CN102542606B - 临近空间飞行器模型的非视觉结构形态感知与重建方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种面向临近空间飞行器模型的非视觉结构形态感知与重建方法。该方法基于分布植入的离散布拉格光纤光栅传感阵列，感知和检测实验模型各测点的应变信息，并利用一定的曲率转化算法将应变信息转换为曲率信息；在曲率插值的基础上，基于正交曲率信息的空间三维曲线拟合算法，计算获得实验模型机身框架和机翼各点的相对坐标值，并利用坐标融合算法，得出模型各个点的绝对坐标值，最后通过计算机图形处理技术对实验模型的形变状况和低频振动形态进行重建，并实现模型形态变化的三维可视化实时显示。本方法的实验系统包括一个表面植入光纤光栅传感阵列的模拟临近空间飞行器模型、一台带网络服务功能的光纤光栅网络分析仪、一台高性能计算机和一个显示器。

Description

临近空间飞行器模型的非视觉结构形态感知与重建方法

技术领域

    本发明涉及一种光纤光栅智能结构的非视觉形态感知和重建方法，尤其针对一种临近空间飞行器模型的非视觉结构形态感知与重建方法。

背景技术

当今世界在航空航天领域的竞争日趋激烈，其中临近空间飞行器的方法探索和相关技术研究已成为热点方向。临近空间横跨平流层、中间层和部分热层，具有空气稀薄、大气密度低、空气动力效应和航空浮力作用较小的特点，因此巡航于此空域的飞行器具有远大于普通飞行器飞行速度的特征，例如超高音速临近空间飞行器巡航速度最高可达9～12马赫。超高声速飞行器一旦受到机动或者外界干扰等因素的激励，会导致机体结构产生形变或振动响应，如不及时采取有效的结构形变或振动状况监测措施，进而实现结构形态变化或振动响应的有效抑制，持续的结构形变或振动响应不仅会影响飞行器内部各种仪器的工作性能，而且可能发生改变飞行器预定航道的严重问题，甚至完全导致飞行器巡航任务的失败；长期和剧烈的结构形变或振动响应还将造成飞行器结构疲劳，从而导致飞行器机体结构性能下降甚至失效，直接威胁飞行器安全。判别临近空间飞行器结构运行健康状况的首要条件，是获知飞行器机体关键结构的形变状况和振动形态，因此如何实现对飞行器关键结构形变状况和低频振动形态进行实时感知，并进而能够获得结构变化形态的重构和显示，对飞行器的结构安全和有效控制起着至关重要的作用。

现有相关方法和技术中，可予以考虑的主要归纳为如下几种：在视觉可见的环境下采用高速摄像技术对监测点进行拍照，利用相应的图像处理技术，对其形变状况进行综合分析；利用激光技术，对发射激光及接受激光进行特殊技术处理，从而获得测量点的形变数据；采用超声波、三位磁场定位等检测方法，直接获取监测点的位置坐标。这些测量方法和感知技术或者采集数据量巨大、数据处理复杂，或者采集精度太低，很难精确获知机体结构的形变信息，或者由于检测数据方式和所需设备结构的限制，不能适应临近空间飞行器的空天环境，因此很难应用于实际工程。

发明内容

    本发明目的在于提供一种临近空间飞行器模型的非视觉结构形态感知与重建方法，这种方法利用优化分布的离散布拉格光纤光栅传感陈列，感知飞行器模型各测量点的应变信息，并在获取离散应变信息之后，根据相关算法将离散应变信息转换为离散曲率信息，并在曲率插值的基础上，基于正交曲率信息的空间三维曲线拟合算法，计算获得实验模型机身框架和机翼各点的相对坐标值，并利用坐标融合算法，得出模型各个点的绝对坐标值，最后基于计算机图形处理技术，在计算机屏幕上对模型形态变化进行重构，从而实现模型形变状态或低频振动形态的三维可视化实时显示。

    为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种临近空间飞行器模型的非视觉结构形态感知与重建新方法，其特征是利用优化设计的离散布拉格光栅传感网络阵列，检测结构各离散测点的应变信息，并利用一定的曲率转化算法将应变信息转换为曲率信息，从而实现模型的非视觉形态信息感知，然后利用一定的曲率拟合算法、坐标融合算法和计算机图形处理技术，实现实验模型的实时形态重建和可视化显示。具体可以分为如下两个过程：

l        模型形态信息的提取与处理；

l        模型坐标点的拟合、融合和可视化显示；

    上述模型形态信息的提取与处理具体步骤如下：

    （1）离散布拉格光纤光栅传感阵列设计

    在分析模拟临近空间飞行器实验模型和机体框架结构和翼形结构形变特性的基础上，优化设计并植入一系列布拉格光纤光栅传感陈列于上述结构表面。可以根据应用的要求和仪器设备的约束，合理选择布拉格光纤光栅传感阵列的测点数量，并采用表面植入技术实现离散传感阵列的构建。优化的布拉格光纤光栅传感器阵列可以精确测量结构测点处的应变信息。

