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1、1986年2 月光学工程第 1 期总第6 1 期 778光电经纬仪总体设计 张振轩雷有生马佳光马振洲邓集成 【摘要】 本文重点介绍 了有关7 7 8 光 电经纬仪的总体 设计问题 , 概略 地阐述了 7 7 8 光 电经纬仪总体及 主要分 系统的设 计思想和基本要 求 , 以及确 保技术指标的 措 施 。 最后 , 给出了仪器的室内 、 外检测结果 , 并据此总 结分析了77 8光 电经纬 仪的 特点及主要技术进展 。 目录 一 、 引言 二 、 仪器总体 设计 三 、 分系统的匹配设 计 四 、 可靠性 设 计与 保证措施 五 、 主要 技术指标 检测结果 六 、 结论 _ 砚l 性全 、曰
2、 . 二 由于靶场光侧仪器可实况观测目标影象和记录文献资料 , 具有高精度 、 结构简单 、 工作 可靠等特点 , 长期以来 , 作为靶场上外弹道测量 、 遭遇参数测量 、 事态记录和靶场测量设备 精度标校等重要手段 , 已得到 了广泛的应用和发展 。 自6 。年代初期以来 , 根据我国国防现代 化建设的需要 , 国内曾先后研制多种类型的和相 当数量 的靶场 光测 仪器 , 有力的提高了靶场 试验测量的能 力 , 并在一系 列的飞行器试验中发挥了重 要作用 。 但 是 , 自7 0 年代 后期 以来 , 新型飞行器的研制对靶场测量设备提出 了越来越高的 要 求 , 特 别对于应用 最新技术的现
3、代化 的多功能 的大型光测仪器 , 更为用户所急需 。 对此 , 应用最新光 电技术和微处理技术 , 全面 提高靶场光侧仪器的性能 和适应能力 、 可靠性和实用性等 , 确实有着十分重要的意义 。 根据 有关主管部门和用 户的要求 , 我 所于197 7年 8 月正 式开始了7邓 光电经纬仪的研制工作 。 7 7 8 光电经纬仪是一项综合应用 光 、 机 、 电 、 微机等先进技术的大型靶场光学 工程 , 主 要用途是测量飞行目标的飞行轨迹 、 遭遇参数 , 实时提供高精度的安全信息 , 和 进 行 高速 事态记录 。 应用它可在多种试验场区针对多种目标 , 进行高精度的事后测量 , r也可进
4、行 一般 精度的实 时侧量 。 此外 , 本仪器还有三种自动跟踪 、 单站测量 , 和对被测 目标实行实时监视 的能力 。 很显然 , 该 仪器具有多功 能 和 “一机多用” 的明显优点 。 在本仪器的研制过程中 , 为了确保仪器的先进性 、 可靠性与 实用性 , 在 做好整机与分系 统方案论证的基础上 , 重点进行 了单元技术应用研究 、 整机1: 1模型试验研究 , 和可靠 性技 术设计 , 采取了旨在提高仪器抗干扰熊力和对恶劣工作环境适应能力的种种措施 , 从而在总 体上圆满地解决了高精度与 大型结构且多功 能的矛盾 , 和高指标 、 多手段 与可靠性 、 实用性 的矛盾 。 并在单元新
5、技术应用方面 , 取得了性能指标上的突破 。 之后通 过整机联调 与检测 , 于1984年5月进行了仪器室内鉴定 , 同年8一1 1月在用户现场进行了安装 、 联试 及校飞检测 , 接 着于 19 8 5年2 一 3 月 , 作为 一项 国家重点任务 的参试设备 , 执行了首批正式测量任务 。 经过 室内 、 外检测及实际应 用 , 验证了单元及总体方案的可行性 , 检验了 仪器的性能指标 、 稳定 性与可靠性 , 和操作使 用的性能 。 最后 , 于19 8 5年4 月底 , 由国防科工委及中国科学院共 同 组织 了仪器鉴定 , 仪器的性能指标达到或超过 了设计任务书要求 , 鉴定委员会高度
