CN104154955B - 贮箱液体推进剂液面形貌与剂量动态测量方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种贮箱液体推进剂液面形貌与剂量动态测量方法和系统，贮箱中被测液面底部设置正交条纹图，贮箱侧壁设置正交刻度标线，调整贮箱周围对称设置的反射镜，采集液体晃动时的透射条纹和正交刻度标线，分别生成变形透射条纹图像数据和自由液位图像数据；根据变形透射条纹图像数据获取位移量；根据自由液位图像数据，生成液位精确高度值；根据精确高度值和位移量生成离面变形位移量，再生成多组全场变形数据后进行数值加权平均获得全场液面随时间变化结果；从全场变形结果数据中可生成被测液体剩余体积数据，将结果数据和剩余体积数据输出。实现仅用一台高速相机，即可获得多方向液位高度信息、液面形貌变化、剩余体积等多个参量。

Description

贮箱液体推进剂液面形貌与剂量动态测量方法和系统

技术领域

本申请涉及液体晃动测量领域，具体地说，是涉及一种贮箱液体推进剂液面形貌与剂量动态测量方法和系统。

背景技术

液体晃动的研究一直是动力学与控制及其交叉学科的重要研究方向。在海洋、船舶动力学方面，如：油气的运输、舰艇建造；在土木工程以及地震研究中，如：高位水塔、蓄水池、大型水坝；在地震响应分析以及灾难防护的研究中，车辆及交通运输中液体贮箱的晃动问题；以及在核工业、生物医药等领域，液体晃动的研究都有着重要意义。特别是在航空航天领域，现代航天器需要携带大量液体推进剂以便完成长时间、复杂的飞行任务，充液腔类系统动力学与控制始终是航天器总体设计所关心的核心问题之一，而液体推进剂的晃动一直是人们研究的热点。

很多航天器发射失败的原因就是由液体晃动造成的。随着推进剂所占航天器总重量的增加，液体晃动对于其影响也同样增加。因此对于航天器贮箱中液体晃动的研究也显得尤为重要。而针对液体非线性晃动真实自由液面的三维动态变形的测量，特别是针对航天器贮箱中液体液面形貌的相关测量研究不但能够对液体晃动的具体形式有直观的把握，能够为液体非线性晃动动力学研究、液体大幅晃动与结构运动耦合问题以及液体燃料管理的相关研究提供诸如贮箱内剩余液体推进剂体积、液体晃动的频率、模态、阻尼等重要的数据，进一步，对推进剂贮箱设计，航天器姿态调整与控制，减少因晃动问题导致的事故的发生，保证飞行器正常服役等工作具有重要指导意义。然而，由于液体具有流动性或不稳定性，以及液体晃动的非线性和复杂性，为相关的研究带来了诸多困难。

现有技术中，针对航天器贮箱中液体液面变形以及液体推进剂量测量的相关测量研究少有提及。而现有液面形貌的测量方法中，全息干涉法，和剪切干涉法，精度、灵敏度非常高，但是设备昂贵，受环境影响较大，难以适用于大范围以及较大变形的液面晃动中；A.K.Asundi等通过反射法测量了动态液面三维形貌(Dynamicthree-dimensionalsensingforspecularsurfacewithmonoscopicfringereflectometry，OptExpress，2011，19(13):12809-12814)，但是液面变形太大时反射光线会超出相机视场；刘战伟等人首次使用透射结构光对液面形貌进行了测量(Anovelorthogonaltransmission-virtualgratingmethodanditsapplicationsinmeasuringmicro3-Dshapeofdeformedliquidsurface.OpticsandLasersinEngineering，2013，51(2):167-171)，但是该方法适用于拥有静止参考平面的液面变形测量，对于整体发生非线性晃动三维动态变形液面的测量不再适用。中国专利(CN201310355784.5)的“基于数字散斑相关技术的透明液面微形貌测量方法和系统”实现了液面动态微形貌的测量，但是该方法必须有静止的参考面才能使用，对于发生较大的整体变形即无静止参考面的变形液面形貌测量均不再适用。杨洋等(液体晃动液面动态变形实验研究，北京力学会第20届学术年会论文集，2014)通过在储液容器上方和水平方向上分别布置的高速相机，一台高速相机用于采集透射条纹信息，另一台高速相机用于采集自由液面与容器器壁接触线部分的液位高度信息，首次实现了无静止参考面的变形液面形貌的动态测量，但是其测量方法需使用两台高速相机同时采集，设备昂贵，整个测量系统庞大，后期处理麻烦，特别是难以解决两台高速相机的高速同步问题，因同步的不一致带来了较大的测量误差；另外，该方法由于使用其中一台高速相机采集某一个方向的液位高度信息，故只能利用该方向上获得的液位高度信息做为初始值，结合另一高速相机获得的位移值进行这个方向的迭代求液面形貌，由于只能在唯一一个方向上迭代求解，导致误差沿着该迭代方向积累的问题得不到解决，最终测量的精度较低。现有的测量推进剂剂量的技术中，中国专利(CN201210583876.4，)“贮箱液体推进剂量测量方法”通过测量贮箱和气瓶压力、温度，并结合相关数学模型计算出贮箱内的剩余推进剂剂量，提供了一种贮箱液体推进剂测量方法，但是此方法是一种间接测量贮箱液体体积的方法。同时，中国专利(CN201310241510.3)此方法的不足也是一种间接的测量推进剂量的方法。

