本發(fā)明涉及制導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種全自動高精度光學(xué)制導(dǎo)裝置。

背景技術(shù)：

制導(dǎo)是一種導(dǎo)引和控制飛行器按照一定規(guī)律飛向預(yù)定目標(biāo)或預(yù)定軌道的技術(shù)，包括光學(xué)制導(dǎo)、有線制導(dǎo)、無線電制導(dǎo)、雷達(dá)制導(dǎo)、紅外制導(dǎo)、激光制導(dǎo)、音響制導(dǎo)、地磁制導(dǎo)、慣性制導(dǎo)和天文制導(dǎo)等。在制導(dǎo)過程中，通過制導(dǎo)系統(tǒng)不斷測定飛行器與預(yù)定目標(biāo)或預(yù)定軌道之間的相對位置關(guān)系，發(fā)出制導(dǎo)信息傳遞給飛行器控制系統(tǒng)，以控制飛行器飛向預(yù)定目標(biāo)或預(yù)定軌道。

近年來，各種類型的飛行器都在向全自動高精度制導(dǎo)方向發(fā)展。由于一部分飛行器在飛行過程中會高速旋轉(zhuǎn)，這就給制導(dǎo)帶來了極大的困難。這是因為，由于飛行器高速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)在圖像處理電路上采集到的圖像也是高速旋轉(zhuǎn)的，無法實現(xiàn)對目標(biāo)的識別、跟蹤，也就無法實現(xiàn)飛行器的制導(dǎo)?，F(xiàn)有高速旋轉(zhuǎn)飛行器制導(dǎo)通常采用激光制導(dǎo)。激光制導(dǎo)屬于主動制導(dǎo)，在制導(dǎo)過程中要發(fā)射激光照射預(yù)定目標(biāo)，通過照射到預(yù)定目標(biāo)的激光確定預(yù)定目標(biāo)位置，實現(xiàn)制導(dǎo)。其存在的問題是，在制導(dǎo)過程中，由于導(dǎo)引頭需要發(fā)射激光照射預(yù)定目標(biāo)，這樣就一定會暴露自身目標(biāo)，預(yù)定目標(biāo)在被激光照射時，就知道自身已被鎖定，可以使用反激光制導(dǎo)機(jī)制實現(xiàn)對抗激光制導(dǎo)，同時也可以對發(fā)射激光的飛行器實施打擊。目前，國內(nèi)并沒有相關(guān)的高速旋轉(zhuǎn)飛行器的全自動高精度光學(xué)制導(dǎo)導(dǎo)引頭的研究。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有高速旋轉(zhuǎn)飛行器采用激光制導(dǎo)存在的在發(fā)射激光照射預(yù)定目標(biāo)的同時會暴露自身目標(biāo)從而導(dǎo)致制導(dǎo)失敗的問題，本發(fā)明提供一種全自動高精度光學(xué)制導(dǎo)裝置。

本發(fā)明為解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明的全自動高精度光學(xué)制導(dǎo)裝置，包括外殼，還包括：

與外殼剛性連接的整流罩；

通過光學(xué)鏡組固定機(jī)構(gòu)與外殼內(nèi)壁相連的光學(xué)鏡組；

設(shè)置在外殼內(nèi)部的轉(zhuǎn)臺上部和轉(zhuǎn)臺下部；

其外環(huán)與外殼內(nèi)壁相連且其內(nèi)環(huán)與轉(zhuǎn)臺下部外壁相連的軸承；

固定在轉(zhuǎn)臺上部前端的紅外ccd，所述光學(xué)鏡組與紅外ccd光學(xué)同軸；

其前端部與轉(zhuǎn)臺上部后端同軸相連的轉(zhuǎn)臺連接軸；

與轉(zhuǎn)臺連接軸同軸相連的導(dǎo)電環(huán)；

通過電機(jī)固定機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)臺下部內(nèi)壁相連的電機(jī)，所述電機(jī)的輸出軸與轉(zhuǎn)臺連接軸后端部同軸相連，所述電機(jī)與伺服控制器相連；

