CN103727926B - 基于高速摄影的微分离性能的测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的基于高速摄影的微分离性能的测量方法，包括步骤：步骤1：搭建分离性能测试平台；步骤2：安装高速摄影设备及标尺；步骤3：通过高速摄影拍摄分离过程，计算分离速度、分离角度、分离力。在步骤1中，将待分离的小卫星模拟器用分离装置固定在分离面上并进行解锁装置供电安全性检查；在步骤2中，将高速摄影装置对准分离装置，并将标尺安装在分离性能测试台上并校正水平及竖直；在步骤3中，开启高速摄影装置，启动分离电源控制开关，待分离螺杆飞出落地后，停止摄影；通过对每帧图像中螺杆对应的标尺刻度的变化，计算出分离速度、分离角度、分离力大小。本发明能够较为精确地估算出微分离装置的分离速度、分离角度、分离力的大小。

Description

基于高速摄影的微分离性能的测量方法
技术领域
本发明涉及航天技术领域，具体涉及基于高速摄影的微分离性能的测量方法。
背景技术
微小卫星因其体积小、重量轻、成本低、发射周期短而受到各国关注，通常是一箭多星发射，在轨星星解锁分离，分离力要求小。微小卫星集群发射需要根据任务需求对微小卫星的分离解锁装置进行分离力控制，以满足分离角度及角速度控制要求。由于分离装置的分离力一般都较小，采用传统方法无法测出分离力大小。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于高速摄影的微分离性能的测量方法。
根据本发明提供的基于高速摄影的微分离性能的测量方法，包括如下步骤：
步骤1：搭建分离性能测试平台；
步骤2：安装高速摄影设备及标尺；
步骤3：通过高速摄影拍摄分离过程，计算分离速度、分离角度、分离力。
优选地，在所述步骤1中，将待分离的小卫星模拟器用分离装置固定在分离面上并进行解锁装置供电安全性检查。
优选地，在所述步骤2中，将高速摄影装置对准分离装置，并将标尺安装在分离性能测试台上并校正水平及竖直。
优选地，在所述步骤3中，开启高速摄影装置，启动分离电源控制开关，待分离螺杆飞出落地后，停止摄影；通过对每帧图像中螺杆对应的标尺刻度的变化，计算出分离速度、分离角度、分离力大小。
优选地，所述步骤1，具体为：
步骤1.1：将分离装置安装在分离面上，分离面固定在桌面；
步骤1.2：将分离装置电源线接入电源控制器；
步骤1.3：在桌面上与分离装置平行安装标尺，标尺精度优于1mm；在桌面上与分离装置垂直安装标尺，标尺精度优于1mm。
优选地，所述步骤2，具体为：
将高速摄影装置调节好高度对准分离装置，视野包含标尺信息。
优选地，所述步骤3，具体为：
步骤3.1：开启高速摄影装置，检查摄影装备，开启分离装置电源开关，对分离螺杆分离飞出的全过程进行拍摄；
步骤3.2：利用图像处理软件对每帧图像数据进行对比，采用1000帧/秒的高速摄影装置，每帧图像为1毫秒，按照下面公式计算分离速度、分离角度、分离力：
分离水平速度Vh
V h = S h t = L h / 1000 ( N i - N j ) / 1000 = L h N i - N j
分离竖直速度Vt
V t = S t t - 1 2 gt = L t / 1000 ( N i - N j ) / 1000 - g 2 N i - N j 1000 = L t N i - N j - g ( N i - N j ) 2000
分离角度θ
θ＝arctan(Vt/Vh)
分离力F
F = m ( V h t ) 2 + ( V t t ) 2 = m ( N k - N r ) / 1000 × [ L h N i - N j ] 2 + [ L t N i - N j - g ( N i - N j ) 2000 ] 2
其中：
m表示分离螺杆的质量；
g表示重力加速度；
Ni表示螺杆分离后的第i帧图像；
Nj表示螺杆分离后的第j帧图像；
Lh表示第i帧图像和第j帧图像水平标尺的刻度差；
Lt表示第i帧图像和第j帧图像垂直标尺的刻度差；
t表示分离时间；
Nr表示分离装置通电时刻图像帧号；
Nk表示螺杆分离时刻的图像帧号；
Sh表示分离水平距离；
St表示分离竖直距离。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明能够较为精确地估算出微分离装置的分离速度、分离角度、分离力的大小。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明相应的微分离性能测量装置示意图。
图中：
1为分离装置；
2为标尺；
3为电源控制器；
4为高速摄影装置；
5为控制计算机。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明以星星分离为背景给出了一种利用高速摄影方法测量微分离性能的方法，步骤如下：1、搭建分离装置、分离性能测试平台；2、安装高速摄影设备及标尺；3、通过高速摄影拍摄分离过程，计算分离速度、分离角度、分离力。
所述分离性能测试平台，具体为：根据项目需要，将待分离的小卫星模拟器用分离装置固定在分离面上并进行解锁装置供电安全性检查。
所述安装高速摄影装置及标尺，具体为：将高速摄影装置对准分离装置，并将标尺安装在分离性能测试台上并校正水平及竖直。
所述用高速摄影拍摄分离过程，具体为：开启高速摄影装置，启动分离电源控制开关，待分离螺杆飞出落地后，停止摄影。通过对每帧图像中螺杆对应的标尺刻度的变化，计算出分离速度、分离角度、分离力大小。
进一步地，在本发明的一个优选的具体实施方式中，所述测量方法具体为：
1、将分离装置安装在分离面上，分离面固定在桌面；
2、将分离装置电源线接入电源控制器；
3、在桌面上与分离装置平行安装标尺，标尺精度优于1mm；在桌面上与分离装置垂直安装标尺，标尺精度优于1mm；
4、将高速摄影装置调节好高度对准分离装置，视野要包含标尺信息；
5、开启高速摄影装置，检查摄影装备，开启分离装置电源开关，对分离螺杆分离飞出的全过程进行拍摄；
6、利用图像处理软件对每帧图像数据进行对比，采用1000帧/秒的高速摄影装置，每帧图像为1毫秒，按照下面公式计算分离速度（单位：m/s）、分离角度（单位：rad）、分离力（单位：N）：
分离水平速度Vh
V h = S h t = L h / 1000 ( N i - N j ) / 1000 = L h N i - N j
分离竖直速度Vt
V t = S t t - 1 2 gt = L t / 1000 ( N i - N j ) / 1000 - g 2 N i - N j 1000 = L t N i - N j - g ( N i - N j ) 2000
分离角度θ
θ＝arctan(Vt/Vh)
分离力F
F = m ( V h t ) 2 + ( V t t ) 2 = m ( N k - N r ) / 1000 × [ L h N i - N j ] 2 + [ L t N i - N j - g ( N i - N j ) 2000 ] 2
m表示分离螺杆的质量，单位：kg
g表示重力加速度，单位：m/s2
Ni表示螺杆分离后的第i帧图像
Nj表示螺杆分离后的第j帧图像
Lh表示第i帧图像和第j帧图像水平标尺的刻度差，单位：mm
Lt表示第i帧图像和第j帧图像垂直标尺的刻度差，单位：mm
t表示分离时间，单位：s
Nr表示分离装置通电时刻图像帧号
Nk表示螺杆分离时刻的图像帧号
Sh表示分离水平距离；
St表示分离竖直距离。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (1)