因此，发展一种无需高速同步，且可获得多个方向液位高度信息，可进行多个方向迭代计算以提高测量精度和灵敏度；同时减少所需设备，实现高效的对无参考面的液体液面动态变形和推进剂剂量进行全场直接测量，便成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是提供一种贮箱液体推进剂液面形貌与剂量动态测量方法和系统，以解决目前并不能够仅使用一台高速相机，无需高速同步，且可获得多个方向液位高度信息，可进行多个方向迭代计算以提高测量精度和灵敏度；同时减少所需设备，使得高效的对无需参考面的液体液面动态变形进行全场直接测量的问题。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种贮箱液体推进剂液面形貌与剂量动态测量方法，包括：

将正交条纹图置于所述贮箱中被测液面的底部，并在该贮箱侧壁沿周向和高度方向设置正交刻度标线，调整在该贮箱周围两两对称设置的四个规格相同的反射镜位置和角度，将所述反射镜所在平面与该正交条纹图呈45度角，所述反射镜下边缘均与所述正交条纹图处于同一平面，且所述反射镜与贮箱侧壁之间留有间距；平行光照亮正交条纹图，其反射光经过液面后形成透射条纹；同时，通过所述反射镜，以两两对称方式反射该贮箱侧壁的所述正交刻度标线；

采集所述贮箱内被测液面晃动时不同时刻的所述被测液面的所述透射条纹和正交刻度标线，分别生成该被测液面的变形透射条纹图像数据和自由液位图像数据；

对各时刻的所述变形透射条纹图像数据进行透射条纹畸变位移处理，获取透射条纹每一时刻在该正交条纹图平面内条纹主方向上的位移量；

根据所述自由液位图像数据，在所述被测液面与所述贮箱内壁的接触线上选取多个液位散点，由所述贮箱内壁预置的周向刻度标线标定出各所述液位散点的高度，并对各所述液位散点的高度进行插值处理，生成所述被测液位的精确高度值；

将每一时刻的所述被测液位的精确高度值和对应该时刻的所述透射条纹的位移量进行迭代处理，生成每一条所述透射条纹的离面变形位移量，将所述离面变形位移量叠加后生成所述被测液面各时刻的多组全场变形数据，对所述多组全场变形数据进行数值加权平均处理，生成各时刻所述贮箱内液体晃动液面动态全场变形的结果数据；

根据不同时刻所述贮箱内液体晃动液面动态全场变形的结果数据生成所述贮箱内的所述被测液体的剩余体积数据，将该结果数据和剩余体积数据输出。

其中，优选地，对各时刻的所述变形透射条纹图像数据进行透射条纹畸变位移处理，获取透射条纹每一时刻在该正交条纹图平面内条纹主方向上的位移量，进一步为：

分别对采集的每一时刻的所述变形透射条纹图像数据中的透射条纹进行透射条纹畸变位移处理，并根据在所述正交条纹图平面内预先标定的正交条纹主方向，获取所述透射条纹在每一时刻在正交条纹主方向上的位移量。

其中，优选地，对各所述液位散点的高度进行插值处理，生成所述被测液位的精确高度值，进一步为：

通过对各所述液面散点的高度进行一维像素插值处理，标定出每一时刻所述被测液面与所述贮箱内壁的接触线上每一个像素点所对应的液位的精确高度值。

其中，优选地，将每一时刻的所述被测液位的精确高度值和对应该时刻的所述透射条纹的位移量进行迭代处理，生成每一条所述透射条纹的离面变形位移量，进一步为：

将每一时刻的所述被测液位的精确高度值作为迭代初值，并结合对应该时刻的所述透射条纹的位移量进行迭代处理，生成每一条所述透射条纹分别沿所述正交条纹主方向的正反方向的液面剖面上变形液面的离面变形位移量。

其中，优选地，将所述离面变形位移量叠加后生成所述被测液面各时刻的多组全场变形数据，进一步为：

将各方向的所述液面剖面的所述液面离面变形的位移叠加后生成所述被测液面各时刻的分别沿所述正交条纹主方向的正反方向的四组全场变形数据，对所述四组全场变形数据进行数值加权平均处理，生成各时刻所述贮箱内液体晃动液面动态全场变形的结果数据，并根据此结果数据生成所述贮箱内的所述被测液体的剩余体积数据。

为解决上述技术问题，本申请还提供了一种贮箱液体推进剂液面形貌与剂量动态测量系统，其特征在于，包括：液面变形标定单元、图像采集单元、透射条纹畸变位移处理单元、三相界面高度分析单元、液面动态形貌处理单元以及液体晃动特性分析单元；其中，