與伺服控制器相連且與轉(zhuǎn)臺連接軸同軸相連的編碼器；

與伺服控制器相連且與轉(zhuǎn)臺下部內(nèi)壁相連的速率陀螺，所述速率陀螺沿著外殼切線安裝；

均與轉(zhuǎn)臺下部外壁相連的轉(zhuǎn)臺前端配重和轉(zhuǎn)臺后端配重；

固定在轉(zhuǎn)臺下部內(nèi)壁上的圖像處理器和伺服控制器，所述圖像處理器與紅外ccd之間通過電纜和導(dǎo)電環(huán)相連。

進(jìn)一步的，所述圖像處理器和伺服控制器均通過電路固定機(jī)構(gòu)固定在轉(zhuǎn)臺下部內(nèi)壁上。

進(jìn)一步的，所述軸承采用陶瓷軸承。

進(jìn)一步的，所述整流罩采用k9光學(xué)玻璃材料制成。

進(jìn)一步的，所述電機(jī)采用直流力矩電機(jī)。

進(jìn)一步的，所述轉(zhuǎn)臺前端配重和轉(zhuǎn)臺后端配重均采用鉛塊。

進(jìn)一步的，所述圖像處理器采用dsp圖像處理電路。

進(jìn)一步的，所述伺服控制器采用dsp數(shù)字控制電路。

進(jìn)一步的，所述編碼器采用絕對式軸角編碼器。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明采用光學(xué)制導(dǎo)，預(yù)定目標(biāo)通過光學(xué)鏡組成像于紅外ccd上，通過圖像處理器對圖像進(jìn)行處理后傳輸給飛行器控制系統(tǒng)，以控制飛行器飛向預(yù)定目標(biāo)或預(yù)定軌道，實現(xiàn)制導(dǎo)。光學(xué)制導(dǎo)屬于被動制導(dǎo)，與激光制導(dǎo)不同，在制導(dǎo)過程中無需發(fā)射激光照射預(yù)定目標(biāo)，只需要被動接收預(yù)定目標(biāo)的紅外輻射特性，這樣就不會暴露自身目標(biāo)。

2、本發(fā)明通過三級消旋原理實現(xiàn)消旋功能，消除飛行器高速旋轉(zhuǎn)對圖像識別和跟蹤的影響，進(jìn)而保持圖像視軸的穩(wěn)定。一級消旋通過軸承、外殼、轉(zhuǎn)臺下部之間的聯(lián)動作用實現(xiàn)，消除大部分轉(zhuǎn)臺下部的旋轉(zhuǎn)偏差；二級消旋通過速率陀螺、轉(zhuǎn)臺下部、伺服控制器、電機(jī)、轉(zhuǎn)臺上部、編碼器組成自動控制閉環(huán)系統(tǒng)實現(xiàn)，進(jìn)一步消除余下旋轉(zhuǎn)偏差，實現(xiàn)高精度伺服控制；三級消旋采用紅外ccd和圖像處理器組成的圖像處理系統(tǒng)實現(xiàn)，通過圖像處理算法消除以上兩級消旋殘余的微小旋轉(zhuǎn)偏差。

3、本發(fā)明中設(shè)置有導(dǎo)電環(huán)，它作為轉(zhuǎn)臺上部和轉(zhuǎn)臺下部的電氣連接機(jī)構(gòu)，起到將旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺上部和轉(zhuǎn)臺下部的電氣連接作用。由于轉(zhuǎn)臺是轉(zhuǎn)動的，電纜連接如果不采取措施，由于轉(zhuǎn)動，電纜就會絞在一起，導(dǎo)致電纜絞斷。

