[發(fā)明專利]太空柔性帆板結(jié)構(gòu)形態(tài)感知與可視化方法和裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710040518.8
• 申請日: 2007-05-11
• 公開（公告）號: CN101050948A
• 公開（公告）日: 2007-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱曉錦;張合生;謝春寧;樊紅朝;陸美玉
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G06T1/00
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所
• 代理人: 何文欣

1.一種太空柔性帆板結(jié)構(gòu)形態(tài)感知與可視化重建方法，其特征在于利用離散光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)檢測被測的太空柔性帆板結(jié)構(gòu)表面應(yīng)變信息，并通過相應(yīng)的曲率轉(zhuǎn)化、曲率插值和擬合算法，獲得太空柔性帆板結(jié)構(gòu)表面各檢測點(diǎn)的坐標(biāo)信息，最后利用計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)模擬太空帆板結(jié)構(gòu)形變狀態(tài)的可視化重建顯示；其具體步驟為：

(1)形態(tài)感知信息的提取與處理；

(2)曲面重建與可視化顯示；

所述的形態(tài)感知和信息的提取與處理的步驟如下：

1)構(gòu)建離散布拉格光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)

在分析太空柔性帆板結(jié)構(gòu)形變特性的基礎(chǔ)上，在帆板結(jié)構(gòu)表面優(yōu)化植入一系列布拉格光柵傳感器，實(shí)現(xiàn)離散光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建；

2)提取光纖光柵信號

根據(jù)光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)的分布特點(diǎn)和數(shù)量，選擇光纖光柵網(wǎng)絡(luò)信號分析儀，以提取光柵傳感器所檢測的結(jié)構(gòu)應(yīng)變信息，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)應(yīng)變基本感知數(shù)據(jù)的獲取；

3)根據(jù)檢測到的波長數(shù)據(jù)，通過如下的處理手段，實(shí)現(xiàn)從波長信息到曲率信息的轉(zhuǎn)化：

(a)首先計(jì)算波長差值Δλ＝λ-λ_c

式中λ為光纖光柵解調(diào)設(shè)備監(jiān)測到的當(dāng)前波長數(shù)據(jù)，λ_c為光柵傳感器在太空帆板變形之前的波長數(shù)據(jù)，稱之為中心波長；

(b)計(jì)算曲率信息

由步驟a計(jì)算出的波長差值和布拉格光柵傳感器的技術(shù)參數(shù)，計(jì)算出對應(yīng)測量點(diǎn)當(dāng)前的曲率值，計(jì)算公式如下：

ρ=Δλnhα]]>

式中ρ為曲率，Δλ為波長差，n為有效折射率，光柵的周期為α，h為板的厚度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太空柔性帆板結(jié)構(gòu)形態(tài)感知與可視化重建方法，其特征在于所述的曲面重建與可視化顯示的具體步驟如下：

1)曲率數(shù)據(jù)的插值

所采用的插值算法為線性插值、或二次樣條插值、或三次樣條插值；

2)平面曲線擬合算法

根據(jù)所獲得的曲率信息，對曲線上各點(diǎn)坐標(biāo)經(jīng)過遞推計(jì)算，采用斜率遞推算法，其過程如下：

設(shè)第n、n+1個(gè)點(diǎn)的曲率分別為：ρ_n，ρ_n+1；斜率分別為：k_n，k_n+1；坐標(biāo)為：(x_n，y_n)，(x_n+1，y_n+1)；兩點(diǎn)斜率對x軸的夾角分別為：θ_n，θ_n+1；Δθ_n為兩點(diǎn)切向角的變化值；Δs_n為兩點(diǎn)之間的弧長；存在以下關(guān)系：

θn=arctg(kn)θn+1=arctg(kn+1)Δθn=θn+1-θnρn=·ΔθnΔsn]]>

由上式得：ρn=arctg(kn+1)-arctg(kn)Δsn]]>

所以：k_n+1＝tg[ρ_n·Δs_n+arctg(k_n)]

根據(jù)固定邊界條件遞推出各點(diǎn)的斜率，在此基礎(chǔ)上遞推出各點(diǎn)坐標(biāo)：

Δx=Δsn1+kn2]]>

Δy=kn·Δx=knΔsn1+kn2]]>

平面曲線上各點(diǎn)的坐標(biāo)值由下式遞推得出：

xn+1=xn+Δx=xn+Δsn1+kn2yn+1=yn+Δy=yn+kn·Δsn1+kn2]]>

3)基于平面曲線的空間曲面分解與合成

利用上述的平面曲線擬合算法，把每條曲線的坐標(biāo)信息擬合出來，從而整個(gè)板面所有點(diǎn)的空間坐標(biāo)信息都可以求出，通過對板面大量點(diǎn)集的空間位置坐標(biāo)進(jìn)行圖形處理，最終達(dá)到空間曲面重建與可視化的目的；

4)曲面的可視化重建

在擬合出曲面上各點(diǎn)位置坐標(biāo)的基礎(chǔ)上，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形處理，在計(jì)算機(jī)屏幕上準(zhǔn)確、高效、逼真地實(shí)現(xiàn)了模擬太空柔性帆板結(jié)構(gòu)的形態(tài)變化，以及實(shí)時(shí)三維可視化重建與顯示。