[发明专利]一种基于坐标系转换的风洞动态试验模型姿态测量方法

说明书

本发明公开了一种基于坐标系转换的风洞动态试验模型姿态测量方法，该方法基于坐标系转换关系，能够实现在动态试验中测量模型的三个姿态角，为动态试验分析提供必要参数。首先在模型上粘贴一些人工标记，通过三坐标测量机获取标记在模型体轴系下的坐标，并在试验过程中通过双目立体视觉系统获取标记在风轴系下的坐标，据此计算出两个坐标系的旋转矩阵和平移向量，再将体轴系下的机体轴线单位向量转换到风轴下，即可计算出动态试验中模型姿态。本发明设计的方法适用性广，不受模型外形限制，操作简便、标记可粘贴在模型任意位置，姿态测量精度高。

技术领域

本发明涉及风洞动态试验技术内容，具体涉及一种基于坐标系转换的风洞动态试验模型姿态测量方法。

背景技术

传统的姿态计算方法，是在模型表面的纵向基准线上粘贴两个标记点，坐标为：(x₀,y_o，z₀)和(x₁,y₁,z₁)。横向基准线上粘贴两个点，坐标为：(x₂,y₂,z₂)和(x₃,y₃,z₃)。则模型的俯仰角θ和滚转角Φ的计算方法如下：

上述测量原理具有一定的通用性，主要适用于风洞中的静态试验，但在动态试验中使用该方法的局限性很大，首先在图像处理环节必须同时识别到这四个点才能进行姿态的计算，即使少识别一个标记也会导致无法计算姿态，而在动态试验中模型处于旋转或振荡运动状态中，采集到的图像中模型呈各种姿态，多数图像都存在部分标记被遮挡的情况，无法满足同时识别出这四个点的要求。其次不同型号的模型飞机外形各异，有些飞机模型根本无法在基准线上提供粘贴标记点的位置，导致某些型号飞机无法采用该方法进行动态试验。在能够粘贴标记的情况下，也是通过人工的方式将标记中心对准基准线进行粘贴，而由于人工操作的原因，在不同程度上引入了粘贴误差，最终会累积在姿态测量误差之中，影响了试验精度。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述存在的问题，提出了一种基于坐标系转换的风洞动态试验模型姿态测量方法，其特点是：不受模型外形限制，操作简便、标记可粘贴在模型任意位置，姿态测量精度高。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于坐标系转换的风洞动态试验模型姿态测量方法，包括以下步骤：

S1：获取试验模型上标记点分别在体轴系下和风轴系下的坐标值；

S2：通过标记点的坐标值计算体轴系和风轴系之间的旋转矩阵和平移向量；

S3：将体轴系下的试验模型的机体轴线单位向量转换到风轴下，计算出动态试验模型姿态。