专利名称：二级姿控装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种瞄准随动装置，可作为高空气球进行空间探测和空间科学实验的气球平台中需要接收太阳直射的光学设备的瞄准随动装置，特别是一种二级姿控装置。
背景技术：
类似功能的装置常用于在地面等静止平台上对太阳进行跟踪，而本实用新型通过对硬件和软件的重新设计，改进为用在空中的移动平台上，作为二级姿控装置对太阳进行搜索和跟踪。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种安装于一级平台上，总重量较轻的二级姿控装置。
本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是二级姿控装置主要由姿控平台、跟踪组合和控制器组成。
姿控平台主要由步进驱动电机、蜗轮蜗杆减速机构成；方位电机组(6)和方位减速机(7)组成方位扫描机构，带动其上部的直接探测仪器仓(9)、俯仰电机组(12)和俯仰减速机(11)、跟踪组合(8)、太阳挡杆(10)做方位转动；俯仰电机组和俯仰减速机组成俯仰扫描机构，它仅带动跟踪组合和太阳挡杆做俯仰转动跟踪组合由光学镜筒(13)和光学瞄准系统(14，15)、四象限探测器(16)组成，它随方位和俯仰减速机的输出可做方位、俯仰扫描和跟踪；瞄准系统采用卡塞格伦系统，由主镜(14)汇聚、副反镜(15)反射，将视场内的光线聚在置于其焦平面的四象限探测器上为太阳搜索和跟踪提供误差信号。
控制器由差分信号放大电路、信号比较电路、满足步进电机使用要求的步进电机驱动器和主控单元单片机组成；四象限探测器的信号输入差分信号放大电路(U8、U9)，输出的误差信号与信号比较电路(U5、U6、U7、U8)设定的门限电平比较后产生驱动信号输入89C52单片机(U1)，通过分析，单片机分别将俯仰和方位驱动脉冲及方向信号(J3、J4)输入至各自的驱动器，驱动姿控平台带动跟踪组合对太阳进行搜索和跟踪。
将观测吊篮(4)作为一级平台，二级姿控装置(3)安装于一级平台上，由它在空中去完成对太阳的搜索和实时跟踪。探测设备与它绑定或通过与它同光轴的光纤将太阳直射光引入观测吊篮内的观测设备中。
工作时，由地面遥控在空中开始驱动跟踪组合搜索太阳。通过方位和仰角接合的锥形扫描，当太阳进入跟踪组合的探测视场，跟踪组合将锁定太阳位置并开始实时跟踪。同时由光纤将太阳直射光引入观测吊篮内的观测设备中。
由于采用了上述的技术方案，本实用新型具有的有益效果是二级姿控的总重量不大于十公斤，远小于一级平台的重量(一般为1000Kg左右)，因此，由于它的运动而产生的惯量不会对气球平台固有的姿态产生影响，相当于在一个相对稳定的平台上进行工作，跟踪精度不小于0.2°，而且体积小，重量轻。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是气球平台示意图；图2是本实用新型的姿控平台的结构图；图3是本实用新型的跟踪组合的示意图；图4是本实用新型的控制器的原理图；图5是本实用新型的搜索、跟踪程序流程图。
具体实施方式
参见附图，对本实用新型进行详细描述。
二级姿控装置主要由姿控平台、跟踪组合和控制器组成。由地面遥控在空中开始驱动跟踪组合搜索太阳；通过方位和仰角接合的锥形扫描，当太阳进入跟踪组合的探测视场，跟踪组合将锁定太阳位置并开始实时跟踪。同时由光纤将太阳直射光引入观测吊篮内的观测设备中。
