步驟一：利用MATLAB/Simulink軟件建立兩軸轉(zhuǎn)臺的控制指令控制系統(tǒng)，生成控制指 令，初始化半實物仿真系統(tǒng)硬件接口，建立數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和數(shù)據(jù)處理模塊； 步驟二：將待測光電慣性穩(wěn)定平臺（6)安裝在兩軸轉(zhuǎn)臺臺體（5)上，使用全站儀測量出 光電慣性穩(wěn)定平臺（6)相對于兩軸轉(zhuǎn)臺臺體（5)的安裝誤差角P f列，并將安裝誤差角 K r糾輸入到數(shù)據(jù)處理模塊中， 其中，〇、Γ、P分別為穩(wěn)定平臺相對于轉(zhuǎn)臺在俯仰、橫滾和方位三個方向上的安裝 誤差角； 步驟三：建立轉(zhuǎn)臺坐標(biāo)系〇bxbybzb與光電慣性穩(wěn)定平臺（6)坐標(biāo)系0 pxpypzp之間的坐標(biāo) 系關(guān)系： 轉(zhuǎn)臺坐標(biāo)系〇bxbybzb變換到光電慣性穩(wěn)定平臺（6)坐標(biāo)系0 pxpypzp的變換過程為：
因此可以得到由兩軸轉(zhuǎn)臺臺體（5)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)變到光電慣性穩(wěn)定平臺（6)坐標(biāo)系的變換 矩陣Cf為：
步驟四：通過主控計算機(jī)（1)控制仿真機(jī)（2)將命令傳給控制柜（4)，通過控制柜（4) 控制兩軸轉(zhuǎn)臺臺體（5)模擬光電慣性穩(wěn)定平臺（6)的姿態(tài)進(jìn)行運(yùn)動； 步驟五：分別通過寬頻帶、高精度陀螺儀A(8)和寬頻帶、高精度陀螺儀B(7)測得兩軸 轉(zhuǎn)臺臺體（5)在慣性空間中的實際轉(zhuǎn)動角速度和《4以及光電慣性穩(wěn)定平臺（6)的角速 度殘差和6^，并分別通過RS422將測得的數(shù)據(jù)發(fā)送到仿真機(jī)（2)，仿真機(jī)（2)將接收的 數(shù)據(jù)通過千兆網(wǎng)口傳輸?shù)街骺赜嬎銠C(jī)（1)，并通過數(shù)據(jù)顯示模塊實時顯示； 步驟六：主控計算機(jī)（1)的數(shù)據(jù)處理模塊將步驟五中獲得的兩軸轉(zhuǎn)臺臺體（5)在慣性 空間中的實際轉(zhuǎn)動角速度《I和根據(jù)步驟三中得到的變換矩陣Cf轉(zhuǎn)換到光電慣性穩(wěn)定 平臺（6)坐標(biāo)系上，得到光電慣性穩(wěn)定平臺（6)軸系角速度和
步驟七：通過步驟五中得到的光電慣性穩(wěn)定平臺（6)的角速度殘差以和&和步驟六 中得到的光電慣性穩(wěn)定平臺（6)軸系角速度和》￡計算光電慣性穩(wěn)定平臺（6)系統(tǒng)隔離 度心和Rdz:
步驟八：通過頻譜分析將步驟七中得到的光電慣性穩(wěn)定平臺（6)系統(tǒng)隔離度繪制成頻 域內(nèi)的隔離度曲線。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測試方法，其特征在于，所述寬頻帶、高精度陀螺儀A(8)和寬 頻帶、高精度陀螺儀B(7)的帶寬和精度高于光電慣性穩(wěn)定平臺（6)自身的慣性敏感器件。
【專利摘要】機(jī)載光電慣性穩(wěn)定平臺隔離度測試系統(tǒng)及方法屬于光電穩(wěn)定平臺測試技術(shù)領(lǐng)域，目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的測試帶寬較低和測試頻率點為有限數(shù)的問題。本發(fā)明的高精度兩軸轉(zhuǎn)臺包括控制柜和兩軸轉(zhuǎn)臺臺體，主控計算機(jī)包括數(shù)據(jù)顯示模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，高精度兩軸轉(zhuǎn)臺包括控制柜和兩軸轉(zhuǎn)臺臺體；光電慣性穩(wěn)定平臺安裝在兩軸轉(zhuǎn)臺臺體上，光電慣性穩(wěn)定平臺的俯仰軸和方位軸上分別安裝有寬頻帶、高精度陀螺儀A，兩軸轉(zhuǎn)臺臺體的俯仰軸和方位軸上分別安裝有寬頻帶、高精度陀螺儀B，陀螺儀分別通過RS422串行總線與仿真機(jī)連接，主控計算機(jī)通過千兆網(wǎng)口與仿真機(jī)連接，仿真機(jī)通過RS422串行總線與控制柜連接，控制柜通過電纜與兩軸轉(zhuǎn)臺臺體連接。
【IPC分類】G01C25-00
【公開號】CN104535079
【申請?zhí)枴緾N201410689905
【發(fā)明人】王福超, 田大鵬, 王昱棠
【申請人】中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年11月25日