[发明专利]一种外挂物分离轨迹风洞试验的单目视频测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及外挂物分离的风洞试验技术领域，尤其是涉及一种外挂物分离轨迹风洞试验的单目视频测量方法。

背景技术

外挂物(炸弹、副油箱、导弹等)从载机投放后，在离开载机的初期，处于载机的干扰流场中，该干扰流场的特性与载机的外形、飞行速度、飞行高度、载机的姿态、外挂物的外形及其安装位置和姿态等很多因素有关，很难用理论方法预测外挂物在干扰流场中的飞行轨迹；尤其是高马赫数条件下，由于压缩性影响和激波干扰，使得载机附近的干扰流场变得更加复杂，更增加了理论计算的难度。为掌握外挂物在投放初始阶段的飞行轨迹，研究影响其飞行轨迹的因素，通常需在风洞中进行试验。目前，国内外风洞试验机构主要使用自由投放法、捕获轨迹(CaptiveTrajectorySimulation，CTS)试验方法获取外挂物的分离轨迹。

现有的自由投放法采用多次曝光照相或高速摄影记录投放过程，通过对投放过程的照片进行人工判读或运用专门的图像分析软件，得到外挂物的分离轨迹，一般精准度较低，仅用于定性分析；

现有的CTS试验方法通过内置天平、尾支杆将外挂物模型支撑在六自由度装置上，使用六自由度装置控制外挂物模型相对载机的位置和姿态来完成分离轨迹测量，由于在气流的作用下，外挂物风洞模型的支撑装置将会发生弹性变形，从理论上说外挂物风洞模型的位置与姿态和气动载荷相互影响，尤其是在干扰流场较为复杂的区域，将形成强耦合作用，而基于传统静力学线性叠加原理的支撑机构名义角度加天平弹性角的间接测位姿方式，制约了试验数据的精准度的提高。

因此，亟须一种测量方法来提高自由投放法的轨迹测量精准度，由定性分析上升到定量分析；对CTS试验而言，增加一种测量手段，与现有分离轨迹相互验证，提高CTS试验的弹性变形修正的准确性和可靠性，推动CTS试验技术的发展。

但是传统机器视觉中的测量技术难以直接应用到外挂物风洞试验的分离轨迹测量，原因如下：

1)机器视觉方法并非针对我国暂冲式风洞的运行环境，暂冲式风洞运行时洞体的振动会导致相机位置与姿态发生变化，由共线方程可知，相机的位置与姿态发生较小变化，也可能导致测量点坐标值发生较大变化，影响测量结果的精准度；

2)外挂物风洞模型在6个自由度(3个线位移、3个角位移)方向均有运动，如当外挂物风洞模型在滚转方向发生较大位移时，原来成像的标识点已不在视场范围内，给标记点的识别和匹配带来很大困难；

虽然国内外已有使用彩色编码方法或环形编码点来解决待测物发生滚转运动时的标记点的识别和匹配难题：

彩色编码方法通过在外挂物风洞模型表面嵌装微型彩色发光装置，根据颜色对发光装置进行编码排列，利用两台彩色相机采集标记点运动图像，根据标记点的颜色排列和解码规则，重建标记点的三维坐标，进而得到位置和姿态信息；但是嵌装微型发光装置破坏了外挂物风洞模型的结构强度，可能会影响气动外形，还需额外布置线路，增加了设计难度和制造成本，尤其是对于自由投放的试验模型必须保持质量分布相似，嵌装微型发光装置极大地提升了自由投放试验模型的设计与制造难度；

环形编码点一般使用内圆进行编码点定位，外圆环用来确定编码点的身份信息，但环形编码标记点的尺寸一般较大，多用于大型工业零件测量，在外挂物风洞模型表面粘印或绘制时不仅数量有限，且容易发生变形，给识别和匹配带来困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对在分离轨迹试验中的外挂物风洞模型设计无额外要求(不开孔布线，不破坏气动外形，不改变结构强度和刚度，不增加设计难度和成本)的情况下，解决了外挂物风洞模型在六个自由度方向运动时标记点的识别、匹配难题；以及在暂冲式风洞的振动环境中，使用单相机实现外挂物分离风洞试验轨迹的精确测量，从而避免了双目视频测量的图像立体匹配和数据处理过程复杂的难题，提供一种外挂物分离轨迹风洞试验的单目视频测量方法，通过环绕式编码标记点解决外挂物风洞模型滚转时的标记点识别、匹配问题，通过运用相对运动原理，分别以风洞试验段、外挂物风洞模型为参照物，求解相机的位置和姿态，进而得到外挂物风洞模型的运动轨迹，实现了外挂物风洞模型分离轨迹的单目视频测量。

本发明采用的技术方案如下：

一种外挂物分离轨迹风洞试验的单目视频测量方法包括

步骤1：在风洞试验段壁板上粘印或绘制至少3个振动测量标记点，用于测量包含风洞洞体振动信息的相机位置、姿态；在外挂物风洞模型表面，粘印或绘制2组环绕式编码标记点，用于测量以风洞外挂物模型为参照物时，相机的位置和姿态；