    （2）光纤光栅信号的提取

    根据光纤光栅传感阵列的分布特点和数量，选择光纤光栅传感信号处理仪器，如光纤光栅网络分析仪，以提取结构上光栅测点处的检测信号，实现针对结构应变信息的基本数据（波长数据）获取。

    （3）应变信息的处理

    根据波长数据，实现从应变信息（波长数据）到曲率信息的转化，具体过程如下：

    a  首先计算波长差值                                                

    式中：为光纤光栅解调仪器监测到的当前波长数据，为光栅传感器在检测点正常状态下(变形之前)的波长数据，称之为中心波长，为所获得波长差。

    b  确定测量点曲率转化系数

在标准曲率标定设备上，对波长-曲率转换系数进行标定，得出相应测量点的比例系数、，确定曲率的计算公式如下：

式中：为曲率，为波长差，、为标定参数。

c  计算各测点的曲率值

由步骤a计算出的波长差值和步骤b测得的标定参数，计算各个测点的曲率值。

    上述模型坐标点拟合与融合的具体步骤如下：

    （1）曲率数据的插值

    光栅测点的有限性和离散性，使得能够获得的曲率信息总是有限的，如果直接采用有限测点的曲率信息进行曲线拟合，所拟合出来的曲线势必粗糙，且无法精确反映模型的形变状态，因此需要基于离散测点曲率值实现对未测量点的合理插值，以获知尽可能多的有效曲率点信息。不同的插值算法，对拟合曲线的准确性和光滑性有着重要的影响，因此可针对不同的应用和具体要求采用相应的插值算法。一般所采用的插值算法有线性插值、二次样条插值、三次样条插值等。

    （2）基于正交曲率的空间曲线拟合

基于正交曲率的空间曲线拟合算法核心，是根据当前检测点的正交曲率，计算出其在动坐标系中的坐标值，然后根据动坐标系在固定坐标系中的属性（旋转和平移）进行坐标变换，将动坐标系内的点坐标转换为固定坐标系的坐标。

a 计算动坐标系下的测量点相对坐标

假设一个测量点的两个正交曲率分别为，其对应的弧长为，则此测量点动坐标系的坐标的三个坐标点、、计算公式如下：

上述式中为：

b 更新下一个动坐标系的旋转和平移属性

此点所在动坐标系的属性由向量和表示，表示坐标系的旋转属性，表示坐标系的平移属性。符号为坐标点的序号，即前一点在固定坐标系中的坐标值。和满足如下边界条件（可简写为，可简写为，以此类推）：

的计算公式如下所示： 

其中的计算公式如下所示：

上述公式中，表示点的方向的分量，表示点的方向的分量，下面式子中以此类推；表示将某个点绕轴旋转角度的矩阵，其中、计算公式如下：

c 计算当前测量点在固定坐标系下的坐标

固定坐标系下的坐标的计算公式如下所示：

根据上述过程和公式可以递推空间曲线上各点的坐标值。

    （3）基于空间曲线的模型框架结构相对坐标点拟合

模型的主要形变集中于四边框架梁结构上，采用模块化正交光纤光栅检测单元与框架机体粘合的方式，实现框架结构上各测点的应变检测；将这些应变信息转换为曲率并进行插值之后，利用基于正交曲率的空间曲线拟合算法，实现框架梁结构的坐标点获知。这些坐标点都是在其算法自身坐标系的点集，因此称为相对坐标点。

（4）基于空间曲线的实验模型翼形结构相对坐标点拟合

翼形结构属于曲面结构，由一系列空间曲线组成，因此翼形结构坐标点集可以分解为空间曲线坐标点集的集合。假如翼形结构处于平面内，可以首先在方向进行适当的曲率插值，然后在方向进行空间曲线拟合。曲线拟合算法仍然采用基于正交曲率的空间曲线拟合算法，所不同是的是翼形面型结构和光栅的非正交分布可以简化曲率的分布（例如可以认为方向的曲率总是为0）。