所述液面变形标定单元，与所述图像采集单元相耦接，用于将正交条纹图置于所述贮箱中被测液面的底部，并在该贮箱侧壁沿周向和高度方向设置正交刻度标线，调整在该贮箱周围两两对称设置的四个规格相同的反射镜位置和角度，将所述反射镜所在平面与该正交条纹图呈45度角，所述反射镜下边缘均与所述正交条纹图处于同一平面，且所述反射镜与贮箱侧壁之间留有间距；平行光照亮正交条纹图，其反射光经过液面后形成透射条纹；同时，通过所述反射镜，以两两对称方式反射该贮箱侧壁的所述正交刻度标线；

所述图像采集单元，用于采集所述贮箱内被测液面晃动时不同时刻的所述被测液面的所述透射条纹和正交刻度标线，分别生成该被测液面的变形透射条纹图像数据和自由液位图像数据；

所述透射条纹畸变位移处理单元，与所述图像采集单元和液面动态形貌处理单元相耦接，用于对各时刻的所述变形透射条纹图像数据进行透射条纹畸变位移处理，获取透射条纹每一时刻在该正交条纹图平面内条纹主方向上的位移量；

所述三相界面高度分析单元，与所述图像采集单元和液面动态形貌处理单元相耦接，用于根据所述自由液位图像数据，在所述被测液面与所述贮箱内壁的接触线上选取多个液位散点，由所述贮箱内壁预置的周向刻度标线标定出各所述液位散点的高度，并对各所述液位散点的高度进行插值处理，生成所述被测液位的精确高度值；

所述液面动态形貌处理单元，分别与所述透射条纹畸变位移处理单元、三相界面高度分析单元以及液体晃动特性分析单元相耦接，用于将每一时刻的所述被测液位的精确高度值和对应该时刻的所述透射条纹的位移量进行迭代处理，生成每一条所述透射条纹的离面变形位移量，将所述离面变形位移量叠加后生成所述被测液面各时刻的多组全场变形数据，对所述多组全场变形数据进行数值加权平均处理，生成各时刻所述贮箱内液体晃动液面动态全场变形的结果数据发送至所述液体晃动特性分析单元；

所述液体晃动特性分析单元，与所述液面动态形貌处理单元相耦接，用于根据不同时刻所述贮箱内液体晃动液面动态全场变形的结果数据生成所述贮箱内的所述被测液体的剩余体积数据，将该结果数据和剩余体积数据输出。

其中，优选地，所述透射条纹畸变位移处理单元，进一步用于分别对采集的每一时刻的所述变形透射条纹图像数据中的透射条纹进行透射条纹畸变位移处理，并根据在所述正交条纹图平面内预先标定的正交条纹主方向，获取所述透射条纹在每一时刻在正交条纹主方向上的位移量。

其中，优选地，所述三相界面高度分析单元，进一步用于通过对各所述液面散点的高度进行一维像素插值处理，标定出每一时刻所述被测液面与所述贮箱内壁的接触线上每一个像素点所对应的液位的精确高度值。

其中，优选地，所述液面动态形貌处理单元，进一步用于将每一时刻的所述被测液位的精确高度值作为迭代初值，并结合对应该时刻的所述透射条纹的位移量进行迭代处理，生成每一条所述透射条纹分别沿所述正交条纹主方向的正反方向的液面剖面上变形液面的离面变形位移量。

其中，优选地，所述液面动态形貌处理单元，进一步用于将各方向的所述液面剖面的所述液面离面变形的位移叠加后生成所述被测液面各时刻的分别沿所述正交条纹主方向的正反方向的四组全场变形数据，对所述四组全场变形数据进行数值加权平均处理，生成各时刻所述贮箱内液体晃动液面动态全场变形的结果数据，并根据此结果数据生成所述贮箱内的所述被测液体的剩余体积数据。

与现有技术相比，本申请所述的一种液面微形貌测量方法和系统，达到了如下效果：

1)本申请针对飞行器贮箱内液体的整体非线性晃动，结合了透射条纹法与三相界面液位高度分析技术、能够实现贮箱内液体晃动液面动态变形全场测量，在液面测量过程中，可以仅使用一台高速相机，避免了两台高速相机采集难以同步的情况，并且可获得多个方向液位高度信息，可进行多个方向迭代计算以提高测量精度和灵敏度，有效解决了针对液面晃动时进行液面测量只能在高速同步条件下进行，并且不能获得多个方向液位信息进行多方向迭代计算的问题。

2)本申请不但可以得到液面变形全场形貌，而且通过所测液面每一点真实高度可得到液体晃动贮箱内剩余液体体积，结合非线性动力学等相关技术，可以分析计算出晃动液体的频率、模态、阻尼和等重要相关参数，为进一步液体非线性晃动动力学研究、液体大幅晃动与结构运动耦合问题、液体燃料管理的相关研究、推进剂贮箱的设计、航天器姿态调整与控制以及减少因晃动问题导致的事故的发生，保证飞行器正常服役等工作具有重要指导意义。

