稳瞄系统组成和原理，陀螺稳定平台功能分析

为满足作战平台具备的全天候作战能力，应对复杂的战场环境，观瞄系统通常装配多种类型光电传感器，通常采用白光、夜视和激光三合一系统，从而构成一个集光、电、机为一体的高度集成的光电探测设备。同时，为了便于在车内完成战场观察、目标搜索和射击，提高乘员的自我防护能力，通常采用潜望式结构。图5-1所示是典型的潜望式瞄准镜的原理结构。依据稳定反射镜位置的不同，瞄准镜还可分为上反式和下反式两种类型。其中，图5-1中反射镜1 被稳定控制时，称为上反稳瞄系统；反射镜2 被稳定控制时，称为下反稳瞄系统。

图5-1　典型潜望式瞄准镜原理结构

稳瞄控制系统主要由稳定反射镜、稳定机械平台、速率反馈陀螺、角度传感器和伺服控制系统等部件组成。通常情况下，对于平台稳定系统，速率陀螺和光学传感器都安装在稳定平台上，利用陀螺实时反馈的速率信号实现平台的惯性空间稳定；对于具有潜望功能的观瞄系统，通常在稳定平台的基础上，通过一个二分之一机构连接反射镜，在稳定平台的同时，实现反射镜的稳定控制。图5-2给出了双轴陀螺稳定平台结构示意图，图5-3为某型瞄准镜稳定系统实际结构布局图。

图5-2　双轴陀螺稳定平台结构示意图

图5-3　双轴陀螺稳定平台实物图(www.xing528.com)

1.陀螺稳定平台

图5-3所示陀螺稳定平台主要包括速率反馈陀螺、力矩伺服电动机、角度传感器、二分之一机构、闭锁机构和机架等部分。速率反馈陀螺用于敏感轴上的角速率变化，为伺服控制回路提供反馈输入；力矩伺服电动机采用直流力矩伺服电动机，直接驱动安装有摄像头、激光测距等设备的双自由度转动框架，力矩伺服电动机的转子轴与转动框架的轴固连，为伺服控制回路执行机构提供力矩输出；反射镜轴与俯仰向的稳定轴之间采用二分之一机构连接，实现反射镜与稳定轴的二分之一角度变化关系；角度传感器敏感轴的角度变化，实现反射镜与火炮的跟踪同步；闭锁机构主要在不稳定控制时用于保护稳定平台。陀螺稳定平台具体可以分为单轴陀螺稳定平台、双轴陀螺稳定平台和三轴陀螺稳定平台。根据具体的实际情况选用不同的陀螺稳定平台。针对装甲车辆稳瞄系统横滚轴振动对系统的射击精度影响相对较小的特点，采用双轴陀螺稳定平台即可满足系统射击要求。与三轴陀螺稳定平台相比，双轴陀螺稳定平台具有体积小、质量小、成本低的优点。速率陀螺目前主要有液浮陀螺、光纤陀螺、挠性陀螺和微机电陀螺。液浮陀螺存在着密封充液和温控要求高的缺点。光纤陀螺与机械陀螺相比，有着结构简单、不存在支撑系统的特点，目前在中低精度上应用比较广泛。微机电陀螺有着体积小的特点，但是漂移比较大。

2.伺服控制系统

伺服控制系统通过速率陀螺直接感知稳定平台的震动，采用直流力矩伺服电动机完成直接驱动控制，实现稳瞄平台的速率闭环稳定。目前，稳瞄控制技术的发展方向主要是从模拟控制方式向数字化发展，利用数字系统灵活易用的特点，在通用的数字平台上根据系统自身的特性实现补偿控制。同时，采用先进的数字信号处理器，有利于实现复杂的信号处理和控制算法，简化控制系统的结构。

3.速率反馈陀螺

为了获取实时稳定的战场信息，实现瞄准线、信息获取传感器轴线和激光测距轴线的稳定，瞄准镜控制盒内有一套高精度的双向稳定控制系统，该稳定控制系统需要利用瞄准线偏离稳定位置角度值，以构成闭环控制系统，为此，在瞄准镜的上反射镜稳定平台上安装了两个高精度速率陀螺，该陀螺能够测量出瞄准线偏离稳定位置的角度值，并输出给瞄准镜控制盒。可见光、红外热像和激光测距等传感器可以放在稳定平台上，也可以放在稳定光路后端，分别称为平台稳定系统和反射镜稳定系统。传感器安装在平台上可以增加稳定装置的转动惯量，有利于提高抗击高频低幅扰动的能力，但由于转动惯量的增加，会降低伺服系统的响应带宽，不利于稳定精度的提高；对于反射镜稳定系统，其特性恰好与平台稳定相反，可以通过减少镜体转动惯量的方式来尽量提高伺服系统的响应带宽，但转动惯量小会对高频扰动更加敏感。

4.火炮轴线相对角度测量

在瞄准镜中安装了一个旋转变压器（简称旋变），该旋变的转子通过连杆机构与火炮相连，火炮的俯仰带动转子，该旋变输出的角度就是火炮的俯仰角度，该角度送到火控计算机及炮控系统中，作为火炮控制的依据。在某些早期的电同步火控系统中，火炮俯仰角度的测量是通过在火炮耳轴上安装旋变来实现的，但由于火炮在射击的时候会产生剧烈的震动，常常会使旋变的基准位置偏移，导致测量的角度值不准确，有的火控系统将火炮角度通过机械连杆机构传递到瞄准镜中进行测量，避免了上述问题，应当说是一个创新。由于水平向火炮轴线相对炮塔固定，直接利用瞄准镜水平向的旋转即可获得火炮相对瞄准线的角度信息。