[發(fā)明專(zhuān)利]基于視頻采集的空間大型可展開(kāi)撓性體模態(tài)測(cè)量方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510947444.0
• 申請(qǐng)日: 2015-12-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105547259A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂旺;洪振強(qiáng);王田野
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海衛(wèi)星工程研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G01C11/04
• 分類(lèi)號(hào): G01C11/04
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國(guó)中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及空間飛行器動(dòng)力學(xué)的技術(shù)，具體地，涉及基于視頻采集的空間大型 可展開(kāi)撓性體模態(tài)測(cè)量方法，尤其是用于對(duì)帶有大型可展開(kāi)撓性體的空間飛行器的 在軌模態(tài)坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量計(jì)算的方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)代空間飛行器構(gòu)型復(fù)雜，常包含大型太陽(yáng)帆板和大型天線(xiàn)等大型撓性體，在 軌飛行期間易受到干擾和控制的作用激起結(jié)構(gòu)振動(dòng)，輕則影響控制精度，重則危害 控制穩(wěn)定性甚至飛行器安全。為獲取空間大型可展開(kāi)撓性體振動(dòng)參數(shù)，需要對(duì)撓性 振動(dòng)的模態(tài)坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，用于評(píng)估和改進(jìn)空間飛行器在軌動(dòng)力學(xué)環(huán)境。

模態(tài)坐標(biāo)表征各模態(tài)振型在整體振動(dòng)中所占的比例，一般的通過(guò)動(dòng)力學(xué)仿真獲 得，其變化通過(guò)耦合系數(shù)矩陣與飛行器本體相互作用。顯然，仿真模型難以完全反 應(yīng)實(shí)際工程中的各項(xiàng)影響因素。

目前沒(méi)有發(fā)現(xiàn)同本發(fā)明類(lèi)似技術(shù)的說(shuō)明或報(bào)道，也尚未收集到國(guó)內(nèi)外類(lèi)似的資 料。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于視頻采集的空間大型可 展開(kāi)撓性體模態(tài)測(cè)量方法。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于視頻采集的空間大型可展開(kāi)撓性體模態(tài)測(cè)量方法，包括：

步驟1：對(duì)相機(jī)采集得到的撓性體上特征點(diǎn)運(yùn)動(dòng)視頻進(jìn)行質(zhì)心提取，得到特征點(diǎn)在 相機(jī)像平面的位移；

步驟2：由特征點(diǎn)在相機(jī)像平面的位移得到特征點(diǎn)在空間中的實(shí)際位移，然后得到 特征點(diǎn)在空間中的實(shí)際位移在像平面上的投影；

步驟3：分析撓性體的有限元模型，提取得到撓性體的振型，結(jié)合特征點(diǎn)在撓性體 上對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)位置，得到振型在特征點(diǎn)處的分量，并將振型在特征點(diǎn)處的分量投影在像 平面上，得到振型在特征點(diǎn)處的分量在像平面上的投影；

步驟4：根據(jù)所述特征點(diǎn)在空間中的實(shí)際位移在像平面上的投影、所述振型在特征 點(diǎn)處的分量在像平面上的投影，得到撓性體的模態(tài)坐標(biāo)。

優(yōu)選地，所述步驟4包括如下步驟：

在像平面上，所述特征點(diǎn)在空間中的實(shí)際位移在像平面上的投影坐標(biāo)值除以所述振 型在特征點(diǎn)處的分量在像平面上的投影坐標(biāo)值，得到撓性體的模態(tài)坐標(biāo)。

優(yōu)選地，所述步驟1包括：

撓性體上特征點(diǎn)通過(guò)LED進(jìn)行標(biāo)識(shí)；

將相機(jī)對(duì)準(zhǔn)特征點(diǎn)，保證撓性體振動(dòng)過(guò)程中特征點(diǎn)一直位于相機(jī)視野內(nèi)；

給撓性體一個(gè)激勵(lì)作用，相機(jī)記錄下激勵(lì)施加后特征點(diǎn)運(yùn)動(dòng)視頻；

對(duì)視頻進(jìn)行逐幀處理，得到特征點(diǎn)光斑質(zhì)心在相機(jī)像平面的運(yùn)動(dòng)軌跡作為所述實(shí)際 位移。

優(yōu)選地，所述步驟2包括：

根據(jù)如下計(jì)算式得到特征點(diǎn)在空間中的實(shí)際位移：

ureal(t)=upic(t)cosθ]]>

其中，u_real(t)表示特征點(diǎn)在空間中的實(shí)際位移，u_pic(t)表示特征點(diǎn)在相機(jī)像平面的 位移，t表示時(shí)間變量，θ表示相機(jī)視角振動(dòng)方向和撓性體振動(dòng)方向的夾角。

優(yōu)選地，

u_k(t)＝φ_kη(t)

其中，u_k(t)表示撓性體上節(jié)點(diǎn)k的實(shí)際位移，φ_k表示各階振型在節(jié)點(diǎn)k的分量陣， η(t)表示模態(tài)坐標(biāo)列陣。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：