3)本申请在进行液面测量时减少所需设备，使得结构紧凑，简单易行，经济实用。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例一所述的贮箱液体推进剂液面形貌与剂量动态测量方法的流程图；

图2为本申请实施例二所述贮箱液体推进剂液面形貌与剂量动态测量方法的实验系统图；

图3为本申请实施例三所述贮箱液体推进剂液面形貌与剂量动态测量方法的实验系统图；

图4为本申请实施例三中以0.006s为间隔，分别从0.003s至0.018s的三个时刻液体晃动液面三维形貌连续过程的示意图；

图5为本申请实施例三中所选取的部分时刻液体晃动自由液面形貌剖面高度的示意图；

图6为本申请实施例四所述的贮箱液体推进剂液面形貌与剂量动态测量系统的结构框图。

具体实施方式

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。此外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电性耦接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接电性耦接于所述第二装置，或通过其他装置或耦接手段间接地电性耦接至所述第二装置。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

以下结合附图对本申请作进一步详细说明，但不作为对本申请的限定。

实施例一：

如图1所示，是本申请实施例一所述的一种贮箱液体推进剂液面形貌与剂量动态测量方法流程。

步骤101，将正交条纹图置于所述贮箱中被测液面的底部，并在该贮箱侧壁沿周向和高度方向设置正交刻度标线，贮箱四周对称布置4个规格相同的反射镜，调整反射镜位置和角度，将所述反射镜所在平面与该正交条纹图呈45度角，所述反射镜下边缘均与所述正交条纹图处于同一平面，且所述反射镜与贮箱侧壁之间留有间距；平行光照亮正交条纹图，其反射光经过液面后形成透射条纹；同时，通过所述反射镜，以两两对称方式反射该贮箱侧壁的所述正交刻度标线。

在本实施例中，所述正交条纹图的采集可以通过布置在贮箱正上方的单个高速CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)或CCD(Charge-coupledDevice，电荷耦合元件，即图像传感器)相机和/或具有将图像转变为数字信号功能的高速图像捕获设备实现。在实际应用中，所述正交条纹图可以根据应用需要设计成一张具有特定频率和大小的半透明的正交条纹图，将其印制或粘附(或放置)于贮箱底部；所述正交刻度标线可以采用精确印制或绘制的方式设置于所述贮箱内壁，且正交刻度标线具有一定间距，该正交刻度标线作为位置坐标标尺和高度标尺。所述贮箱中盛有待测的半透明液体，为提高采集效果，可以在所述正交条纹图正下方布置直流无频闪、光照均匀柔和且光强足够的平行光源。

步骤102，采集所述贮箱内被测液面晃动时不同时刻的所述被测液面的所述透射条纹和正交刻度标线，分别生成该被测液面的变形透射条纹图像数据和自由液位图像数据。

在图像采集时，反射镜能够分别两两对称反射侧壁的四个方向正交刻度标线的像至高速相机(或其他图像采集装置)内，正交条纹透过液体透射的像称为透射条纹，被测液体的液面与其所处气体环境以及固体器壁(本实施例中为贮箱)三相界面接触线为自由液面液位，从而通过调整高速相机的位置、角度、镜头焦距及光圈大小，使得拍摄的透射条纹和自由液位能够在同一视场中且清晰显示。

步骤103，对各时刻的所述变形透射条纹图像数据进行透射条纹畸变位移处理，获取透射条纹每一时刻在该正交条纹图平面内条纹主方向上的位移量。

贮箱内的被测液体发生晃动属于不定向晃动，进而使所述被测液面不规则地产生高低落差，由于折射效应，图像采集器(如高速相机等)所采集到的正交条纹图就会发生任意方向的变形，为了便于后续处理，在与所述正交条纹图平行的平面内设置一xoy坐标系，正交条纹主方向分别与预先标定的xoy平面坐标系中x轴、y轴平行，故可以根据透射条纹畸变位移相关技术进行处理，进一步得到所述正交条纹图中发生变形的所述透射条纹在条纹主方向上的位移量(变形量)。

步骤104，根据所述自由液位图像数据，在所述被测液面与所述贮箱内壁的接触线上选取多个液位散点，由所述贮箱内壁预置的周向刻度标线标定出各所述液位散点的高度，并对各所述液位散点的高度进行插值处理，生成所述被测液位的精确高度值。

所述位移量是与所述正交条纹图平行的平面内(水平方向)获取到的数据，而在垂直方向上的数据(即所述液面的高度)将根据所述自由液位图像数据获得，液面的高度是连续变化的数据，为了能够进行后续计算处理，需要将液面的高度进行离散化，所以步骤104中，在所述液面与贮箱内壁的接触线上选取多个所述液位散点，根据贮箱内壁的所述刻度标线确定所述液位散点的高度，再将各所述液位散点之间进行插值细化，设置多个像素点，设置的像素点越多，精度就越高，从而通过获取所述像素点的对应的高度就得到了所述被测液位的精确高度值。