1.一种基于高速摄影的微分离性能的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：搭建分离性能测试平台；
步骤2：安装高速摄影设备及标尺；
步骤3：通过高速摄影拍摄分离过程，计算分离速度、分离角度、分离力；
在所述步骤1中，将待分离的小卫星模拟器用分离装置固定在分离面上并进行解锁装置供电安全性检查；
在所述步骤2中，将高速摄影装置对准分离装置，并将标尺安装在分离性能测试台上并校正水平及竖直；
在所述步骤3中，开启高速摄影装置，启动分离电源控制开关，待分离螺杆飞出落地后，停止摄影；通过每帧图像中螺杆对应的标尺刻度的变化计算出分离速度、分离角度、分离力大小；
所述步骤1，具体为：
步骤1.1：将分离装置安装在分离面上，分离面固定在桌面；
步骤1.2：将分离装置电源线接入电源控制器；
所述步骤2，具体为：
在桌面上与分离装置平行安装标尺，标尺精度优于1mm；在桌面上与分离装置垂直安装标尺，标尺精度优于1mm；
将高速摄影装置调节好高度对准分离装置，视野包含标尺信息；
所述步骤3，具体为：
步骤3.1：开启高速摄影装置，检查摄影装备，开启分离装置电源开关，对分离螺杆分离飞出的全过程进行拍摄；
步骤3.2：利用图像处理软件对每帧图像数据进行对比，采用1000帧/秒的高速摄影装置，每帧图像为1毫秒，按照下面公式计算分离速度、分离角度、分离力：
分离水平速度Vh
V h = S h t = L h / 1000 ( N i - N j ) / 1000 = L h N i - N j
分离竖直速度Vt
V t = S t t - 1 2 g t = L t / 1000 ( N i - N j ) / 1000 - g 2 N i - N j 1000 = L t N i - N j - g ( N i - N j ) 2000
分离角度θ
θ＝arctan(Vt/Vh)
分离力F
F = m ( V h t ) 2 + ( V t t ) 2 = m ( N k - N r ) / 1000 × [ L h N i - N j ] 2 + [ L t N i - N j - g ( N i - N j ) 2000 ] 2
其中：
m表示分离螺杆的质量；
g表示重力加速度；
Ni表示螺杆分离后的第i帧图像；
Nj表示螺杆分离后的第j帧图像；
Lh表示第i帧图像和第j帧图像水平标尺的刻度差；
Lt表示第i帧图像和第j帧图像垂直标尺的刻度差；
t表示分离时间；
Nr表示分离装置通电时刻图像帧号；
Nk表示螺杆分离时刻的图像帧号；
Sh表示分离水平距离；
St表示分离竖直距离。
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