СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ И НАВЕДЕНИЯ ЛИНИИ ВИЗИРОВАНИЯ

Полезная модель относится к области оптического приборостроения, в частности к гиростабилизированным устройствам, размещаемым на подвижных объектах для обеспечения двухплоскостной стабилизации и наведения поля зрения оптических приборов.
Известна система стабилизации линии визирования [1], содержащая корпус, платформу с вертикальной осью, размещенной в подшипниках корпуса, зеркальный отражатель с горизонтальной осью, размещенной в подшипниках платформы, одноосный гироскопический стабилизатор (далее - ОСГ) с контуром управления, выходная ось которого размещена в подшипниках платформы и кинематически связана передачей в соотношении 2:1 с горизонтальной осью зеркального отражателя, датчик угла, кинематически связанный с горизонтальной осью зеркального отражателя, исполнительный двигатель, установленный на вертикальной оси платформы, усилительно-корректирующее устройство, гироскопический чувствительный элемент, выполненный в виде гиромодуля, содержащего первый и второй датчики угловой скорости, расположенные так, что оси чувствительности первого и второго датчиков угловой скорости соосны соответственно вертикальной оси платформы и горизонтальной оси зеркального отражателя, усилительно-корректирующее устройство выполнено в виде цифрового модуля, при этом первый вход усилительно-корректирующего устройства соединен с выходом датчика угла, второй и третий его входы соединены соответственно с первым и вторым выходами гиромодуля, первый выход усилительно-корректирующего устройства подключен к исполнительному двигателю, второй его выход соединен с входом контура управления одноосного гироскопического стабилизатора.
Недостатком известной системы являются: ограниченные углы наведения в вертикальной плоскости, не превышающие 45°, что связанно с применением в ее составе ОГС, наличие кинематической передачи в соотношении 2:1 между осью ОГС и горизонтальной осью зеркального отражателя, зависимость ошибки стабилизации поля зрения в вертикальной плоскости от точности выполнения этого соотношения.
Задачей настоящей полезной модели является увеличение углов вертикального наведения.
Предложена система стабилизации и наведения, содержащая корпус, платформу с первой осью, размещенной в подшипниках корпуса, отражатель с второй осью, размещенной в подшипниках платформы и перпендикулярной первой оси платформы, модуль управления гиростабилизированной платформой, размещенный на платформе, первый датчик угла, размещенный на первой оси, выход которого подключен к первому входу модуля управления гиростабилизированной платформой, первый моментный двигатель, размещенный на первой оси, вход которого подключен к первому выходу модуля управления гиростабилизированной платформой, гироскопический модуль. Новизна предложения состоит в том, что платформа имеет присоединительные поверхности для размещения полезной нагрузки в виде оптоэлектронного модуля, дополнительно введены второй датчик угла, размещенный на второй оси, выход которого подключен к второму входу модуля управления гиростабилизированной платформой, четвертый вход которого служит для приема сигналов наведения, второй моментный двигатель, вход которого подключен к второму выходу модуля управления гиростабилизированной платформой, гироскопический модуль имеет не менее трех осей чувствительности и установлен неподвижно на платформе, выход которого подключен к третьему входу модуля управления гиростабилизированной платформой, при этом первая ось чувствительности гироскопического модуля параллельна первой оси платформы, вторая ось чувствительности - параллельно второй оси отражателя, а третья ось чувствительности взаимно ортогональна первым двум.
На фигуре изображена структурно-кинематическая схема заявляемого устройства. Корпус 1, закрепленный на подвижном объекте, платформу 2 с первой осью 3, размещенную в подшипниках 4 корпуса 1, имеющую присоединительные поверхности для размещения полезной нагрузки 5 в виде оптоэлектронного модуля, модуль управления гиростабилизированной платформой (далее - МУ ГСП) 6, размещенный на платформе 2 и имеющий четыре входа и два выхода, четвертый вход которого служит для получения сигналов наведения, первый датчик угла 7, размещаемый на первой оси 3, выход которого подключен к первому входу МУ ГСП 6, первый моментный двигатель 8, размещаемый на первой оси 3, вход которого подключен к первому выходу МУ ГСП 6, отражающую поверхность (зеркало, призму и т.д) 9 с второй осью 10, размещенную в подшипниках 11 платформы 2 перед полезной нагрузкой 5, при этом вторая ось 10 перпендикулярна первой оси 3, второй датчик угла 12, размещаемый на второй оси 10, выход которого подключен к второму входу МУ ГСП 6, второй моментный двигатель 13, вход которого подключен к второму выходу МУ ГСП 6, и трехосевой гироскопический датчик 14, установленный неподвижно на платформе 2, выход которого подключен к третьему входу МУ ГСП 6, при этом первая ось чувствительности гироскопического датчика 14 параллельна первой оси 3 платформы 2, вторая ось чувствительности - параллельно второй оси 10, а третья ось чувствительности взаимно ортогональна первым двум.
Стабилизация и наведение относительно первой оси платформы осуществляется путем нахождения разности между сигналом требуемой скорости наведения и скорости разворота линии визирования вокруг оси, взаимно ортогональной второй оси и направлению линии визирования. Вышеуказанная скорость находится как сумма произведений сигналов скорости поворота гироскопического датчика вокруг первой и третьей оси чувствительности на соответственно косинус и синус текущего угла линии визирования, равного удвоенному сигналу второго датчика угла. Полученный сигнал разности (ошибки стабилизации) поступает на регулятор МУ ГСП, который формирует сигнал управления первым моментным двигателем, задающим скорость поворота платформы вокруг первой оси так, чтобы сигнал ошибки стабилизации был равным нулю.
Стабилизация и наведение относительно второй оси осуществляется путем нахождения разности между сигналом требуемой скорости наведения и суммой сигналов скорости разворота платформы вокруг второй оси чувствительности гироскопического датчика и скорости разворота линии визирования вокруг второй оси платформы, вычисленной как удвоенная скорость поворота отражающей поверхности относительно платформы, полученная путем цифрового дифференцирования сигнала второго датчика угла в МУ ГСП. Полученный сигнал разности (ошибки стабилизации) поступает на регулятор МУ ГСП, который формирует сигнал управления вторым моментным двигателем, задающим скорость поворота отражателя вокруг второй оси платформы так, чтобы сигнал разности был равным нулю.
В качестве гироскопического датчика может быть использован трехосевой гироскопический модуль, выполненный на базе микроэлектромеханических или волоконно-оптических чувствительных элементов, обладающих высокой стойкостью к ударам и вибрациям. Для обеспечения высокой точности стабилизации по второй оси платформы важно, чтобы гироскопический модуль обладал высокой точностью и линейностью масштабного коэффициента во всем диапазоне рабочих температур. Этим условиям удовлетворяет, например, примененный гироскопический модуль STIM210, производства компании Sensonor AS.
Реализация предложенной схемы построения системы стабилизации и наведения линии визирования позволяет отказаться от использования ОГС с контуром управления, выходная ось которого размещена в подшипниках платформы и кинематически связана передачей в соотношении 2:1 с горизонтальной осью зеркального отражателя, в результате чего увеличить углы наведения вокруг второй оси платформы до 77°, упростив при этом конструкцию заявляемой системы, и как следствие снизить габаритные размеры, массу, стоимость и повысить надежность системы в целом.
Использованные источники информации:
1. Евразийский патент №029390 B1, G02B 23/02, G12B 5/00, опуб. 30.03.2018 (прототип).