步骤105，将每一时刻的所述被测液位的精确高度值和对应该时刻的所述透射条纹的位移量进行迭代处理，生成每一条所述透射条纹的离面变形位移量，将所述离面变形位移量叠加后生成所述被测液面各时刻的多组全场变形数据，对所述多组全场变形数据进行数值加权平均处理，生成各时刻所述贮箱内液体晃动液面动态全场变形的结果数据。

液面的高低变化将会带来透射图像的变形，在本实施例中，图像采集器(如高速相机等)所采集到的透射条纹图的变形，就是由于所述贮箱中的所述被测液面的高低变化造成的，所以，可以根据某一时刻所述被测液位的精确高度值和该时刻的所述透射条纹的位移量获取到液面的高低变化量(相对于静止的液面而言)，即离面变形位移量。在所述离面变形位移量足够充足的情况下，便可以获取多组全场变形数据，生成各时刻所述贮箱内液体晃动液面动态全场变形的结果数据。

步骤106，根据不同时刻所述贮箱内液体晃动液面动态全场变形的结果数据生成所述贮箱内的所述被测液体的剩余体积数据，将该结果数据和剩余体积数据输出。

经过上述步骤101至106，可以获取多方向的液面数据，进一步生成精确的贮箱内液体晃动液面动态全场变形的结果数据，再根据获得的所述体积数据，可以结合非线性动力学相关技术，进一步获得液体晃动的频率、模态、阻尼等重要参数。

实施例二

对于上述实施例一所述的贮箱液体推进剂液面形貌与剂量动态测量方法而言，需要设置相应的实验系统，所述实验系统如图2所示，其中，

贮箱侧壁上沿周向和高度方向精确印制或绘制具有一定间距的正交刻度标线作为位置坐标标尺和高度标尺，贮箱内盛有待测的半透明液体。将正交条纹图印制或粘附(或放置)于贮箱底部，所述正交条纹图可以根据实际应用的需要设置为具有特定频率和大小的半透明条纹图。所述贮箱四周对称布置有4个规格相同的反射镜所组成的反射镜组，分别包括：反射镜a、b、c、d，其中，反射镜a与b对称设置，反射镜c与d对称设置。在透明的所述贮箱正上方布置单个高速相机，其靶面与所述正交条纹图平行，并且在所述正交条纹图正下方布置直流无频闪、光照均匀柔和且光强足够的平行光源。

调整所述反射镜组的角度和方位，使a、b、c、d四个反射镜所在平面均与所述正交条纹图呈45度角，四个反射镜下边缘均与所述正交条纹图处于同一平面，且与贮箱外侧壁之间留有一定间距以便光能透过，在图像采集时反射镜组能够分别两两对称反射侧壁的四个方向正交刻度标线的像至高速相机内。正交条纹透过液体透射的像称为透射条纹，自由液面与其所处气体环境以及固体器壁三相界面接触线为自由液面液位，调整相机位置和角度，镜头焦距及光圈大小，使得拍摄的透射条纹和自由液位能够在同一视场中且清晰显示。

当设置完上述实验系统后，可以按照上述实施例一中所述的测量方法对所述贮箱内的所述被测液面进行测量。

步骤一，当所述被测液面静止时，通过所述高速相机拍摄一张透射条纹图作为初始参考的载波条纹图，以用于后续计算以及消除环境对最终结果的影响。步骤二，采集贮箱内被测液面晃动时不同时刻的所述被测液面的变形透射条纹图像数据和自由液位图像数据。

在贮箱中的所述液体发生晃动时，需要保证条纹、刻度标线与高速相机相对位置不变，不产生刚体位移，所述高速相机连续采集不同时刻的变形透射条纹图像数据和自由液位图像数据。

步骤三，对各时刻的所述变形透射条纹图像数据进行透射条纹畸变位移处理，获取透射条纹每一时刻在该正交条纹图平面内条纹主方向上的位移量。

具体地，采用透射条纹畸变位移处理技术，分别对采集的每一时刻的所述变形透射条纹图像数据中的透射条纹进行处理，根据在所述正交条纹图平面内预先标定的正交条纹主方向，获取每一时刻液面变形的正交条纹主方向上的的位移场(在本实施例的图2中，所述正交条纹主方向分别与预先标定的xoy平面坐标系中x轴、y轴平行，具体获取在x轴、y轴方向上的位移量，在力学领域中，也可以是U、V场方向，上述内容并不会构成对本申请的限定)，即透射条纹的每一点的位移量S(x，y，t)。其中，x轴、y轴方向是与所述正交条纹图平行的平面内设置一xoy坐标系所确定的，对于图2中所示的情况，该xoy坐标系为水平面坐标系。

步骤四，根据所述自由液位图像数据，在所述被测液面与所述贮箱内壁的接触线上选取多个液位散点，由所述贮箱内壁预置的周向刻度标线标定出各所述液位散点的高度，并对各所述液位散点的高度进行插值处理，生成所述被测液位的精确高度值。

