一種發(fā)動(dòng)機(jī)柔性噴管擺角及擺心測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及柔性噴管監(jiān)測(cè)控制技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)柔性噴管擺 角及擺心測(cè)試方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 與固定噴管相比，柔性噴管可以使導(dǎo)彈具有更強(qiáng)的變軌機(jī)動(dòng)能力，為了對(duì)噴管的 擺動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行精確控制，能夠精確測(cè)試噴管的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)十分重要。
[0003] 現(xiàn)行的固體火箭擺動(dòng)噴管擺角測(cè)試國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中采用的是接觸測(cè)量法，即通過 布置傳感器、頂桿等手段獲取噴管各個(gè)特征點(diǎn)的位移變化，之后根據(jù)位移反算角度。但是對(duì) 于聯(lián)合擺動(dòng)試驗(yàn)，接觸式測(cè)量的傳感器安裝位置受限，在高頻率擺動(dòng)試驗(yàn)時(shí)傳感器的響應(yīng) 存在延時(shí)，且接觸測(cè)量需要獲取大量的位移數(shù)據(jù)采用復(fù)雜算法來獲取擺角，誤差因素多且 操作繁瑣?，F(xiàn)行的火箭噴管運(yùn)動(dòng)視覺測(cè)試方法一般采用多臺(tái)視覺測(cè)試設(shè)備建立多個(gè)特征點(diǎn) 與噴管三維模型的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過所有的特征點(diǎn)平面位置解算噴管在空間內(nèi)的姿態(tài)。但是 該方法在實(shí)際工程應(yīng)用中需要大量時(shí)間進(jìn)行定位、建模以及校準(zhǔn)，操作不方便，且計(jì)算誤差 呈非線性遞增。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種火箭發(fā)動(dòng)機(jī)柔性噴管擺 角及擺心測(cè)試方法，利用高速攝像機(jī)進(jìn)行火箭發(fā)動(dòng)機(jī)柔性噴管擺角以及擺心的測(cè)量，測(cè)量 方法簡(jiǎn)便，實(shí)施性強(qiáng)，測(cè)量精度高。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種發(fā)動(dòng)機(jī)柔性噴管擺角測(cè)量方法，包括步 驟：
[0006] S1、以發(fā)動(dòng)機(jī)軸線任意點(diǎn)處為坐標(biāo)原點(diǎn)0,發(fā)動(dòng)機(jī)軸線為X軸，豎直和水平分別為 Y、Z軸，建立O-XYZ坐標(biāo)系；在發(fā)動(dòng)機(jī)后方沿軸線延長(zhǎng)線布置軸向高速攝像機(jī)；
[0007] S2、在噴管內(nèi)側(cè)布置軸向特征標(biāo)識(shí)A、B、C、D，其中A、B在XOY平面布置，C、D在XOZ 平面布置，A、C位于與YOZ平行的截面上，B、D位于與YOZ平行的另一截面上；測(cè)量A、B之 間在X軸的相對(duì)距離Lab，以及C、D在X軸的相對(duì)距離L m;
[0008] S3、調(diào)整畫幅比例k使得高速攝像機(jī)可對(duì)特征標(biāo)識(shí)清晰成像；高速攝像機(jī)采集噴 管擺動(dòng)過程中的連續(xù)圖像數(shù)據(jù)，其中每秒拍攝幀數(shù)高于噴管最高擺動(dòng)頻率；
