基于组合导航构建的捷联式高精度稳定平台系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于组合导航构建的捷联式高精度稳定平台系统，通过驱动电机、与所述驱动电机连接的滚转外框架、俯仰内框架式的万向支架结构及设置于万向支架结构上的天线；设置于稳定平台的基座上的组合导航系统测量得到载机的三维位置、速度和姿态信息并实时传输给伺服控制系统，使系统结构更加紧凑，有利于在小型化的情况下实现稳定指向；伺服控制系统控制天线伺服机构的驱动电机带动万向支架结构进行天线的运动，从而达到隔离载体平台的姿态变化对波束指向的影响来保证天线姿态和波束指向的稳定，本发明专利技术低成本实现载体挂飞时SAR高分辨成像进行运动补偿的一体化设计平台，保证在机载工作状态下的高精度稳定指向性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到SAR成像运动补偿的稳定去扰领域，或涉及机载稳像、吊舱稳定等类似平台的
，特别涉及一种基于组合导航构建的捷联式高精度稳定平台系统。
技术介绍
随着SAR日益广泛的应用,特别是在中、低空的轻型飞机、无人机等平台上装配的SAR系统。为了提高SAR成像分辨率，基于运动传感器测量的补偿技术成为该项目的关键技术途径。基于运动传感器的补偿技术早期是直接采用飞机主惯导的导航数据，但是由于飞机的主惯导是按照飞机导航要求设计的，而且距离天线的相位中心又较远，所以无法完全真实地测量天线的运动状态。后来高分辨率机载SAR系统中又增添了专门用于测量天线相位中心运动误差的惯性测量单元（IMU），由于惯性测量单元作为一种惯性测量元件，它的长期累积误差随着时间而发散，这严重影响了SAR的成像分辨率，甚至导致无法成像。基于速率陀螺稳定指向的方案即将速率陀螺安装在伺服机构设计的稳定平台或者是回波天线背面正交处，直接测量天线在各个方向上的空间角速度，通过驱动机构天线向扰动相反的方向旋转来达到在空间指向的稳定。这种方案多应用于在雷达稳定跟踪状态下的天线波束稳定场景，对于SAR成像系统没有跟踪目标的情况下稳定回路的零位漂移随着时间推移造成波束偏离太大无法起到空间波束稳定的作用。为了解决以上问题，目前采用的是基于组合导航GPS/IMU解算的运动补偿方案。在运动方向的两轴向处安装姿态传感器，在天线中心安装GPS/IMU组合导航产品进行位置、速度、加速度等的运动参数来完成天线平台的运动补偿。该结构形式和运动传感器的使用带来的代价就是价格昂贵，体积较大难以完成平台的一体化，集成化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于组合导航构建的捷联式高精度稳定平台系统，能够保证在机载工作状态下的高精度稳定指向性能。为解决上述问题，本专利技术提供一种基于组合导航构建的捷联式高精度稳定平台系统，包括：天线伺服机构，采取滚转俯仰两轴的稳定平台，其中，稳定平台包括驱动电机、与所述驱动电机连接的包括滚转外框架、俯仰内框架式的万向支架结构及设置于所述万向支架结构上的天线；组合导航系统，设置于稳定平台的基座上，组合导航系统包括运动传感器，用于测量得到载机的三维位置、速度和姿态信息并实时传输给伺服控制系统；伺服控制系统，用于通过稳定控制算法控制天线伺服机构的驱动电机带动所述万向支架结构进行天线的运动。进一步的，在上述系统中，所述组合导航系统，利用最优滤波算法完成系统的定位定姿精度补偿。进一步的，在上述系统中，所述伺服控制系统采用标准的422串口通信电气接口进行数据传输和控制。进一步的，在上述系统中，所述滚转外框架的滚转轴通过一级减速比与载体纵轴连接，所述俯仰内框架的俯仰轴与滚转外框架的滚转轴正交。进一步的，在上述系统中，所述俯仰轴的高低运动轴向为Y’轴线，所述滚转轴的运动轴向为Z’轴线。进一步的，在上述系统中，组合导航系统的测量载机飞行状态的航向角为载机纵轴线与正北向之间的夹角，水平面中以顺时针为正，旋转轴为Z轴线；俯仰角为载机纵轴面与水平面之间的夹角，在垂直面中飞机抬头为正，旋转轴为X轴线；横滚角为载机横轴与水平面之间的夹角，从尾部向前看机翼左侧抬起为正，旋转轴为Y轴线。进一步的，在上述系统中，俯仰角的X轴线与所述滚转轴的Z’轴线平行，横滚方向的Y轴线与所述俯仰轴的Y’轴线平行。与现有技术相比，本专利技术通过天线伺服机构，采取滚转俯仰两轴的稳定平台，其中，稳定平台包括驱动电机、与所述驱动电机连接的滚转外框架、俯仰内框架式的万向支架结构及设置于所述万向支架结构上的天线；组合导航系统，设置于稳定平台的基座上，组合导航系统包括运动传感器，用于测量得到载机的三维位置、速度和姿态信息并实时传输给伺服控制系统，通过在稳定平台基座安装组合导航系统形成捷联式平台，这样系统结构更加紧凑，有利于在小型化的情况下实现稳定指向；伺服控制系统，用于通过稳定控制算法控制天线伺服机构的驱动电机带动所述万向支架结构进行天线的运动，从而达到隔离载体平台的姿态变化对波束指向的影响来保证天线姿态和波束指向的稳定，本专利技术克服现有SAR运动补偿方案的成本昂贵、无法集成进行一体化小型化的不足，提供了一种低成本，捷联式的稳定平台方式来满足系统要求，实现载体挂飞时SAR高分辨成像进行运动补偿的一体化设计平台，同时保证在机载工作状态下的高精度稳定指向性能。