具体地，采用三相界面液位高度分析技术，选取接触线上一定数量的散点，具体各散点对应位置坐标由器壁上周向的刻度标线确定。各周向刻度标线之间通过像素插值，分别精确标定出各散点的高度绝对值p₁,p₂,p₃,…,p_n。进一步，通过对各散点的高度进行一维插值，得到每一时刻不同位置即所采集图像中自由液面与器壁接触线上每一个像素点的液位精确的高度值H(x，y，t)；

步骤五，将每一时刻的所述被测液位的精确高度值作为迭代初值，并结合对应该时刻的所述透射条纹的位移量进行迭代处理，生成每一条所述透射条纹沿x轴和y轴的正反两个方向的液面剖面上变形液面的离面变形位移量，将各剖面的液面离面变形的位移叠加分别得到所述液面各个时刻四组全场变形数据，然后对上述四组全场变形数据进行数值加权平均处理，以精确重构出各个时刻所述贮箱内液体晃动液面动态全场变形的结果。

具体的，在步骤五中，将前述经处理得到的四个方向每一时刻不同位置即所采集图像中自由液面与器壁接触线上每一个像素点的液位精确的高度值H(x，y，t)作为迭代初值，结合对应的透射条纹主方向的位移量S(x，y，t)进行迭代处理。分别沿四个方向(±x，±y)迭代处理得各条纹主方向剖面上变形液面距初始液面的高度。

将所述离面变形位移量叠加后生成所述被测液面各时刻的多组全场变形数据，具体为：将各方向的所述液面剖面的所述液面离面变形的位移叠加后生成所述被测液面各时刻的分别沿x轴和y轴的正反方向的四组全场变形数据。

在本实施例中，通过上述测量步骤，可以对测量获得的所述被测液体晃动时的特性参数进行分析，通过上述得到的不同时刻液面各点离面变形的位移，进行叠加计算出贮箱内液体体积即推进剂剂量，结合非线性动力学相关技术，可进一步得到液体晃动的频率、模态、阻尼等重要相关参数。

实施例三

结合图3至5，对本实施例中的所述贮箱液体推进剂液面形貌与剂量动态测量方法进行具体说明：

所述贮箱以圆柱形透明平底贮箱为例，形状为方形或其他具有水平底部形状的贮箱同样适用。

搭建的试验系统如下：

如图3所示，贮箱侧壁上沿周向和高度方向精确印制或绘制具有一定间距的正交刻度标线作为位置坐标标尺和高度标尺，为实现后续迭代计算，其中观测方向的周向刻度标线须与条纹主方向正交。贮箱内盛有被测半透明液体。根据需要设计一张具有特定频率和大小的半透明的正交条纹图，将其印制或粘附(或放置)于贮箱底部，正交条纹图须具有较高漫反射率和部分透光性，正交条纹图作为透射变形载体的同时也为侧壁表面的正交刻度标线提供光源，正交条纹的像与后续所使用高速相机的靶面平行，且条纹两个方向与靶面边缘方向一致、无转角。贮箱四周对称布置4个规格相同的反射镜，分别为反射镜a、b、c、d，其中，反射镜a与b对称设置，反射镜c与d对称设置，2个对向反射镜的底部边缘与正交条纹图的其中一个条纹方向平行，另外2个对向反射镜的底部边缘与另一个条纹方向平行，上述四个反射镜均与正交条纹图呈45度角放置。反射镜a、b、c、d下边缘均与正交条纹图处于同一平面，且不能紧贴贮箱外侧壁，需与贮箱外侧壁之间留有一定间距。在透明的圆柱形贮箱正上方布置有与水平方向呈45°的反射镜，单个高速相机水平放置在该反射镜对应一侧，高速相机配备合适镜头，镜头前装有偏振片，用以减小液面的镜面反射和其他反射杂光。如果液面变形过大，发生严重失焦现象，则选用双远心镜头避免上述情况的发生。镜组也可以用单个喇叭形反射镜代替，其环向布置在贮箱外侧。正交条纹下方布置一面与竖直方向呈约45°的反射镜，此镜面一侧水平放置直流无频闪，光照均匀柔和且光强足够的光源，使得照射至正交条纹图的光平行、稳定且强烈。

调整反射镜组的角度和方位，使a、b、c、d四个反射镜所在平面均与正交条纹图呈45度角，四个反射镜下边缘均与正交条纹图处于同一平面，且不能紧贴贮箱外侧壁，需与贮箱外侧壁之间留有一定间距以便光的透过。在图像采集时分别两两对称反射侧壁的四个方向正交刻度标线的像至高速相机内。正交条纹透过液体透射的像称为透射条纹，自由液面与其所处气体环境以及固体器壁三相界面接触线为自由液面液位，调整相机位置和角度，镜头焦距及光圈大小，使得拍摄的透射条纹和自由液位能够在同一视场中且清晰显示；