4、針對飛行器長時間存放的情況，普通的機(jī)械軸承需要定期添加潤滑油，本發(fā)明中的軸承采用陶瓷軸承，無需使用潤滑油，解決了飛行器長時間存放的問題。

5、本發(fā)明可以對高速旋轉(zhuǎn)的飛行器實現(xiàn)穩(wěn)定消旋進(jìn)而實現(xiàn)全自動高精度光學(xué)制導(dǎo)，結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，安全可靠實用，體積小巧，重量輕，可以實現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)飛行器制導(dǎo)的最佳效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的全自動高精度光學(xué)制導(dǎo)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、整流罩，2、外殼，3、光學(xué)鏡組，4、光學(xué)鏡組固定機(jī)構(gòu)，5、紅外ccd，6、轉(zhuǎn)臺上部，7、轉(zhuǎn)臺連接軸，8、電機(jī)，9、電機(jī)固定機(jī)構(gòu)，10、速率陀螺，11、轉(zhuǎn)臺下部，12、軸承，13、轉(zhuǎn)臺前端配重，14、轉(zhuǎn)臺后端配重，15、導(dǎo)電環(huán)，16、圖像處理器，17、伺服控制器，18、電路固定機(jī)構(gòu)，19、編碼器。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明的全自動高精度光學(xué)制導(dǎo)裝置，主要包括整流罩1、外殼2、光學(xué)鏡組3、光學(xué)鏡組固定機(jī)構(gòu)4、紅外ccd5、轉(zhuǎn)臺上部6、轉(zhuǎn)臺連接軸7、電機(jī)8、電機(jī)固定機(jī)構(gòu)9、速率陀螺10、轉(zhuǎn)臺下部11、軸承12、轉(zhuǎn)臺前端配重13、轉(zhuǎn)臺后端配重14、導(dǎo)電環(huán)15、圖像處理器16、伺服控制器17、電路固定機(jī)構(gòu)18、編碼器19。

整流罩1與外殼2剛性連接，整流罩1起到減小風(fēng)阻、使本發(fā)明的全自動高精度光學(xué)制導(dǎo)裝置滿足空氣動力學(xué)。外殼2與飛行器外殼一體化加工或者外殼2與飛行器外殼機(jī)械連接。在外殼2內(nèi)部，在光學(xué)鏡組3和紅外ccd5的主光軸傳播方向上從左至右依次設(shè)置有光學(xué)鏡組3、紅外ccd5、轉(zhuǎn)臺上部6、編碼器19、導(dǎo)電環(huán)15、轉(zhuǎn)臺連接軸7、電機(jī)8、轉(zhuǎn)臺下部11、軸承12、圖像處理器16、伺服控制器17。其中，光學(xué)鏡組3通過光學(xué)鏡組固定機(jī)構(gòu)4與外殼2機(jī)械連接，光學(xué)鏡組固定機(jī)構(gòu)4固定在外殼2內(nèi)壁上，光學(xué)鏡組3靠近整流罩1設(shè)置，光學(xué)鏡組3可以隨著外殼2一起旋轉(zhuǎn)，由于光學(xué)鏡組3中的光學(xué)鏡片均為球面鏡片，隨著外殼2一起旋轉(zhuǎn)時不影響光學(xué)成像。紅外ccd5固定在轉(zhuǎn)臺上部6前端，并且光學(xué)鏡組3與紅外ccd5安裝時要保證兩者光學(xué)同軸，可以通過調(diào)整光學(xué)鏡組3與光學(xué)鏡組固定機(jī)構(gòu)4的機(jī)械連接位置以及通過調(diào)整紅外ccd5與轉(zhuǎn)臺上部6的機(jī)械連接位置來調(diào)整光學(xué)鏡組3與紅外ccd5之間的位置關(guān)系。軸承12外環(huán)與外殼2內(nèi)壁機(jī)械連接，軸承12內(nèi)環(huán)與轉(zhuǎn)臺下部11外壁機(jī)械連接。轉(zhuǎn)臺上部6、轉(zhuǎn)臺連接軸7、電機(jī)8機(jī)械同軸連接，具體的說，轉(zhuǎn)臺上部6后端中心與轉(zhuǎn)臺連接軸7前端部機(jī)械同軸相連，轉(zhuǎn)臺連接軸7后端部與電機(jī)8的輸出軸機(jī)械同軸相連。編碼器19、導(dǎo)電環(huán)15、轉(zhuǎn)臺連接軸7、轉(zhuǎn)臺下部11機(jī)械同軸連接，具體的說，編碼器19與轉(zhuǎn)臺連接軸7機(jī)械同軸相連，導(dǎo)電環(huán)15與轉(zhuǎn)臺連接軸7機(jī)械同軸相連，電機(jī)8通過電機(jī)固定機(jī)構(gòu)9與轉(zhuǎn)臺下部11機(jī)械連接，電機(jī)固定機(jī)構(gòu)9固定在轉(zhuǎn)臺下部11內(nèi)壁上，并且編碼器19和導(dǎo)電環(huán)15位于轉(zhuǎn)臺上部6與電機(jī)8之間，編碼器19用于測量轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)角度。速率陀螺10是測速元件，切線安裝，具體的是：速率陀螺10沿著外殼2切線方向與轉(zhuǎn)臺下部11內(nèi)壁機(jī)械連接，測到的速度就是外殼2的轉(zhuǎn)速，如果不是切線安裝，測到的速度就不是外殼2的轉(zhuǎn)速，而是存在了三角函數(shù)的關(guān)系。圖像處理器16和伺服控制器17均通過電路固定機(jī)構(gòu)18與轉(zhuǎn)臺下部11機(jī)械連接，電路固定機(jī)構(gòu)18固定在轉(zhuǎn)臺下部11內(nèi)壁上。轉(zhuǎn)臺前端配重13和轉(zhuǎn)臺后端配重14均與轉(zhuǎn)臺下部11外壁機(jī)械連接。