（5）实验模型坐标点数据融合

实验模型坐标点数据的融合，主要就是将实验模型的各个部件（翼形和机身框架）的相对坐标值融合到一个统一的坐标系内（假设坐标系为笛卡尔坐标系XYZ），形成统一而完整的实验模型坐标点集合。模型坐标点融合的过程如下：

Ⅰ 确定实验模型形态重构的坐标系；

Ⅱ 确定实验模型头部的中心坐标（例如可以确定为模型的头部平行于空间坐标系XYZ的平面，且其中心点就是坐标原点）；

Ⅲ 将模型的各个框架梁平移，使其前端处于其应当在的位置；

Ⅳ 对相应的框架梁成对进行方向均衡，均衡的方法是使框架梁绕其与模型头部的结合点，在平面内分别在两个相反方向上进行旋转相同的距离，旋转的目的是使其尾部方向的距离等于其应当的距离；

Ⅴ 对相应的框架梁成对进行方向均衡，均衡的方法是使框架梁绕其与模型头部的结合点，在平面内分别在两个相反方向上进行旋转相同的距离，旋转的目的是使其尾部方向的距离等于其应当的距离；

Ⅵ 将模型尾部平移到其应当的位置，进行尾部组合；

Ⅶ 平移实验模型的左右机翼到模型尾部的最后一个结合点；

Ⅷ 分别在、方向旋转模型的机翼，使其衔接到尾部第一个结合点；

Ⅸ 完成实验模型各个部件的组合，实现坐标点的重建。

（6）实验模型的可视化显示

在获得飞行器模型的各个部件基础上，利用计算机软件和图形处理技术，通过高速的循环渲染，实现临近空间飞行器模型的准确、高效、逼真的模拟显示，从而获得实验模型形态变化的实时可视化重构。

本发明与现有技术方法相比，具有如下突出的实质性特点和显著优点：

光纤光栅传感阵列测点数量有限，因此数据量较少，实时性强且传输效率高，可以准确反应实验模型的形态变化信息，大大提高了实际适用性和应用可行性；光纤光栅感知阵列具有很强的抗干扰能力和很高的检测精度，本发明采用体积微小的布拉格光纤光栅传感器，通过检测点的正交分布，适合制作体积较小、精度较高的模块化感知单元或组件，更容易与模型基体结合形成智能结构，同时可以抗强电磁场干扰和抗腐蚀；基于正交曲率的空间曲线拟合算法，以其独特的曲线拟合思路和较高的拟合精度，减少了算法所需数据量，不但简化了数据检测系统的结构，而且算法本身也可以简便地在计算机中实现；由于本发明利用光纤光栅传感陈列直接获取结构有限离散测点形变信息，并通过拟合与重建算法实现形态重构和可视化显示，完全摆脱了传统的基于视觉形态感知数据量过大缺点。

附图说明

    图1为本发明的一个优选实施实例处理流程示意图

图2为本发明的一个优选实施实例的结构示意图

图3为实验模型框架梁结构的模块化光纤光栅传感检测单元布置示意图

图4为实验模型翼形结构的光纤光栅传感阵列布置示意图

图5为基于正交曲率信息的空间三维曲线拟合算法原理示意图

图6为所实验系统计算机进行数据处理流程图。

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图具体详述如下：

实施例一：参见图1，本临近空间飞行器模型的非视觉结构形态感知与重建方法，特征在于具体操作步骤为：

（1）模型形态信息的提取与处理

① 设计离散布拉格光纤光栅传感阵列设计：在分析模拟临近空间飞行器实验模型和机体框架结构和翼形结构形变特性的基础上，根据应用的要求和仪器设备的约束，合理选择布拉格光纤光栅传感阵列的测点数量，优化设计并植入一系列布拉格光纤光栅传感陈列于上述结构表面；

②光纤光栅信号的提取：利用光纤光栅网络分析仪，提取结构上光栅测点处的检测信号，实现针对应变信息的基本数据----波长数据获取；

③应变信息的处理：根据波长数据，实现从波长数据到曲率信息的转化，具体过程如下：

    a  首先计算波长差值 

    式中：为光纤光栅解调仪器监测到的当前波长数据，为光栅传感器在检测点正常状态下即变形之前的波长数据，称之为中心波长，为所获得波长差。

    b  确定测量点曲率转化系数

在标准曲率标定设备上，对波长-曲率转换系数进行标定，得出相应测量点的比例系数、，确定曲率的计算公式如下：

式中：为曲率，为波长差，、为标定参数。

c  计算各测点的曲率值

由步骤a计算出的波长差值和步骤b测得的标定参数，计算各个测点的曲率值。

（2）模型的坐标点拟合、融合和可视化显示

① 曲率数据的插值：基于离散测点曲率值实现对未测量点的合理插值，以获知尽可能多的有效曲率点信息，可针对不同的应用和具体要求采用相应的插值算法，一般所采用的插值算法有线性插值、二次样条插值、三次样条插值。