6、评价了仪 器的水平 , 并确 认仪 器的研 制是 成功的 。 根据用户需要 , 现已开始进行小批量试制 。 二 、 仪器总体设计 1 . 仪器总休设计目标 在综 合 了各用 户单位 使用 要 求的基 础上 , 为适 应不 同场区对多种 目标测量 的需要 , 作为 一种大型多功能的光测仪器 , 首先应该具有高精度 、 通用性的特点 , 以及实时测量和单站测 量的能力 , 其次 , 在 有效 应用最新技 术的基础上 , 还应尽量地提高仪器的 自动化水平和整机 可靠 性 。 这样 , 作 为靶场 光测设备 的一种基本类型 , 由于具有先进的性能和广泛的适应能 力 , 因而 才可 能具有长远的生命力
7、, 当然 在这里也必须同时考虑到 “好中求省” 的原则 。 针 对这种情况 , 在对比了多种组合方案之后 , 我 们采用了一种具有较大负荷能力的高精度 的通 用 跟踪机架 , 以及 可装置不 同测量系 统的 积木式结构 , 其 中包括可兼顾测轨及事态记录或遭遇 参数测量 的20 0帧/秒同步摄影系统 , 和可供选 用的独 立 的红外 、 电视跟踪测量系统与激光测距 系 统 。 此外 , 经 对 主光学系统分光 , 还形成了激光跟踪测量接收光学系统 , 这样便合理地利 用 了空间 , 并能通 过采用不 同的头部组合形式 , 以适应不 同的测量要求 , 实现了仪器总体结 构与多功能要求的统一 。
8、综上所述 , 为了满足预定的多功 能要 求 , 7 7 8光 电经纬仪 由下列各分系统组成: (1)主摄影系 统 ; (5) 红外自动跟踪测量系统 ; (2)测角系统 ; (6) 激光自动跟踪测量系统 ; (3) 随动 及半自动跟踪 系 统 ; (7) 微机控制及数据实时处理系统 ; (4)电视自动 跟踪测量 系 统;(8) 激光测距系 统 。 . 根据用户总体单位提 出的技术要求 , 经过充分地分析论证 , 合 理地确定 了总体指标 , 具 律如下奋 . (1) 作用距离 当目标有效光照面积。 . 2米 “, 表面反射系数0 . 7 ; 激光合作目标有效面积 60 cm 2 ; 目标 火焰盔
9、度1 20 0 O K , 投影面积3 . 1 4米 2, 大气抖动均方根值 2 “; 地面能见度 2 oKm ; 观测方向 与太阳夹角) 45; 底片反差系数 2 ; 观测俯仰角) 20 0 时 : 主摄影系统 R ) 3 0 okm 红外自动跟踪测量系统 R)300 km 电视自动跟踪测量系统 R ) 180 km 激光自动跟踪测量系统 . , R ) 100 k m 激光测距系统 R ) 200km (2) 侧量精度 测角精度 : 当俯仰角在 一5 ” 6 5 。范 围内时 事后处理 : 确保 6 * = 6 E 蕊 士7 “; 力争小 = 6 E 簇 士5 “ 实时输出 : 红外或电视
10、提供脱靶量 d 。、 = 6 : 成士2 5 “ 激光提供脱靶量 6 八: = 6 E ( 士 20 1 , 测距精度 ; 在 3 一Zoo km范围内距离均方差 6 R 毛 士 o . sm (样机为士1 . 5m ) (3) 摄影记录系统 胶片及其容量 : 3 5 mm 胶片30 0m 摄影频率 : 四片孔画幅15 x2 5m m 2, 4 , 1 0 , 20 , 40 , 50及20 0帧/ 秒 胶片记录内容 : 目标象 , 十字丝象及数据点阵象 , 数据点阵象包括 : 方位角 、 俯仰角 、 距 离 、 绝 对时 间 、 摄影频率标记 、 发射标记 、 操作手标记 、 状态标记及地址
11、标记等 。 摄影系统鉴别率 (轴上) : 当焦距为 3m 时 : 摄影频率(4 0 帧/秒 N夕4 3 对线 /毫米 摄影频率 = 20 0 帧/ 秒 N) 3 5对线 /毫米 当焦距为sm时 : 摄影频率(4 0帧/秒 N) 4 0 对 线/毫米 (4) 跟踪系统 跟踪角速度 : 工作角速度0 . 0 1 20 “/ s , 最大角速度3 0 “, / s 跟踪角加速 度 : 工作角加速度 o 一 3 “/ s 2, 最大角加速度6 0 “/ 5 2 跟踪精度 : 在工作角速度及工作角加速度范围内 , 随动跟踪及红外 、 电视和激光自 动跟踪最大误差 : 6 :。: 攫士3 , 跟踪方式切换