附图说明图1是本专利技术一实施例的基于组合导航构建的捷联式高精度稳定平台系统的结构组装主视图；图2是本专利技术一实施例的基于组合导航构建的捷联式高精度稳定平台系统的结构组装侧视图；图3是本专利技术一实施例的基于组合导航构建的捷联式高精度稳定平台系统的组合导航敏感轴的定义方向图；图4是本专利技术一实施例的基于组合导航构建的捷联式高精度稳定平台系统的控制原理框图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。如图1和图2所示，本专利技术提供一种基于组合导航构建的捷联式高精度稳定平台系统，包括：天线伺服机构1，采取滚转俯仰两轴的稳定平台，其中，稳定平台包括驱动电机、与所述驱动电机连接的包括滚转外框架、俯仰内框架式的万向支架结构及设置于所述万向支架结构上的天线2；具体的，天线伺服机构包括：天线座、驱动电机、测速机和测角传感器，其机构的设计不在本专利技术范畴内；组合导航系统3，设置于稳定平台的基座上，组合导航系统包括运动传感器，用于测量得到载机的三维位置、速度和姿态信息并实时传输给伺服控制系统；在此，通过在稳定平台基座安装组合导航系统形成捷联式平台，这样系统结构更加紧凑，有利于在小型化的情况下实现稳定指向；具体的，姿态敏感器件即由组合导航系统（IMU/GPS）来完成载机的运动姿态测试；伺服控制系统4，用于通过稳定控制算法控制天线伺服机构的驱动电机带动所述万向支架结构进行天线的运动，从而达到隔离载体平台的姿态变化对波束指向的影响来保证天线姿态和波束指向的稳定。具体的，所述伺服控制系统包括有驱动电路、控制电路以及二次电源模块5；其它微波系统模块6、把手7以及系统二次电源5也不在本专利技术范畴内。本专利技术克服现有SAR运动补偿方案的成本昂贵、无法集成进行一体化小型化的不足，提供了一种低成本，捷联式的稳定平台方式来满足系统要求，实现载体挂飞时SAR高分辨成像进行运动补偿的一体化设计平台，同时保证在机载工作状态下的高精度稳定指向性能。优选的，所述组合导航系统为一款MEMS惯性/卫星组合导航系统，采用双卫星导航天线和扁平外形结构，具有精度较高，功耗低、性价比高等特点，核心部件采用MEMS陀螺仪和加速度计、高性能卫星导航接收机，通过公司独特的全温惯性仪表补偿算法及卡尔曼滤波组合导航算法，能够输出位置、速度、航向角、姿态角、三轴加速度和角速度的功能导航信息，具有很高的性价比。相对于以往的SAR运动补偿稳定平台方式，本专利技术充分利用MEMS惯性器件体积小的特点完成稳定平台的一体化、小型化集成，并使用低成本组合导航系统通过捷联式稳定算法完成高精度的空间稳定指向。具体的，将双天线GNSS/INS的组合导航系统，安装于万向支架结构的基座下，通过组合导航系统测量载体的航向角、姿态角信息，通过伺服控制系统对测量的信号进行坐标系转化重构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于组合导航构建的捷联式高精度稳定平台系统，其特征在于，包括：天线伺服机构，采取滚转俯仰两轴的稳定平台，其中，稳定平台包括驱动电机、与所述驱动电机连接的包括滚转外框架、俯仰内框架式的万向支架结构及设置于所述万向支架结构上的天线；组合导航系统，设置于稳定平台的基座上，组合导航系统包括运动传感器，用于测量得到载机的三维位置、速度和姿态信息并实时传输给伺服控制系统；伺服控制系统，用于通过稳定控制算法控制天线伺服机构的驱动电机带动所述万向支架结构进行天线的运动。

【技术特征摘要】
1.一种基于组合导航构建的捷联式高精度稳定平台系统，其特征在于，包括：天线伺服机构，采取滚转俯仰两轴的稳定平台，其中，稳定平台包括驱动电机、与所述驱动电机连接的包括滚转外框架、俯仰内框架式的万向支架结构及设置于所述万向支架结构上的天线；组合导航系统，设置于稳定平台的基座上，组合导航系统包括运动传感器，用于测量得到载机的三维位置、速度和姿态信息并实时传输给伺服控制系统；伺服控制系统，用于通过稳定控制算法控制天线伺服机构的驱动电机带动所述万向支架结构进行天线的运动。2.如权利要求1所述的基于组合导航构建的捷联式高精度稳定平台系统，其特征在于，所述组合导航系统，利用最优滤波算法完成系统的定位定姿精度补偿。3.如权利要求1所述的基于组合导航构建的捷联式高精度稳定平台系统，其特征在于，所述伺服控制系统采用标准的422串口通信电气接口进行数据传输和控制。4.如权利要求1所述的基于组合导航构建的...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵桂军，周鲁，孙高，曹培培，余羽，刘庆波，唐侃，
申请(专利权)人：上海无线电设备研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31