② 基于正交曲率的空间曲线拟合：根据当前检测点的正交曲率，计算出其在动坐标系中的坐标值，然后根据动坐标系在固定坐标系中的属性----旋转和平移进行坐标变换，将动坐标系内的点坐标转换为固定坐标系的坐标；算法运算的具体过程如下：

a 计算动坐标系下的测量点相对坐标

假设一个测量点的两个正交曲率分别为，其对应的弧长为，则此测量点动坐标系的坐标的三个坐标点、、计算公式如下计算公式如下：

上述式中为：

b 更新下一个动坐标系的旋转和平移属性

此点所在动坐标系的属性由向量和表示，表示坐标系的旋转属性，表示坐标系的平移属性。符号为坐标点的序号，即前一点在固定坐标系中的坐标值。和满足如下边界条件：其中，（简写为，简写为，下面式子中表示方法以此类推：

的计算公式如下所示： 

其中的计算公式如下所示：

上述公式中，表示点的方向的分量，表示点的方向的分量，下面式子中表示方法以此类推；表示将某个点绕轴旋转角度的矩阵，其中、计算公式如下：：

c 计算当前测量点在固定坐标系下的坐标

的计算公式如下所示：

③ 基于空间曲线的模型框架结构相对坐标点拟合：采用模块化正交光纤光栅检测单元与框架机体粘合的方式，实现框架结构上各测点的应变检测并将这些应变信息转换为曲率并进行插值之后，利用基于正交曲率的空间曲线拟合算法，实现框架梁结构的坐标点获知。这些坐标点都是在其算法自身坐标系的点集，因此称为相对坐标点；

④ 基于空间曲线的实验模型翼形结构相对坐标点拟合：翼形结构属于曲面结构，由一系列空间曲线组成，因此翼形结构坐标点集可以分解为空间曲线坐标点集的集合。曲线拟合算法仍然采用基于正交曲率的空间曲线拟合算法，所不同是的是翼形面型结构和光栅的非正交分布可以简化曲率的分布，机翼在的形变方向主要集中在某一个方向，而其他方向的曲率总是为0；

⑤ 实验模型坐标点数据融合：将实验模型的各个部件----翼形和机身框架的相对坐标值融合到一个统一的坐标系内，假设坐标系为笛卡尔坐标系XYZ，形成统一而完整的实验模型坐标点集合；模型坐标点融合的过程如下：

Ⅰ 确定实验模型形态重构的坐标系；

Ⅱ 确定实验模型头部的中心坐标，确定为模型的头部平行于平面，且其中心点就是坐标原点；

Ⅲ 将模型的各个框架梁平移，使其前端处于其应当在的位置；

Ⅳ 对相应的框架梁成对进行方向均衡，均衡的方法是使框架梁绕其与模型头部的结合点，在平面内分别在两个相反方向上进行旋转相同的距离，旋转的目的是使其尾部方向的距离等于其应当的距离；

Ⅴ 对相应的框架梁成对进行方向均衡，均衡的方法是使框架梁绕其与模型头部的结合点，在平面内分别在两个相反方向上进行旋转相同的距离，旋转的目的是使其尾部方向的距离等于其应当的距离；

Ⅵ 将模型尾部平移到其应当的位置，进行尾部组合；

Ⅶ 平移实验模型的左右机翼到模型尾部的最后一个结合点；

Ⅷ 分别在、方向旋转模型的机翼，使其衔接到尾部第一个结合点；

Ⅸ 完成实验模型各个部件的组合，实现坐标点的重建；

⑥ 实验模型的可视化显示：在获得飞行器模型的各个部件基础上，利用计算机进行图形处理，通过高速的循环渲染，实现临近空间飞行器模型的准确、高效、逼真的模拟显示，从而获得实验模型形态变化的实时可视化重构。