当液面静止时拍摄一张透射条纹图作为初始参考的载波条纹图用于后续计算以及消除环境对最终结果的影响；

整体系统置于能够使液体产生整体晃动的环境中，贮箱中液体发生晃动，此时需保证条纹、刻度标线与高速相机相对位置不变，不产生刚体位移；

高速相机连续采集不同时刻变形的透射条纹和自由液位图像；

采用透射条纹畸变位移处理技术，分别对所述采集的每一时刻的透射条纹进行处理，本实施例采用条纹中心法，对正交条纹图像进行滤波、消噪、提高对比度等处理，提取所采集畸变透射条纹中心线，对条纹中心线进行赋级、插值、计算位移、减掉载波条纹虚位移，即可得到每一时刻液面变形的x、y方向的位移场，即透射条纹的每一点的位移量S(x，y，t)。

采用三相界面液位高度分析技术，选取接触线上一定数量的散点，具体各散点对应位置坐标由器壁上周向的刻度标线确定。各高度方向刻度标线之间通过像素插值，分别精确标定出各散点的高度绝对值p₁,p₂，p₃,…,p_n。有多种像素插值方法可用于标定出各散点的高度值，本实施例中将所采集图片通过图像处理软件处理得到上述各散点的像素坐标以及环向刻度标线上各点像素坐标，器壁面上周向刻度标线之间间距已知，那么每一个确定位置的散点的实际高度值即可由对应坐标换算得到。进一步，通过对各散点的高度进行一维插值，得到每一时刻不同位置即所采集图像中自由液面与器壁接触线上每一个像素点的液位精确的高度值H(x，y，t)；

将前述经处理得到的每一时刻不同位置即所采集图像中自由液面与器壁接触线上每一个像素点的液位精确的高度值H(x，y，t)作为迭代初值，与对应的透射条纹主方向的位移量S(x，y，t)代入公式(1)

$\left\{\begin{array}{c}h(x,y,t)=H(x,y,t)-\frac{S(x,y,t)\·\{{\ln }^2+\sqrt{n^2\[{\mathrm{dh}}^2(x,y,t)+L^2\]-{\mathrm{dh}}^2(x,y,t)}\}}{dh(x,y,t)\·(n^2-1)}\\ H(x,y,t)=f(p_I,p_2,p_3,...,p_n)\\ h(x,y,t){|}_{x=t=0}\≠0\\ n=\frac{n_l}{n_a}\end{array}\right.---\left(1\right)$

中进行迭代处理。其中n_l为贮箱中液体的折射率，n_a为液体所处工作环境的气体折射率，dh(x，y，t)为液面某点与临近点的高度差，L为迭代步长(本实施例中取L＝1像素)。分别沿四个方向(±x，±y)迭代处理得各条纹主方向剖面上变形液面距初始液面的高度并得到各点变形液面高度h(x，y，t)，将各剖面的液面离面变形的位移叠加分别得到所述液面各个时刻多组全场变形数据，然后对上述四组全场变形数据进行数值加权平均处理以精确重构出各个时刻所述贮箱内液体晃动液面动态全场变形的精确结果。图4为不同时刻液体晃动液面三维形貌连续过程，所选取的不同时刻具有代表性的3幅图分别从0.003s至0.018s，间隔为0.006s。图5为所选取的部分时刻液体晃动自由液面形貌剖面高度。

对晃动液体晃动特性参数进行分析，通过上述得到的不同时刻液面各点离面变形的位移代入公式(2)

$\left\{\begin{array}{c}V=\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{L}_i\×L_j\×h_{ij}\\ L_i=L_j=L\\ h_{ij}=h(x,y,t)\end{array}\right.---\left(2\right)$

进行叠加得到贮箱内液体体积V，其中L_i和L_j分别为每一像素区域长和宽，h_ij为液面各点距离贮箱底部的高度。结合非线性动力学相关技术，可得到液体晃动的频率、模态、阻尼等重要相关参数。已知条纹中心法位移测量灵敏度可以达到条纹间距的10％。本实施例中，条纹频率为0.66line/mm，迭代步长为0.166mm，静止时水面深度为25.23mm，由公式(1)可得，液面高度测量灵敏度优于4.0μm。根据圆柱形贮箱内液体体积不变的原则，透明圆柱形贮箱内液体体积为99.89ml，液面各点高度已通过本方法测得，可计算出各个时刻的液体体积。表1为不同时刻贮箱内计算所得液体体积及其误差、相对误差，平均相对误差仅为4.0％，说明了本发明所发展的方法和系统的有效性和可靠性。

表1不同时刻贮箱内计算所得液体体积及其误差、相对误差

实施例四

如图6所示，是本申请实施例四所述的一种贮箱液体推进剂液面形貌与剂量动态测量系统，包括：液面变形标定单元601，图像采集单元602、透射条纹畸变位移处理单元603、三相界面高度分析单元604、液面动态形貌处理单元605以及液体晃动特性分析单元606；其中，

液面变形标定单元601，与所述图像采集单元602相耦接，用于将正交条纹图置于所述贮箱中被测液面的底部，并在该贮箱侧壁沿周向和高度方向设置正交刻度标线，调整在该贮箱周围两两对称设置的四个规格相同的反射镜位置和角度，将所述反射镜所在平面与该正交条纹图呈45度角，所述反射镜下边缘均与所述正交条纹图处于同一平面，且所述反射镜与贮箱侧壁之间留有间距；平行光照亮正交条纹图，其反射光经过液面后形成透射条纹；同时，通过所述反射镜，以两两对称方式反射该贮箱侧壁的所述正交刻度标线。

