[發明專利]一種風洞試驗模型姿態測量方法

有效

• 申請號: 202210414422.8
• 申請日: 2022-04-20
• 公開（公告）號: CN114509071B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 熊浩;左承林;馬軍;宋晉
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心低速空氣動力研究所
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/00;G01C11/00;G01M9/06;G01S19/53
• 代理公司: 四川中代知識產權代理有限公司 51358
• 代理人: 王鴻

本發明適用于風洞測控技術領域，提供了一種風洞試驗模型姿態測量方法，包括：將固聯安裝有慣導的風洞試驗模型設置于風洞支撐裝置上，布置至少兩個相機構成相機陣列，并將慣性/視覺姿態測量系統進行坐標取齊；在慣性/視覺姿態測量系統時間同步的基礎上，分別進行慣導姿態解算和相機陣列姿態解算，得到慣導解算姿態信息和視覺測量姿態信息；通過卡爾曼濾波器對慣導解算姿態信息和視覺測量姿態信息進行信息融合，建立系統濾波方程，并根據信息融合結果更新系統濾波方程、得到系統的狀態估計誤差；根據系統的狀態估計誤差提取系統的姿態估計誤差并校正慣導的姿態，得到風洞試驗模型的最優姿態。提高了風洞試驗模型三維姿態的測量精度。

技術領域

本發明涉及風洞測控技術領域，尤其是涉及一種風洞試驗模型姿態測量方法。

背景技術

隨著空天領域的發展、飛行器設計精細和復雜程度的不斷增加，對風洞試驗相關配套測控系統的測量和控制精度也提出了更高要求。其中，飛行器表面風載荷、表面氣動力分析均需依托風洞試驗模型的三維姿態數據，反之，風洞試驗模型的姿態測量精度也直接影響著飛行器后續迭代設計。

目前，常用的風洞試驗模型姿態測量手段包括模型支撐裝置、攻角傳感器、視覺和慣導等。不同測量方式各有其優缺點：1）支撐裝置，支撐裝置通過轉盤編碼器確定模型姿態，靜態測量精度高，但在動態環境下，風載荷會導致彈性變形，引入動態誤差；2）攻角傳感器，攻角傳感器利用加速度計測量模型攻角，無法測量模型側滑，此外模型振動會產生有害加速度，其動態測量精度較差；3）視覺方式具有非接觸三維測量的優勢，對流場干擾小，但當安裝受限、遮擋、模型運動等導致相機有效視場較小時，圖像幀間匹配誤差較大，可能導致姿態數據質量較差甚至無效；4）慣導采用航跡推算的方式計算模型姿態，受初始對準和慣性器件誤差的影響，系統姿態測量誤差隨時間累積。因此，如何充分發揮各種測量方法的各自優勢，提高風洞試驗模型三維姿態的測量精度，是本發明所要解決的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種風洞試驗模型姿態測量方法，可以融合現有多種測量方法，充分發揮各測量方法的優勢，從而提高風洞試驗模型三維姿態的精度測量。

本發明實施例提供一種風洞試驗模型姿態測量方法，包括：

S1、坐標取齊：將固聯安裝有慣導的風洞試驗模型設置于風洞支撐裝置上，根據風洞現場條件布置至少兩個相機構成相機陣列，并將所述風洞試驗模型和所述相機陣列組成的慣性/視覺姿態測量系統進行坐標取齊；

S2、姿態解算：在所述慣性/視覺姿態測量系統時間同步的基礎上，分別進行慣導姿態解算和相機陣列姿態解算，對應得到同一時空下的慣導解算姿態信息和視覺測量姿態信息；

S3、慣導/視覺姿態信息融合：通過卡爾曼濾波器對所述慣導解算姿態信息和視覺測量姿態信息進行信息融合，建立所述慣性/視覺姿態測量系統的濾波方程，并根據信息融合結果更新所述濾波方程，得到所述慣性/視覺姿態測量系統的狀態估計誤差；

S4、最優姿態估計：根據所述慣性/視覺姿態測量系統的狀態估計誤差提取得到系統的姿態估計誤差，并依此校正慣導的姿態，得到風洞試驗模型的最優姿態。

進一步的，所述慣導解算姿態信息通過傳統單子樣算法進行慣導姿態解算得到；所述視覺測量姿態信息利用所述相機陣列拍攝所述風洞試驗模型，獲得設置在所述風洞試驗模型上的多個標志點的像素點位置并進行視覺姿態解算后得到。

進一步的，所述步驟S3具體包括：

根據風洞實驗的準靜態過程，簡化卡爾曼濾波器狀態量；

所述慣性/視覺姿態測量系統的濾波方程包括系統狀態方程和系統觀測方程；

根據慣導廣義誤差理論，所述慣導解算姿態信息和視覺測量姿態信息進行信息融合得到的融合結果包括誤差矩陣，并基于所述誤差矩陣獲得系統觀測量；