实施例二：本实施实例是对一个模拟临近空间飞行器的模型进行形态非视觉感知与可视化重建，但本发明要求保护的范围并不局限于实施实例所表达的范围。

    如图2所示，本临近空间飞行器模型的非视觉结构形态感知与重建方法，其实验系统包括一个模拟临近空间飞行器的模型、分布植入结构表面的光纤光栅传感阵列、一台光纤光栅网络信号分析仪、一台算法运行及图形处理计算机和一台显示器。

本实例采用的实验模型采用铝合金材料制造，材料的特性如下：

密度为；

杨氏模量为；

泊松比为0.33； 

尺寸：（梯形体）头部宽320mm、尾部宽480mm、长1600mm、高230mm；

翼形结构选用环氧树脂板材料，材料特性如下：

密度为；

杨氏模量为；

泊松比为0.16；

尺寸：（梯形体）边225mm、边160mm、边380mm、边195mm、厚1mm；

在上述实验模型上分布优化植入光栅光纤传感阵列，框架梁结构的模块化光纤光栅传感检测单元布置如图3所示，翼形结构的光纤光栅传感阵列布置如图4所示；图1为本方法的实施流程示意图。

本实例通过计算机软件技术进行实验，软件运行的硬件环境如下：

主处理器：Intel酷睿Ⅱ四核

内存：

显存：

在Windows XP操作系统下，基于Visual C++6.0 开发环境进行软件系统开发，基于光纤光栅网络分析仪提供的软件驱动程序，获取模型分布式离散测点的应变信息，对采集数据进行曲率转化处理和线性插值，并基于正交曲率信息的空间曲线拟合算法进行三维曲线拟合，然后对模型各个组件的相对坐标进行数据融合，最后利用OpenGL三维图形处理与渲染技术，对模型形变状况进行三维空间重建和可视化显示。软件过程和数据处理的流程如下：

（1）系统初始化：初始化光纤光栅网络分析仪、全局变量、相关类中变量，初始化OpenGL运行环境，完成OpenGL与MFC的接口工作，使FMC程序能识别并正确调用OpenGL的API，包括创建设备描述表、设置像素格式和绘制模式等；

（2）原始数据采集：利用光纤光栅网络信号分析仪提供的软件驱动接口，获取仪器所采集的实验原始数据（波长数据），从而获得光纤光栅传感阵列分布测点所感知的应变信息；

（3）计算曲率并插值：根据曲率与应变的关系以及曲率标定系数计算曲率值，同时按照线性插值算法进行合理有效的曲率插值；

（4）基于曲率拟合坐标：基于正交曲率信息的空间三维曲线拟合算法，计算实验模型框架梁结构和水平翼形结构各点的位置坐标；

（5）坐标数据融合：按照本发明的坐标数据融合方法，对实验模型框架梁结构和水平翼形结构的坐标数据进行数据融合，获得固定坐标系下实验模型各点的坐标值；

（6）图形渲染：利用OpenGL所提供的API函数将各点连接成面，将面连接成体，并通过光照、纹理等逼真特效处理，实现实验模型形态变化的三维实时重建与可视化显示。

上述算法运行和处理流程中，基于正交曲率信息的空间三维曲线拟合算法原理如图5所示，软件系统与程序运行的流程如图6所示。利用上述方法和步骤对实验模型的形态变化进行实时感知与可视化重建。

Claims (2)

1.一种面向临近空间飞行器模型的非视觉结构形态感知与重建方法，其特征在于具体操作步骤为：

    （1）模型形态信息的提取与处理；

    （2）模型的坐标点拟合、融合和可视化显示，具体步骤如下：

① 曲率数据的插值：基于离散测点曲率值实现对未测量点的合理插值，以获知尽可能多的有效曲率点信息，针对不同的应用和具体要求采用相应的插值算法，所采用的插值算法有线性插值、二次样条插值或三次样条插值；

② 基于正交曲率的空间曲线拟合：根据当前检测点的正交曲率，计算出其在动坐标系中的坐标值，然后根据动坐标系在固定坐标系中的属性----旋转和平移进行坐标变换，将动坐标系内的点坐标转换为固定坐标系的坐标；算法运算的具体过程如下：

a 计算动坐标系下的测量点相对坐标

假设一个测量点的两个正交曲率分别为                                                ，其对应的弧长为，则此测量点动坐标系的坐标的三个坐标点、、计算公式如下计算公式如下：