12、 : 在最大跟踪误差( 士3 产时, 各跟踪方式之间的人工或 自动切换时间 不大于 2 秒 。 (5)狈 叮 量数据实时输出和记录 实时输出数据内容 : 方位角 、 俯仰角 、 红外 域电视 、 或激光)脱 靶量 、 绝 对时 间 、 距离以及其他状态标记 。 实时输出数据采样频率 : 2 0次/ 秒 。 磁带记录 : 采用半时磁带机 , 记录内容除包括实时输出的内容外 , 还有句 。 , 位4 8 0 0 。/ s 同步信号 。 采样频率为2 0次/ 秒 。 (6)可靠性 环境温度 : 一25 O C一+4 0 0 C 相对湿度 : 9 5%咬在2 5 “C 时) 连续工作时间 : 主机 2
13、小 时, 激光器 1 0分钟 (最高激光采 样频率 8 0 次/秒) 整机平均无故障间隔时间 : MTBF = 3 0 小时 2 , 仪器总体布局设计 根据现场侧量要求和方便于操作使用与维护的考虑 , 77 8 光 电经纬仪分 为主机 、 监控台 , 系统和减少主镜筒后端的配重重量创造了良好的 条件 。 在主镜筒的上 、 下侧面上 , 分别安装有红外 及电视踉踪测量系统 。 单模激光器安置在主镜筒 的左上侧 , 可通过同轴发射装置实现与主摄影系 统的同轴发射 。 根据主 光学系统的布 置方案 , 20 0 帧/秒摄影机安装于主镜筒的后上端 , 该位置 可方便于摄影操作 , 又因其与水平轴跨距较
14、小 , 而有助于减少摄影机的振动的影响 。 在两立柱外 侧 的左 、 右轴头上 , 分别安装了激光测距接收系统 及单人瞄谁望远镜 , 合理地利用 了空间 , 并在左 、 右两侧与隔离强檄光干扰和在外转台 上 设置单 杆半自动操作的布局相适 应 。 通过以上 的头部布 置可以看出 , 该布局方案在优先考虑了各测量系 统精 度要求的 同时 , 还具备了结构紧凑 , 负荷匀 称 , 回转半经及配重量小 , 以及操作使用与维护 万便等特点 。 国37 7 8电气传动拒 卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜 厂厂厂厂厂 _J J J L L L L L! ! ! ! ! ! ! i i i 一 万万万 . 卜夕! !
15、! ! ! 口口 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 卜 侧 侧 广广一飞! ! ! ! ! 夕 , , ; ; ; ; ; !犷 二二 匕井闰 闰 ! ! ! ( ( ( ( ( ( ( ( ( l 广 _ _ _ 习 !一 一 二二 _ ”. 川. 匕匕 二二二二一 一 一叫冲一- 一 图 4 7 78总体结构布局示意图 1 。 瞄准望远 镜 - 6 . 外转台 2 . 。 主摄影系统 7 。 外转台 力 拒电机 3 . 激光发升器 8 。 座持 4 . 激光测距接收系统 9 。 单人操 纵杆 10 . 摄 影机 6 。 电视跟踪测量系统 1 1 。 红外跟殊测量 系统片
16、。 操作台 方位传动机构采用了内 、 外台分离的结构方案 , 这是克服大惯量和扰动负载影响以提高 铡量精度的有力措施也由于机上各电气单元因此可集中安置在外转台内 , 从而可方便于电 气系统的操作与维护 。 - 在主机下监控室内 , 设置了安装有微机系统及其接口和电视跟踪测量信号处理电路的监 控台 , 及用作方位 、 俯仰和外转台跟踪控制的三个电气传动柜 。 从而使主机 上的载荷得以减 小 , 并使设在机下的电气单元可避开主机上高 、 低温环境影响和干扰影响 , 以利于提高可靠 性 , 此外也为有关操作人员提供一个良好的工作环境 , 使任务操作更为方便协调 。 于于子守 一厂 厂 1 . 保护玻璃; 4 。 主镜 ; 7 . 5 米物镜 ; 1 护 。 滤光片; 图5 7 78 _全 . 光学系统 2 . 孟