参见附图2，姿控平台主要由步进驱动电机、蜗轮蜗杆减速机构成，方位电机组(6)和方位减速机(7)组成方位扫描机构，带动其上部的直接探测仪器仓(9)、俯仰扫描机构、跟踪组合(8)、太阳挡杆(10)做方位转动；俯仰电机组(12)和俯仰减速机(11)组成俯仰扫描机构，它仅带动跟踪组合和太阳挡杆做俯仰转动。其技术指标为方位力矩1.018Nm方位转速52°/Sec方位角误差≤0.12°俯仰力矩2.112Nm俯仰转速18°/Sec俯仰角误差≤0.12°参见附图3，跟踪组合由光学镜筒(13)和光学瞄准系统、四象限探测器(16)组成，它随方位和俯仰减速机的输出可做方位、俯仰扫描和跟踪。瞄准系统采用卡塞格伦系统，由(14)汇聚、(15)反射，将视场内的光线聚在置于其焦平面的四象限探测器上为太阳搜索和跟踪提供误差信号。其技术指标为通光口径Ф50mm视场2°参见附图4，控制器由差分信号放大电路、信号比较电路、满足步进电机使用要求的步进电机驱动器MS-2H057和主控单元-89C52单片机组成。四象限探测器(SXX Sensor)的信号输入差分信号放大电路(U8、U9)，输出的误差信号与信号比较电路(U5、U6、U7、U8)设定的门限电平比较后产生驱动信号输入89C52单片机(U1)，通过分析，单片机分别将俯仰和方位驱动脉冲及方向信号(J3、J4)输入至各自的驱动器(MOTOR Driver)驱动姿控平台带动跟踪组合对太阳进行搜索和跟踪。搜索、跟踪太阳控制过程参见附图5。其技术指标为方位搜索、跟踪范围±210°俯仰搜索、跟踪范围0～90°跟踪精度≮0.2°
本实用新型所述的二级姿控装置由地面遥控在空中开始搜索太阳，通过±210°方位(为消除一级平台自转带来的搜索死角)和0～90°仰角2°逐步抬升的锥形扫描，由四象限探测器测得的信号锁定太阳位置并开始实时跟踪。同时由光纤将太阳直射光引入观测吊篮内的观测设备中。
权利要求1.一种二级姿控装置，其特征在于二级姿控装置主要由姿控平台、跟踪组合和控制器组成；姿控平台主要由步进驱动电机、蜗轮蜗杆减速机构成；方位电机组(6)和方位减速机(7)组成方位扫描机构，带动其上部的直接探测仪器仓(9)、俯仰扫描机构、跟踪组合(8)、太阳挡杆(10)做方位转动；俯仰电机组(12)和俯仰减速机(11)组成俯仰扫描机构，它仅带动跟踪组合和太阳挡杆做俯仰转动跟踪组合由光学镜筒(13)和光学瞄准系统、四象限探测器(16)组成，它随方位和俯仰减速机的输出可做方位、俯仰扫描和跟踪。
2.根据权利要求1所述的二级姿控装置，其特征在于光学瞄准系统采用卡塞格伦系统，包括主镜(14)和副反镜(15)，由主镜(14)汇聚、副反镜(15)反射，将视场内的光线聚在置于其焦平面的四象限探测器上，为太阳搜索和跟踪提供误差信号。
3.根据权利要求1所述的二级姿控装置，其特征在于控制器由差分信号放大电路、信号比较电路、满足步进电机使用要求的步进电机驱动器和主控单元单片机组成；四象限探测器的信号输入差分信号放大电路(U8、U9)，输出的误差信号与信号比较电路(U5、U6、U7、U8)设定的门限电平比较后产生驱动信号输入单片机，单片机分别将俯仰和方位驱动脉冲及方向信号(J3、J4)输入至各自的驱动器，驱动姿控平台带动跟踪组合对太阳进行搜索和跟踪。
专利摘要一种二级姿控装置，涉及一种可作为高空气球的气球平台中需要接收太阳直射的光学设备的瞄准随动装置。主要由姿控平台、跟踪组合和控制器组成。方位电机组和方位减速机组成方位扫描机构，带动其上部的直接探测仪器仓、俯仰扫描机构、跟踪组合、太阳挡杆做方位转动；俯仰电机组和俯仰减速机组成俯仰扫描机构，带动跟踪组合和太阳挡杆做俯仰转动。跟踪组合由光学镜筒和光学瞄准系统、四象限探测器组成，它随方位和俯仰减速机的输出可做方位、俯仰扫描和跟踪；瞄准系统将视场内的光线聚在四象限探测器上为太阳搜索和跟踪提供误差信号。二级姿控装置的体积小重量轻，跟踪精度不小于0.2°。
文档编号G05D3/00GK2852218SQ20052012975
公开日2006年12月27日 申请日期2005年10月17日 优先权日2005年10月17日
发明者宣越健, 吕达仁 申请人:中国科学院大气物理研究所