噴管運動視覺測量系統(tǒng)的校準技術(shù).pdf

1、發(fā)動機噴管姿態(tài)的圖象處理對控制飛行器運行姿態(tài)、提高目標命中精度等具有重要的意義。應(yīng)用基于離散特征點的立體視覺測量系統(tǒng)對火箭發(fā)動機地面試車過程中噴管的三維運動參數(shù)進行測量是一種新的測試技術(shù)。然而噴管運動視覺測量系統(tǒng)的校準問題仍未解決，這一問題是關(guān)系該測量系統(tǒng)正確運行和量值溯源的關(guān)鍵問題。
　　課題“噴管運動視覺測量系統(tǒng)的校準技術(shù)”的研究目的就是研制一種可以提供噴管擺心、擺角等運動參數(shù)基準值的校準裝置，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)對噴管運動參數(shù)動態(tài)測量誤差的校準技術(shù)，以解決噴管運動視覺測量系統(tǒng)的校準問題。本課題的研究將對完善和改進噴管運動視覺測量系統(tǒng)產(chǎn)生重要的推動作用，并為其它視覺測量系統(tǒng)對特定目標運動的測量誤差校準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動量值基準應(yīng)用于噴管運動視覺測量系統(tǒng)的校準，提出并研制了一種新型的基于雙軸搖擺和直線運動組合機構(gòu)的校準裝置。其實際上是一部高精度的火箭噴管運動仿真平臺，可作為運動基準

3、器給定火箭噴管的擺心、擺角、擺動角速度、角加速度等運動參數(shù)基準值。針對運動校準裝置的研制，提出了總體方案和技術(shù)指標；并從機械結(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行了研究；建立了搖擺臺框架的動力學(xué)模型，電機和驅(qū)動系統(tǒng)模型，以及運動伺服系統(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。校準裝置的研制解決了噴管運動視覺測量系統(tǒng)有效溯源到長度、角度和時間基準的關(guān)鍵問題。
　　針對校準裝置自身誤差的分析和測試問題，基于多

4、體系統(tǒng)運動學(xué)理論，根據(jù)裝置的結(jié)構(gòu)和運動特征，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)對擺心基準和擺角基準的測量不確定度進行了評定，結(jié)果表明擺角基準的合成標準不確定度為11.7″，擺心基準的合成標準不確定度為17.3μ

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

6、基準信號和同步觸發(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動參數(shù)的動態(tài)測量誤差。該校準方法為實現(xiàn)噴管運動視覺測量系統(tǒng)的校準奠定了理論基礎(chǔ)。
　　最后進行了校準實驗，分別校準了視覺測量系統(tǒng)對噴管在±12°運動空間內(nèi)的擺心、擺角、角速度、角加速度運動參數(shù)的測量誤差。驗證了校準方法的有效性。實驗結(jié)果表明，擺心和擺角測量