紅外ccd5與圖像處理器16之間通過電纜和導(dǎo)電環(huán)15相連，導(dǎo)電環(huán)15可以避免電纜在旋轉(zhuǎn)過程中造成扭傷。本發(fā)明的全自動高精度光學(xué)制導(dǎo)裝置前端的預(yù)打擊目標(biāo)通過光學(xué)鏡組3成像于紅外ccd5上，并通過圖像處理器16接收圖像，圖像處理器16與飛行器控制系統(tǒng)通過電纜相連，通過圖像處理器16對圖像進(jìn)行處理后傳輸給飛行器控制系統(tǒng)，以控制飛行器飛向目標(biāo)或預(yù)定軌道。

速率陀螺10與伺服控制器17通過電纜相連，電機(jī)8與伺服控制器17通過電纜相連，編碼器19與伺服控制器17通過電纜相連。通過速率陀螺10測量轉(zhuǎn)臺下部11的旋轉(zhuǎn)偏差輸出給伺服控制器17，通過伺服控制器17控制電機(jī)8旋轉(zhuǎn)，同時驅(qū)動轉(zhuǎn)臺上部6轉(zhuǎn)動，以消除旋轉(zhuǎn)偏差。

為了抵消飛行器的高速旋轉(zhuǎn)，本發(fā)明的全自動高精度光學(xué)制導(dǎo)裝置采用三級消旋措施：

一級消旋：軸承12外環(huán)與外殼2內(nèi)壁機(jī)械連接，軸承12內(nèi)環(huán)與轉(zhuǎn)臺下部11外壁機(jī)械連接，外殼2與飛行器外殼一體化加工或者外殼2與飛行器外殼機(jī)械連接。當(dāng)外殼2隨著飛行器高速旋轉(zhuǎn)時，軸承12外環(huán)也隨著外殼2一起高速旋轉(zhuǎn)，與軸承12內(nèi)環(huán)機(jī)械連接的轉(zhuǎn)臺下部11不會隨著外殼2高速旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)臺前端配重13和轉(zhuǎn)臺后端配重14均與轉(zhuǎn)臺下部11外壁機(jī)械連接，轉(zhuǎn)臺前端配重13和轉(zhuǎn)臺后端配重14使整個轉(zhuǎn)臺前后配重一致，進(jìn)而減小軸承12外環(huán)與內(nèi)環(huán)之間的摩擦力。通過上述結(jié)構(gòu)的設(shè)計，可以抵消高速旋轉(zhuǎn)的外殼2帶來的大部分旋轉(zhuǎn)。并且，軸承12采用陶瓷軸承，無需使用潤滑油。

