一种大范围可编程控制的目标轨迹模拟装置的制作方法

本发明属于目标轨迹模拟仿真领域，具体的涉及一种大范围可编程控制的目标轨迹模拟装置，用于模拟目标大范围的运动轨迹，为光电跟踪设备提供更实用的实验验证测试平台。

背景技术：

光电跟踪设备在调试过程中，需要利用目标轨迹模拟装置对设备进行反复多次测试来检测跟踪系统的精度和可靠性。设备前期的测试过程中设备一般在封闭的调试车间或实验室，传统广泛实用的轨迹模拟装置为动靶标。动靶标利用旋转臂带动一个点光源来模拟运动目标，但是其存在动态范围小，灵活性差，成本高的缺点。为解决此问题，申请号为CN 201610369974.6《一种可编程控制的目标轨迹模拟装置》的中国发明专利利用快速扰动平台架构对其进行了改进，可很好地提高其动态范围和灵活性，但该发明的动态性能依旧有限，无法实现系统的不同仰角跟踪测试。因此，需要重新对该轨迹模拟装置进行优化设计，提高其动态范围，满足实际系统调试需求。

技术实现要素：

针对当前的目标轨迹模拟装置无法实现系统的不同仰角跟踪测试需求等问题，本发明提出了一种大范围可编程控制的目标轨迹模拟装置，该装置利用一个由步进电机驱动的摆镜与由音圈电机驱动的轨迹模拟装置进行结合，轨迹模拟装置发出的目标光源通过摆镜的反射然后再在靶面成像，如此可有效地提高模拟轨迹的俯仰动态范围。通过控制器执行控制程序可实现不同速度、加速度的目标轨迹，大大提高了轨迹模拟的灵活性。摆镜装置自身体积小，重量轻，从而该装置的添加，保证了原装置的体积小、重量轻、便携性好等特性，从而可方便的带到外场进行跟踪测试，提高轨迹模拟装置的实用性。

本发明解决技术问题所采用的技术方案：一种大范围可编程控制的目标轨迹模拟装置，该装置包括控制器模块、音圈电机驱动模块、步进电机驱动模块、两轴运动台模块和摆镜模块，控制器模块同时输出控制信号给音圈电机驱动模块和步进电机驱动模块，两轴运动台模块利用音圈电机的驱动可实现运动台面的两轴偏转，从而带动安装在上面的成像设备的运动，摆镜模块依靠步进电机驱动镜面绕转轴偏转，利用光的镜面反射原理来驱动光轴实现大范围的俯仰运动，最终，整个装置利用两轴运动台模块和摆镜模块的配合完实现靶点的大范围运动，以此实现目标轨迹的大范围模拟。

进一步的，控制器针对不同执行机构模块采用不同的控制方法，在两轴运动台模块上采用利用位置反馈闭环控制方法，而针对摆镜模块则采用直接开环驱动控制方法，开环驱动直接简单，不增加系统控制复杂性。

进一步的，控制器模块通过中断以指定频率输出控制信号给驱动模块来驱动装置工作，其硬件平台可由工控机、嵌入式板卡、单片机或PowerPC构成。

进一步的，其两轴运动台模块和摆镜模块主要包含十个部分：基座、摆镜底座、步进电机、镜托、反射镜、成像设备、运动台面、音圈电机、位置传感器、成像靶面；两轴运动台由一个柔性支柱所支撑的运动台面、四个电机和四个位置传感器构成；成像设备垂直安装在两轴运动台的运动台面上；摆镜装置为一个单轴偏转机构，利用步进电机进行开环控制，可把两轴运动台上成像设备的光束大范围的反射偏转，从而在靶面上实现目标模拟点的高仰角的运动。

进一步的，结构中两轴运动台上的四个位置传感器包括但不限于电涡流位置传感器或者电位器位移传感器构成。

进一步的，成像设备包括但不限于激光笔或小型光纤激光器构成。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)与传统的轨迹模拟装置动靶标和旧版轨迹台装置设计相比，该装置利用一个由步进电机驱动的摆镜与由音圈电机驱动的轨迹台装置进行结合，可有效地提高模拟轨迹的俯仰动态范围，满足实际系统需求。

(2)该装置添加的摆镜结构简单，成本较低，同时控制方法也较简单，保证了系统的低成本和可实现性。

(3)该装置所模拟的目标轨迹高仰角目标时无需再增加成本，且其体积小、重量轻，携带性好，从而可方便的带到外场进行跟踪测试，提高轨迹模拟装置的实用性。

附图说明

图1是本发明的一种大范围可编程控制的目标轨迹模拟装置整体结构图。

图2是本发明的两轴运动台模块和摆镜模块的具体设计图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。

如附图1所示，一种大范围可编程控制的目标轨迹模拟装置整体结构图，其中包括控制器模块(1)、音圈电机驱动模块(2)、两轴运动台模块(3)、步进电机驱动模块(4)、摆镜模块(5)。控制器模块通过中断以指定频率采集安装在两轴运动台模块上的位置传感器信号，然后通过控制程序计算和修正输出的驱动信号。驱动信号包含两部分：音圈电机的驱动信号和步进电机驱动信号，利用这两个驱动信号反过来修正和控制两执行机构的偏转角度。音圈电机驱动模块和步进电机驱动模块都是把控制器模块输出的弱电控制驱动信号转化为强电驱动信号，从而驱动执行机构上的电机。两执行机构上的电机分别收到驱动模块上的驱动信号产生运动，运动台面运动和摆镜运动的叠加，最后实现靶点的运动，这样来实现目标的轨迹模拟。

如附图2所示，是本发明的两轴运动台模块和摆镜模块的具体设计图，主要包含十个部分：基座①、摆镜底座②、步进电机③、镜托④、反射镜⑤、成像设备⑥、运动台面⑦、音圈电机⑧、位置传感器⑨、成像靶面⑩。基座为一“L”型小台子，用来固定竖着安装的摆镜和斜着安装的两轴运动控制台，以保证两运动台在动态工作时基座的稳固性。两轴运动台由一个柔性支柱所支撑的台面、四个电机和四个位置传感器构成，其两轴是针对支撑台面所运动的轴线而言，具体称为X轴和Y轴，在两个轴线上各安装有两个电机，两电机一推一拉而带动运动台面绕一个轴偏转运动，因此当两个轴同时运动时便可带动运动台面绕任何轴运动。成像设备垂直安装在运动台面上，其将电能转化为光能然后投射出一束聚光的光束，该光束直接投向摆镜的镜面上，通过镜面的反射，在靶面汇聚成一高亮靶点，用来模拟目标。摆镜装置为一个单轴偏转机构，在镜托上安装一反射镜，利用步进电机进行开环控制，实现反射镜的俯仰大幅偏转，从而可以把两轴运动台上成像设备投过来的光束大范围的反射偏转。由于摆镜的偏转和两轴运动台的偏转，光源最终在靶面上的高亮靶点可实现目标模拟的大范围俯仰运动和小范围的方位运动。