上述式中为：

；

b 更新下一个动坐标系的旋转和平移属性

此点所在动坐标系的属性由向量和表示，表示坐标系的旋转属性，表示坐标系的平移属性；符号为坐标点的序号，即前一点在固定坐标系中的坐标值；和满足如下边界条件：其中，简写为，简写为，下面式子中表示方法以此类推：

的计算公式如下所示： 

其中的计算公式如下所示：

上述公式中，表示点的方向的分量，表示点的方向的分量，下面式子中表示方法以此类推；表示将某个点绕轴旋转角度的矩阵，其中、计算公式如下：

c 计算当前测量点在固定坐标系下的坐标

的计算公式如下所示：

③ 基于空间曲线的模型框架结构相对坐标点拟合：采用模块化正交光纤光栅检测单元与框架机体粘合的方式，实现框架结构上各测点的应变检测并将这些应变信息转换为曲率并进行插值之后，利用基于正交曲率的空间曲线拟合算法，实现框架梁结构的坐标点获知；这些坐标点都是在其算法自身坐标系的点集，因此称为相对坐标点；

④ 基于空间曲线的实验模型翼形结构相对坐标点拟合：翼形结构属于曲面结构，由一系列空间曲线组成，因此翼形结构坐标点集可以分解为空间曲线坐标点集的集合；曲线拟合算法仍然采用基于正交曲率的空间曲线拟合算法，所不同的是翼形面型结构和光栅的非正交分布可以简化曲率的分布，机翼的形变方向主要集中在某一个方向，而其他方向的曲率总是为0；

⑤ 实验模型坐标点数据融合：将实验模型的各个部件----翼形和机身框架的相对坐标值融合到一个统一的坐标系内，假设坐标系为笛卡尔坐标系XYZ，形成统一而完整的实验模型坐标点集合；模型坐标点融合的过程如下：

Ⅰ 确定实验模型形态重构的坐标系；

Ⅱ 确定实验模型头部的中心坐标，确定为模型的头部平行于平面，且其中心点就是坐标原点；

Ⅲ 将模型的各个框架梁平移，使其前端处于其应当在的位置；

Ⅳ 对相应的框架梁成对进行方向均衡，均衡的方法是使框架梁绕其与模型头部的结合点，在平面内分别在两个相反方向上进行旋转相同的距离，旋转的目的是使其尾部方向的距离等于其应当的距离；

Ⅴ 对相应的框架梁成对进行方向均衡，均衡的方法是使框架梁绕其与模型头部的结合点，在平面内分别在两个相反方向上进行旋转相同的距离，旋转的目的是使其尾部方向的距离等于其应当的距离；

Ⅵ 将模型尾部平移到其应当的位置，进行尾部组合；

Ⅶ 平移实验模型的左右机翼到模型尾部的最后一个结合点；

Ⅷ 分别在、方向旋转模型的机翼，使其衔接到尾部第一个结合点；

Ⅸ 完成实验模型各个部件的组合，实现坐标点的重建；

⑥ 实验模型的可视化显示：在获得飞行器模型的各个部件基础上，利用计算机进行图形处理，通过高速的循环渲染，实现临近空间飞行器模型的准确、高效、逼真的模拟显示，从而获得实验模型形态变化的实时可视化重构。

2.根据权利要求1所述的临近空间飞行器模型的非视觉结构形态感知与重建方法，其特征在于所述步骤（1）模型形态信息的提取与处理具体步骤如下：

①离散布拉格光纤光栅传感阵列设计：在分析模拟临近空间飞行器实验模型和机体框架结构和翼形结构形变特性的基础上，根据应用的要求和仪器设备的约束，合理选择布拉格光纤光栅传感阵列的测点数量，优化设计并植入一系列布拉格光纤光栅传感陈列于上述结构表面；

②光纤光栅信号的提取：利用光纤光栅网络分析仪，提取结构上光栅测点处的检测信号，实现针对应变信息的基本数据----波长数据获取；

③应变信息的处理：根据波长数据，实现从波长数据到曲率信息的转化，具体过程如下：

    a  首先计算波长差值 

    式中：为光纤光栅解调仪器监测到的当前波长数据，为光栅传感器在检测点正常状态下即变形之前的波长数据，称之为中心波长，为所获得波长差；

    b  确定测量点曲率转化系数

在标准曲率标定设备上，对波长-曲率转换系数进行标定，得出相应测量点的比例系数、，确定曲率的计算公式如下：

式中：为曲率，为波长差，、为标定参数；

c  计算各测点的曲率值

由步骤a计算出的波长差值和步骤b测得的标定参数，计算各个测点的曲率值。