二級消旋：速率陀螺10、轉(zhuǎn)臺下部11、伺服控制器17、電機(jī)8、轉(zhuǎn)臺上部6、編碼器19組成自動控制閉環(huán)系統(tǒng)，可以實現(xiàn)高精度伺服控制。采用速率陀螺10測量轉(zhuǎn)臺下部11經(jīng)一級消旋余下的旋轉(zhuǎn)偏差，然后將其輸出到伺服控制器17中，通過伺服控制器17控制電機(jī)8旋轉(zhuǎn)，同時驅(qū)動轉(zhuǎn)臺上部6轉(zhuǎn)動，進(jìn)一步消除余下旋轉(zhuǎn)偏差。編碼器19作為自動控制閉環(huán)系統(tǒng)的反饋測量元件，通過編碼器19測量轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)角輸出給伺服控制器17，伺服控制器17根據(jù)編碼器19測量的旋轉(zhuǎn)角和速率陀螺10測量的旋轉(zhuǎn)偏差控制電機(jī)8旋轉(zhuǎn)，同時驅(qū)動轉(zhuǎn)臺上部6轉(zhuǎn)動，進(jìn)一步消除余下旋轉(zhuǎn)偏差。

一般高速旋轉(zhuǎn)飛行器的轉(zhuǎn)速是每秒6～12轉(zhuǎn)，也就是2160～4320°/s。普通速率陀螺10的最大測速范圍是1200°/s，無法直接測量高速旋轉(zhuǎn)飛行器的轉(zhuǎn)速，從而無法實現(xiàn)消旋，本發(fā)明通過一級消旋后轉(zhuǎn)臺下部11的轉(zhuǎn)速大幅度下降，可以滿足普通速率陀螺10的測量范圍，而且可以實現(xiàn)速率陀螺10的小型化。

三級消旋：紅外ccd5和圖像處理器16組成圖像處理系統(tǒng)，通過圖像處理算法消除以上兩級消旋殘余的微小旋轉(zhuǎn)偏差。

本實施方式中，整流罩1采用k9光學(xué)玻璃材料制成。

本實施方式中，光學(xué)鏡組3采用現(xiàn)有設(shè)計或者根據(jù)實際需求設(shè)計即可，只要實現(xiàn)成像功能。具體的說：光學(xué)鏡組3中的所有光學(xué)鏡片均采用光學(xué)鍍膜處理，具有增透作用，并且所有的光學(xué)鏡片均采用球面鏡片。

本實施方式中，外殼2采用不銹鋼噴漆，光學(xué)鏡組固定機(jī)構(gòu)4采用不銹鋼噴漆，轉(zhuǎn)臺上部6采用不銹鋼噴漆，轉(zhuǎn)臺連接軸7采用不銹鋼噴漆，電機(jī)固定機(jī)構(gòu)9采用不銹鋼噴漆，轉(zhuǎn)臺下部11采用不銹鋼噴漆，電路固定機(jī)構(gòu)18采用不銹鋼噴漆。

本實施方式中，紅外ccd5采用紅外波段ccd。

本實施方式中，電機(jī)8采用直流力矩電機(jī)。

本實施方式中，速率陀螺10采用高精度小型化速率陀螺。

本實施方式中，軸承12采用陶瓷軸承。

本實施方式中，轉(zhuǎn)臺前端配重13采用鉛塊配重，轉(zhuǎn)臺后端配重14采用鉛塊配重。

本實施方式中，導(dǎo)電環(huán)15采用小型化導(dǎo)電環(huán)。

本實施方式中，圖像處理器16采用dsp圖像處理電路。

本實施方式中，伺服控制器17采用dsp數(shù)字控制電路。

本實施方式中，編碼器19采用絕對式軸角編碼器。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。