[0009] S4、獲得初始時(shí)刻特征標(biāo)識(shí)點(diǎn)A、B在畫幅平面的垂直方向的坐標(biāo)值YA、Yb，以及點(diǎn) C、D在畫幅平面的水平方向的坐標(biāo)值Z。、ZD，；獲得當(dāng)前測(cè)量時(shí)刻特征標(biāo)識(shí)點(diǎn)A、B在畫幅平 面的垂直方向的坐標(biāo)值Y a ·、Yb，，以及點(diǎn)C、D在畫幅平面的水平方向的坐標(biāo)值Zc .、Zd 計(jì) 算各特征標(biāo)識(shí)在YOZ平面內(nèi)的投影位移Λ YA，= k* (Υ Α-ΥΑ，），Λ YB，= k* (Υ Β-ΥΒ，），Λ Zc，= k* (Zc-Zc，），Δ ZD，= k* (Z D-YD，）；
[0010] S5、計(jì)算得到當(dāng)前測(cè)量時(shí)刻噴管Y向擺動(dòng)角度外、Z向擺動(dòng)角度A :
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種發(fā)動(dòng)機(jī)柔性噴管擺角測(cè)量方法，其特征在于，包括步驟： 51、 以發(fā)動(dòng)機(jī)軸線任意點(diǎn)處為坐標(biāo)原點(diǎn)0,發(fā)動(dòng)機(jī)軸線為X軸，豎直和水平分別為Y、Z 軸，建立O-XYZ坐標(biāo)系；在發(fā)動(dòng)機(jī)后方沿軸線延長(zhǎng)線布置軸向高速攝像機(jī)； 52、 在噴管內(nèi)側(cè)布置軸向特征標(biāo)識(shí)A、B、C、D，其中A、B在XOY平面布置，C、D在XOZ平 面布置，A、C位于與YOZ平行的截面上，B、D位于與YOZ平行的另一截面上；測(cè)量A、B之間 在X軸的相對(duì)距離L ab，以及C、D在X軸的相對(duì)距離Lm; 53、 調(diào)整畫幅比例k使得高速攝像機(jī)可對(duì)特征標(biāo)識(shí)清晰成像；高速攝像機(jī)采集噴管擺 動(dòng)過程中的連續(xù)圖像數(shù)據(jù)，其中每秒拍攝幀數(shù)高于噴管最高擺動(dòng)頻率； 54、 獲得初始時(shí)刻特征標(biāo)識(shí)點(diǎn)A、B在畫幅平面的垂直方向的坐標(biāo)值Ya、Yb，以及點(diǎn)C、D在 畫幅平面的水平方向的坐標(biāo)值Z。、Z D，；獲得當(dāng)前測(cè)量時(shí)刻特征標(biāo)識(shí)點(diǎn)A、B在畫幅平面的垂 直方向的坐標(biāo)值Ya ·、ΥΒ，，以及點(diǎn)C、D在畫幅平面的水平方向的坐標(biāo)值Zc .、ZD 計(jì)算各特征 標(biāo)識(shí)在 YOZ 平面內(nèi)的投影位移 Λ YA，= k* (Υ Α-ΥΑ，），Λ YB，= k* (Υ Β-ΥΒ，），Λ Zc，= k* (Z C_ZC，）， Δ ZD' = k* (Z D_YD'）； 55、 計(jì)算得到當(dāng)前測(cè)量時(shí)刻噴管Y向擺動(dòng)角度外、Z向擺動(dòng)角度A:
2. -種發(fā)動(dòng)機(jī)柔性噴管擺角測(cè)量方法，其特征在于，包括步驟： 51、 以發(fā)動(dòng)機(jī)軸線任意點(diǎn)處為坐標(biāo)原點(diǎn)0,發(fā)動(dòng)機(jī)軸線為X軸，豎直和水平分別為Y、Z 軸，建立O-XYZ坐標(biāo)系；在XOZ平面布置有第一高速攝像機(jī)，在XOY平面布置有第二高速攝 像機(jī)； 52、 在噴管外側(cè)布置軸向特征標(biāo)識(shí)E、F、G、H，其中E、F、G、H位于與YOZ平行的截面上， E、F對(duì)稱于XOZ平面，G、H對(duì)稱于XOY平面； 53、 調(diào)整畫幅比例k使得高速攝像機(jī)可對(duì)特征標(biāo)識(shí)清晰成像；高速攝像機(jī)采集噴管擺 動(dòng)過程中的連續(xù)圖像數(shù)據(jù)，其中每秒拍攝幀數(shù)高于噴管最高擺動(dòng)頻率； 54、 根據(jù)第一高速攝像機(jī)拍攝的圖像，獲得初始時(shí)刻特征標(biāo)識(shí)點(diǎn)E、F在畫幅平面的垂 直方向的坐標(biāo)值YE、Y F，在畫幅平面的水平方向的坐標(biāo)值XE、XF;根據(jù)第二高速攝像機(jī)拍攝的 圖像，獲得初始時(shí)刻特征標(biāo)識(shí)點(diǎn)G、H在畫幅平面的垂直方向的坐標(biāo)值Z e、Zh，在畫幅平面的 水平方向的坐標(biāo)值Xe、Xh; 獲得當(dāng)前測(cè)量時(shí)刻下，特征標(biāo)識(shí)點(diǎn)E、F在畫幅平面的垂直方向的坐標(biāo)值Ye .、Yf，，在畫 幅平面的水平方向的坐標(biāo)值XE，、XF，；以及點(diǎn)G、H在畫幅平面的垂直方向的坐標(biāo)值Z e .、ZH，， 在畫幅平面的水平方向的坐標(biāo)值Xe .、XH，； 55、 計(jì)算得到當(dāng)前測(cè)量時(shí)刻噴管Y向擺動(dòng)角度外、Z向擺動(dòng)角度
