基于立體視覺的全視場風洞尾旋姿態(tài)測量系統(tǒng)設計與實現(xiàn).pdf

1、尾旋運動是飛機一種非正常的極限飛行狀態(tài)，復雜并且危險，極易造成飛行事故。開展立式風洞實驗是研究尾旋現(xiàn)象的主要技術手段，目前我國自主建設的立式風洞已投入使用，但傳統(tǒng)的尾旋姿態(tài)測量方法仍存在測量精度較差，數(shù)據(jù)曲線不完整，并且無法針對所有型號飛機均適用的缺陷，難以滿足空氣動力學對尾旋現(xiàn)象分析研究的需求。因此，研究新型風洞尾旋姿態(tài)測量系統(tǒng)具有重要的理論及工程應用價值。
　　本文針對傳統(tǒng)測量方法中存在的問題，設計了基于立體視覺的全視場風洞尾

2、旋姿態(tài)測量系統(tǒng)，并圍繞尾旋運動姿態(tài)測量中的標記識別、三維重建和姿態(tài)解算的關鍵技術展開了研究，最終研發(fā)了一套針對不同型號飛機均適用的尾旋姿態(tài)測量系統(tǒng)。主要研究內(nèi)容包括：
　　①提出了一種基于兩組雙目立體視覺系統(tǒng)的全視場測量方案。針對復雜背景下圖像識別、匹配難度大的特點，提出了采用8位編碼標記作為人工特征點的方法。并且為了獲取更加完整有效的實驗數(shù)據(jù)，根據(jù)風洞現(xiàn)場工況，采用兩組雙目立體視覺系統(tǒng)，使其共用同一個測量坐標系，形成全視場互補測

3、量方案，有效解決了測量視角不佳、標記被遮擋和相機視場盲區(qū)的問題，提高了實驗數(shù)據(jù)完整性。
　　②針對姿態(tài)計算需要特征點三維數(shù)據(jù)的問題，采用了雙目立體視覺技術測量編碼標記在風洞坐標系中的三維坐標，在風洞大視場中實現(xiàn)了基于移動平板靶標的雙目立體視覺系統(tǒng)標定，并通過實驗研究了標定圖像數(shù)量與三維重建精度之間的關系，研究發(fā)現(xiàn)當標定圖像少于10對的時候，三維重建精度隨著圖像數(shù)量的增多而提高，當標定圖像數(shù)量多于11對時，其結果趨于穩(wěn)定。
　

4、　③針對復雜外形飛機模型姿態(tài)難以測量的問題，提出了一種新型姿態(tài)參數(shù)解算方法，該方法與被測物外形無關，可將人工標記粘貼在模型表面任意位置，通過三個標記分別在體軸系和風軸系中的坐標值建立兩個坐標系的轉換關系，并將體軸系中的模型軸線向量轉換到風軸系下，進而解算待測模型的運動姿態(tài)參數(shù)。
　　最后針對設計方案實現(xiàn)了整套測量系統(tǒng)，通過實驗結果表明，測量精度優(yōu)于1°，圖像利用率達到了95％。精度和有效性均達到了設計要求，相對于傳統(tǒng)方法有了較大改