稳定平台关键技术综述

稳定平台关键技术综述

0引言

从科索沃战争、伊拉克战争到最近的利比亚战争，局部战争成为主要的作战模式。与以往的区域攻击不同，现代局部战争的主要特点是快速反应、精确打击。为应对未来局部战争，做到敢打必胜，改进与研制武器装备，提高部队作战能力成为首要任务。

在我军车载陆战装备中，战术导弹、坦克、火炮等武器系统近些年来有了很大发展，射击范围和精度都有了很大提高。但与外军先进装备相比，行进间射击精度尚有较大差距，甚至大多装配的武器系统还无法实现行进间射击。行进间射击作为提高部队作战效率，增强武器装备自我防护能力的重要指标，已成为未来陆战装备的主要发展方向，同时这也使得对武器系统的改进与研制迫在眉睫。

瞄准线稳定技术是实现行进间射击、提高行进间射击精度的主要环节。它采用稳定平台对车体的航向、纵摇和横滚运动进行有效的隔离，使瞄准线在惯性坐标系下保持稳定。为提高陆战装备快速反应与精确打击能力，急需提高稳定瞄准的快速性、精确性、自适应性，因此本课题的研究具有重要意义。

1稳定平台国内外研究现状

在光电稳定平台中，陀螺稳定平台迄今得到了广泛的应用，它是采用一个环架系统作为光电传感器的光学平台，在平台上放置陀螺来测量平台的运动，陀螺敏感姿态角的变化经过放大以后驱动环架的力矩电机，通过力矩电机驱动平台使光电传感器保持稳定。在国外起初应用于手持式望远镜和瞄准具中，并在八十年代装备部队，现已广泛应用于地基、车载、舰载、机载、弹载、天基等各种观测、摄像系统中。1996年，美国的航空红外制造商前视红外系统公司以电子新闻采集市场为目标推出了一种双传感器系统，它包括一个用于低照度的高分辨率红外摄像机和用于白天的标准广播摄像机，这两台摄像机一起被安装在一个紧凑的三轴陀螺稳定的万向架中，能够提供50rad μ的图像稳定精度，意大利的Caselle-Torinese 公司生产的11072Caselle-Torinese 光轴稳定平台的旋转范围可以做到高低方位均为︒︒360~0，最大旋转速度为︒60/s ，稳定精度为0.4mrad 。英国的Ferranti Electro-optics 公司生产的FIN1155用于坦克的陆地导弹/稳定平台，其瞄准线的稳定精度达到了0.1mrad 。法国的SAGEM 公司研制的舰载对空红外全景监视系统可以在︒+︒-30~30的摇摆，︒+︒-10~10的纵摇时的稳定精度达到0.5mrad 。1994年法国生产的“唯吉-105”型周视光电火控红外系统，在方位为︒︒360~0，俯仰角为︒︒-65~25范围内稳定精度为0.1mrad 。以色列研制的ESP-1H 采用两轴陀螺稳定平台，在方位角为︒︒360~0，俯仰角在︒+︒-110~10的范围内，最大旋转速度为︒50/s 的稳定精度高达50rad μ，而ESO-600C 的稳定精度高达15rad μ。

国内上世纪80年代开始研制瞄准具稳定平台，90年代逐渐展开了陀螺稳定平台的研制。北京618所90年代初期研制了机载陀螺稳定平台，其稳定精度可达到0.1mrad ，中科院成都光电所承担的863子课题——快速反射镜成像跟踪系统，采用了二级稳定技术，并于1994年通过评审。华中光电技术研究所研制的舰载红外稳定平台的稳定精度为1mrad ，清华大学精密机械与机械学系惯性导航研究室于1997年研制出机载瞄准线稳定跟踪系统，并交付部队使用。

车载稳定平台的研究开始于80年代后期，最初用于坦克炮长镜上以稳定瞄准线，其原理是在框架陀螺的转子上安装导光棱镜，以达到稳定瞄准线的目的，其稳定精度可达到0.2mrad ，但瞄准范围仅仅是方位︒±4、俯仰︒+︒-20~10，加之人机工程差，使用受到了

限制。此外，电子3所、长春光机所、西安应用光学研究所等都在开展该应用领域的研究工作，由于受到惯性元件技术的限制，以及研究成本较高，致使在稳定跟踪平台的改进与研制方面没有取得突破性进展，与国外差距较大。

常见稳定平台：

可见光导弹光电吊舱

制导炸弹导引头监控光电

火炮瞄准光电

2稳定平台实现的总体方案

2.1 稳定平台的主要技术指标

（1）转动范围：俯仰、方位、横滚

（2）跟踪精度

（3）稳定精度

（4）最大角速度

（5）最大角加速度

2.2 稳定平台技术实现总体方案

（1）稳定平台框架形式选取

光电侦察稳定平台的框架形式一般为双轴二框架稳定、三框架三轴稳定、四框架两轴稳定等, 依据稳定精度、搜索范围的要求而定。

双轴二框架结构是将光电传感器等侦察设备置于相互正交的俯仰、方位两个框架组成的平台上(如图1所示) , 通过陀螺敏感平台相对惯性空间运动，然后经陀螺稳定回路驱动框架力矩电机, 克服外界干扰力矩, 达到稳定目的。两框架平台是一种非常成熟的、常规的稳定装置，其对于小负载、高精度的稳定是十分有效的。而对负载较重的侦查设备而言，按照目前的二框架平台系统的设计和工艺技术水平，要使稳定精度达到微弧级是十分困难的。双轴二框架系统的跟踪角范围是很有限的, 很容易造成平台自锁或误差过大。在双轴二框架结构平台系统中, 跟踪只能实现瞄准线的轴线的稳定,即实现侦察设备在确定的方位上任一时刻都紧紧地瞄准目标, 达到最佳的效果, 而不能实现瞄准线绕自身轴系的旋转变化稳定, 即不能保证探测器得到的图像相对于惯性坐标系是稳定的, 直接影响跟踪系统的平稳性及动态跟踪精度。

三框架三轴稳定平台是一个有 3 个自由度的系统: 方位、俯仰、横滚，是在双轴两框架的基础上增加一根横滚轴，用于补偿由于载体姿态变化而引起的瞄准线绕自身轴系的旋转变化, 使其光电探测成像不再受载体随机摇摆扰动影响，实现图像相对于惯性坐标系的稳定。与双轴两框架稳定平台系统相比，三框架三轴稳定平台系统能克服双轴两框架稳定平台系统稳定跟踪产生图像不稳定的原理缺陷。当载体发生姿态变化时,CCD视场内的固定目标的坐标会发生相应的变化,反映在驾驶员的视场内,则不仅有两个方向的平移,还有像的旋转。如果使用两轴稳定平台,则只能消除目标图像的平移,而不能消除像的旋转;而三轴稳定