3. -種發(fā)動(dòng)機(jī)柔性噴管擺心測(cè)量方法，其特征在于，包括步驟： 51、 以發(fā)動(dòng)機(jī)軸線任意點(diǎn)處為坐標(biāo)原點(diǎn)0,發(fā)動(dòng)機(jī)軸線為X軸，豎直和水平分別為Y、Z 軸，建立O-XYZ坐標(biāo)系；在XOZ平面布置有第一高速攝像機(jī)，在XOY平面布置有第二高速攝 像機(jī)； 52、 在噴管外側(cè)布置軸向特征標(biāo)識(shí)E、F、G、Η，其中E、F、G、H位于與YOZ平行的截面上， E、F對(duì)稱于XOZ平面，G、H對(duì)稱于XOY平面； 53、 調(diào)整畫幅比例k使得高速攝像機(jī)可對(duì)特征標(biāo)識(shí)清晰成像；高速攝像機(jī)采集噴管擺 動(dòng)過程中的連續(xù)圖像數(shù)據(jù)，其中每秒拍攝幀數(shù)高于噴管最高擺動(dòng)頻率； 54、 根據(jù)第一高速攝像機(jī)拍攝的圖像，獲得前一時(shí)刻特征標(biāo)識(shí)點(diǎn)E、F在畫幅平面的垂 直方向的坐標(biāo)值Yei、Y fi，在畫幅平面的水平方向的坐標(biāo)值Xei、Xfi ;根據(jù)第二高速攝像機(jī)拍攝 的圖像，獲得前一時(shí)刻特征標(biāo)識(shí)點(diǎn)G、H在畫幅平面的垂直方向的坐標(biāo)值Zei、Z hi，在畫幅平面 的水平方向的坐標(biāo)值Xei、Xm; 獲得當(dāng)前測(cè)量時(shí)刻圖像中，特征標(biāo)識(shí)點(diǎn)E、F在畫幅平面的垂直方向的坐標(biāo)值YE2、YF2， 在畫幅平面的水平方向的坐標(biāo)值XE2、XF2;以及點(diǎn)G、H在畫幅平面的垂直方向的坐標(biāo)值Z e2、 ZH2，在畫幅平面的水平方向的坐標(biāo)值Xe2、XH2; 55、 根據(jù)擺心軌跡方程組
求解得到當(dāng)前測(cè)量時(shí)刻噴管擺 心0的空間位置（X。，YQ，Z。）。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)柔性噴管擺角及擺心測(cè)試方法，方法包括：建立特定坐標(biāo)系，在軸向或側(cè)向方向安裝高速攝像機(jī)；在噴管內(nèi)側(cè)或外側(cè)特定位置布置特征標(biāo)識(shí)；標(biāo)定相機(jī)像素尺寸，高速攝像機(jī)采集噴管擺動(dòng)過程中的連續(xù)圖像數(shù)據(jù)；逐幀提取特征點(diǎn)像素坐標(biāo)并轉(zhuǎn)換的到特征位移量；進(jìn)行噴管擺動(dòng)角度或擺心的計(jì)算。本發(fā)明通過采用高速攝像機(jī)進(jìn)行圖像采集，可快速布置，實(shí)施方便，布置不受空間限制；且由于為非接觸測(cè)量方式，避免了傳統(tǒng)接觸式測(cè)量中傳感器響應(yīng)速度的限制，響應(yīng)速度快；通過在噴管內(nèi)側(cè)或外側(cè)布置特征標(biāo)識(shí)，采用平面換算的方式分解到不同平面內(nèi)進(jìn)行解算，無需建立復(fù)雜的三維模型，測(cè)量精度高，計(jì)算方法簡(jiǎn)便。
【IPC分類】G01B11-26, G01B11-00
【公開號(hào)】CN104764401
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510107163
【發(fā)明人】顧陽, 胡應(yīng)山, 石磊
【申請(qǐng)人】湖北航天技術(shù)研究院總體設(shè)計(jì)所
【公開日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2015年3月11日