噴管運(yùn)動視覺測量系統(tǒng)的校準(zhǔn)技術(shù).pdf

1、發(fā)動機(jī)噴管姿態(tài)的圖象處理對控制飛行器運(yùn)行姿態(tài)、提高目標(biāo)命中精度等具有重要的意義。應(yīng)用基于離散特征點(diǎn)的立體視覺測量系統(tǒng)對火箭發(fā)動機(jī)地面試車過程中噴管的三維運(yùn)動參數(shù)進(jìn)行測量是一種新的測試技術(shù)。然而噴管運(yùn)動視覺測量系統(tǒng)的校準(zhǔn)問題仍未解決，這一問題是關(guān)系該測量系統(tǒng)正確運(yùn)行和量值溯源的關(guān)鍵問題。
　　課題“噴管運(yùn)動視覺測量系統(tǒng)的校準(zhǔn)技術(shù)”的研究目的就是研制一種可以提供噴管擺心、擺角等運(yùn)動參數(shù)基準(zhǔn)值的校準(zhǔn)裝置，并利用該裝置探討研究一種可以直接

2、獲取視覺測量系統(tǒng)對噴管運(yùn)動參數(shù)動態(tài)測量誤差的校準(zhǔn)技術(shù)，以解決噴管運(yùn)動視覺測量系統(tǒng)的校準(zhǔn)問題。本課題的研究將對完善和改進(jìn)噴管運(yùn)動視覺測量系統(tǒng)產(chǎn)生重要的推動作用，并為其它視覺測量系統(tǒng)對特定目標(biāo)運(yùn)動的測量誤差校準(zhǔn)問題提供了一種可借鑒的技術(shù)途徑。
　　首先為了提供一套時變的運(yùn)動量值基準(zhǔn)應(yīng)用于噴管運(yùn)動視覺測量系統(tǒng)的校準(zhǔn)，提出并研制了一種新型的基于雙軸搖擺和直線運(yùn)動組合機(jī)構(gòu)的校準(zhǔn)裝置。其實際上是一部高精度的火箭噴管運(yùn)動仿真平臺，可作為運(yùn)動基準(zhǔn)

3、器給定火箭噴管的擺心、擺角、擺動角速度、角加速度等運(yùn)動參數(shù)基準(zhǔn)值。針對運(yùn)動校準(zhǔn)裝置的研制，提出了總體方案和技術(shù)指標(biāo)；并從機(jī)械結(jié)構(gòu)的諧振分析、轉(zhuǎn)動慣量分析、關(guān)鍵元件選型計算等方面進(jìn)行了研究；建立了搖擺臺框架的動力學(xué)模型，電機(jī)和驅(qū)動系統(tǒng)模型，以及運(yùn)動伺服系統(tǒng)模型，提出了控制系統(tǒng)的總體構(gòu)成以及復(fù)合控制策略。校準(zhǔn)裝置的研制解決了噴管運(yùn)動視覺測量系統(tǒng)有效溯源到長度、角度和時間基準(zhǔn)的關(guān)鍵問題。
　　針對校準(zhǔn)裝置自身誤差的分析和測試問題，基于多

4、體系統(tǒng)運(yùn)動學(xué)理論，根據(jù)裝置的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動特征，建立了擺角誤差（軸線指向誤差）和擺心誤差模型，為校準(zhǔn)裝置的精度設(shè)計提供了理論依據(jù)。通過仿真分析了擺角誤差和擺心誤差在運(yùn)動空間內(nèi)的分布，以及二者對各單項幾何誤差的靈敏度，指出了軸系間的相交度誤差和垂直度誤差分別對擺心誤差和擺角誤差影響最大。基于單項幾何誤差的測量數(shù)據(jù)對擺心基準(zhǔn)和擺角基準(zhǔn)的測量不確定度進(jìn)行了評定，結(jié)果表明擺角基準(zhǔn)的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為11.7″，擺心基準(zhǔn)的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為17.3μ

5、m，滿足指標(biāo)要求。
　　基于研制的校準(zhǔn)裝置，提出了一種針對噴管運(yùn)動視覺測量系統(tǒng)的校準(zhǔn)方法。該方法通過校準(zhǔn)裝置提供給模擬噴管兩次不同軸的擺動推導(dǎo)出視覺運(yùn)動測量系統(tǒng)的世界坐標(biāo)系與校準(zhǔn)裝置初始坐標(biāo)系（噴管擺角坐標(biāo)系）之間的位姿關(guān)系，求解出二者的位姿矩陣和平移向量后，在視覺運(yùn)動測量系統(tǒng)中建立了噴管的擺角坐標(biāo)系，以此確立了噴管運(yùn)動參數(shù)基準(zhǔn)值與視覺測量系統(tǒng)的測量值在空間上的對應(yīng)關(guān)系；接著通過時間同步系統(tǒng)向校準(zhǔn)裝置和視覺運(yùn)動測量系統(tǒng)發(fā)送同步時間

6、基準(zhǔn)信號和同步觸發(fā)信號，將二者的采樣時間同步，確立了基準(zhǔn)值與測量值在采樣時間上的對應(yīng)關(guān)系；在此基礎(chǔ)上提出了噴管擺角、擺心、角速度、角加速度測量誤差的具體算法，從而直接獲得了噴管運(yùn)動參數(shù)的動態(tài)測量誤差。該校準(zhǔn)方法為實現(xiàn)噴管運(yùn)動視覺測量系統(tǒng)的校準(zhǔn)奠定了理論基礎(chǔ)。
　　最后進(jìn)行了校準(zhǔn)實驗，分別校準(zhǔn)了視覺測量系統(tǒng)對噴管在±12°運(yùn)動空間內(nèi)的擺心、擺角、角速度、角加速度運(yùn)動參數(shù)的測量誤差。驗證了校準(zhǔn)方法的有效性。實驗結(jié)果表明，擺心和擺角測量