專利名稱：高空氣球天文觀測吊籃的定向姿態(tài)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種天文探測儀器，特別是一種作為32km氣球天文觀測平臺的定向姿態(tài)控制吊藍(lán)。
實現(xiàn)上述發(fā)明目的的方案是空間射線探測采用大面積多絲正比管(500cm2二期為2500cm2)這樣一個大尺度鏡筒安裝上傳統(tǒng)天文望遠(yuǎn)鏡機架，放到氣球吊蘭中。該技術(shù)方案中超重是個關(guān)鍵性的難題。為解決這一矛盾，本發(fā)明一改傳統(tǒng)型做法，直接把載荷倉一吊蘭組裝成一個傳統(tǒng)地平式望遠(yuǎn)鏡，以懸吊系統(tǒng)主纜為方位軸進(jìn)行電氣柔性跟蹤，只留一個俯仰軸為機械傳動跟蹤軸。這樣垂直軸跟蹤由姿態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)與地磁場建立動態(tài)穩(wěn)定跟蹤系統(tǒng)，成為一個自動置平一維可控平臺，最大限度發(fā)揮姿態(tài)控制系統(tǒng)的潛能。有效減輕觀測儀器的重量。其原理是利用磁敏感器360°轉(zhuǎn)動和步進(jìn)細(xì)分實施方位軸定位(精度峰s值為3′，實驗室調(diào)試穩(wěn)定度為1′)。具體方案是吊藍(lán)的懸吊系統(tǒng)主纜上設(shè)置有反捻電機(可采用稀土直流電機)及其變速箱，使主纜成為平臺的瞬時運動垂直軸(方位軸)。反捻電機的作用是解耦，抵消氣球運動。在吊藍(lán)上方設(shè)置提梁，以承受平臺拉力，使匯交力封閉。在吊藍(lán)上設(shè)有磁傳感器和步進(jìn)細(xì)分測角箱，與磁力線建立動態(tài)角度，提供對應(yīng)輸出信號，控制平臺方位，參與反捻、步進(jìn)向、力矩飛輪三則動態(tài)平衡的信號控制。觀測儀器固定在俯仰軸上，該俯仰軸實現(xiàn)測角、傳動、與瞬時主軸合成地平天文望遠(yuǎn)鏡。在吊藍(lán)上還設(shè)有一個大飛輪以提供足夠的動量矩，與磁方位、反捻電機、力矩電機建立穩(wěn)定系統(tǒng)。在飛輪下方設(shè)有力矩電機，由力矩電機及測速反饋電機組成，通過電樞柔性力矩把飛輪控制力矩傳輸?shù)椒轿惠S，起到穩(wěn)定、可控、定向的作用?？刂乒ぷ鞯牟襟E是在吊藍(lán)的主纜上設(shè)置反捻電機、在吊藍(lán)上設(shè)置步進(jìn)細(xì)分測角箱、磁傳感器、俯仰軸、大飛輪與力矩電機將天文觀測儀器安裝到俯仰軸上吊藍(lán)的方位發(fā)生變化時步進(jìn)細(xì)分測角箱或磁傳感器測得磁力線變化，并輸出信號反捻電機根據(jù)信號進(jìn)行反轉(zhuǎn)，抵消方位的變化力矩電機把飛輪的控止力矩傳輸?shù)椒轿惠S，起到定向作用。
以上各步驟的前后順序，按實際情況而定，與撰寫順序無關(guān)。
本申請利用磁敏感器360°轉(zhuǎn)動和步進(jìn)細(xì)分實施方位軸定位，利用重力場中近地空間地球物理現(xiàn)象加上對地磁傳感器定位修正技術(shù)，為大尺度天文儀器氣球探測提出了一個可行的控制方法，是一個創(chuàng)新理念。申請人成功地進(jìn)行了五次高空飛行，其中二次河北香河單站飛行，二次日本鹿島到長江口區(qū)越洋飛行，一次河北石家莊機場單站自主飛行，取得了良好滿意的觀測結(jié)果。借助于近年來高速發(fā)展的計算機技術(shù)和GPS全球定位系統(tǒng)，我們已成功設(shè)計完成了計算機程序置。GPS球位測量導(dǎo)航、多目標(biāo)聯(lián)合觀察的一個自主飛行系統(tǒng)。從創(chuàng)新和可特續(xù)發(fā)展角度看，利用衛(wèi)星全球通訊網(wǎng)理念，完全有能力進(jìn)行長距離環(huán)球氣球天文觀測飛行。


圖1、圖2為實施例結(jié)構(gòu)示意圖。
權(quán)利要求
1.一種高空氣球天文觀測吊藍(lán)的定向姿態(tài)控制方法，控制工作的步驟是在吊藍(lán)的主纜上設(shè)置反捻電機、在吊藍(lán)上設(shè)置步進(jìn)細(xì)分測角箱、磁傳感器、俯仰軸、大飛輪與力矩電機將天文觀測儀器安裝到俯仰軸上吊藍(lán)的方位發(fā)生變化時步進(jìn)細(xì)分測角箱或磁傳感器測得磁力線變化，并輸出信號反捻電機根據(jù)信號進(jìn)行反轉(zhuǎn)，抵消方位的變化力矩電機把飛輪的控止力矩傳輸?shù)椒轿惠S，起到定向作用。
2.按照權(quán)利要求1所述的高空氣球天文觀測吊藍(lán)的定向姿態(tài)控制方法，其特征是在吊藍(lán)上方還設(shè)置有提梁，使匯交力封閉。
全文摘要
高空氣球天文觀測吊籃的定向姿態(tài)控制方法,工作步驟是:在吊籃的主纜上設(shè)置反捻電機、吊籃上設(shè)置步進(jìn)細(xì)分測角箱、磁傳感器、俯仰軸、大飛輪與力矩電機。吊籃的方位發(fā)生變化時:步進(jìn)細(xì)分測角箱或磁傳感器測得磁力線變化,并輸出信號,反捻電機根據(jù)信號進(jìn)行反轉(zhuǎn),抵消方位的變化,力矩電機把飛輪的控止力矩傳輸?shù)椒轿惠S,起到定向作用,吊籃的俯仰軸發(fā)生變化時,步進(jìn)細(xì)分測角箱或磁傳感器或俯仰軸或測速反饋電機測得變化量,俯仰軸作相反轉(zhuǎn)動抵消變化,大飛輪的控止力一起穩(wěn)定俯仰軸。本申請利用磁敏感器360°轉(zhuǎn)動和步進(jìn)細(xì)分實施方位軸定位,利用地球物理現(xiàn)象加上對地磁傳感器定位修正技術(shù),為大尺度天文儀器氣球探測提出了可行的控制方法。
文檔編號G05D1/08GK1380592SQ0113807
公開日2002年11月20日 申請日期2001年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月31日
發(fā)明者王楠森, 唐和森, 宮一中, 張仁健 申請人:中國科學(xué)院紫金山天文臺