所述图像采集单元602，分别与液面变形标定单元601、透射条纹畸变位移处理单元603以及三相界面高度分析单元604相耦接，用于采集所述贮箱内被测液面晃动时不同时刻的所述被测液面的所述透射条纹和正交刻度标线，分别生成该被测液面的变形透射条纹图像数据和自由液位图像数据分别发送至所述透射条纹畸变位移处理单元603和三相界面高度分析单元604。

所述透射条纹畸变位移处理单元603，与所述图像采集单元602和液面动态形貌处理单元605相耦接，用于对各时刻的所述变形透射条纹图像数据进行透射条纹畸变位移处理，获取透射条纹每一时刻在该正交条纹图平面内条纹主方向上的位移量。

所述三相界面高度分析单元604，与所述图像采集单元602和液面动态形貌处理单元605相耦接，用于根据所述自由液位图像数据，在所述被测液面与所述贮箱内壁的接触线上选取多个液位散点，由所述贮箱内壁预置的周向刻度标线标定出各所述液位散点的高度，并对各所述液位散点的高度进行插值处理，生成所述被测液位的精确高度值。

所述液面动态形貌处理单元605，分别与所述透射条纹畸变位移处理单元603、三相界面高度分析单元604以及液体晃动特性分析单元606相耦接，用于将每一时刻的所述被测液位的精确高度值和对应该时刻的所述透射条纹的位移量进行迭代处理，生成每一条所述透射条纹的离面变形位移量，将所述离面变形位移量叠加后生成所述被测液面各时刻的多组全场变形数据，对所述多组全场变形数据进行数值加权平均处理，生成各时刻所述贮箱内液体晃动液面动态全场变形的结果数据发送至所述液体晃动特性分析单元606。

所述液体晃动特性分析单元606，与所述液面动态形貌处理单元605相耦接，用于根据不同时刻所述贮箱内液体晃动液面动态全场变形的结果数据生成所述贮箱内的所述被测液体的剩余体积数据，将该结果数据和剩余体积数据输出。

对于本实施例中的所述贮箱液体推进剂液面形貌与剂量动态测量系统而言，可以具体化为如图2或3所示的实验系统，其中，

在实际应用时，所述液面变形标定单元601包括：液面变形载体和液位标定载体，其中，所述液面变形载体可以是一张印制或粘附(或放置)于贮箱底部特制的正交条纹图，该液面变形载体为半透明的具有预先标定正交条纹主方向(如：在平面上建立xoy坐标系后标定x、y两个方向，正交条纹主方向分别与x轴、y轴平行)的正交条纹，液面变形载体还具有较高漫反射率和部分透光性，同时也能为侧壁表面的正交刻度标线提供光源；液位标定载体可以是分别沿贮箱侧壁周向和高度方向精确印制或绘制的具有一定间距的充当位置坐标标尺和高度标尺的正交刻度标线。

所述正交条纹图可以根据应用需要设计成一张具有特定频率和大小的半透明的正交条纹图，将其印制或粘附(或放置)于贮箱底部；正交刻度标线可以采用精确印制或绘制的方式设置于所述贮箱内壁，且正交刻度标线具有一定间距，该正交刻度标线作为位置坐标标尺和高度标尺。所述贮箱中盛有待测的半透明液体，为提高采集效果，可以在所述正交条纹图正下方布置直流无频闪、光照均匀柔和且光强足够的平行光源。

在如图2或3所示的实验系统中，所述液面动态形貌处理单元605，具体用于分别对采集的每一时刻的所述变形透射条纹图像数据中的透射条纹进行透射条纹畸变位移处理，并在所述正交条纹图平面内预置一xoy坐标系，获取所述透射条纹在每一时刻在x轴和y轴方向的位移量；以及通过对各所述液面散点的高度进行一维像素插值处理，标定出每一时刻所述被测液面与所述贮箱内壁的接触线上每一个像素点所对应的液位的精确高度值。

在如图2或3所示的实验系统中，所述液体晃动特性分析单元606，具体用于对晃动液体晃动特性参数进行分析，通过上述得到的不同时刻液面各点离面变形的位移进行叠加得到贮箱内液体体积，进一步结合非线性动力学相关技术，可得到液体晃动的频率、模态、阻尼等重要相关参数。

进一步地，图像采集单元602可以是布置在贮箱正上方的单个高速CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)、CCD(Charge-coupledDevice，电荷耦合元件，即图像传感器)相机和/或具有将图像转变为数字信号功能的图像捕获设备。

在本实施例中，所述液面动态形貌处理单元605可以是CPU(CentralProcessingUnit，中央处理器)、GPU(GraphicProcessingUnit，图形处理器)和/或具有数据处理功能的芯片。

同样，所述液体晃动特性分析单元606也可以是CPU(CentralProcessingUnit，中央处理器)、GPU(GraphicProcessingUnit，图形处理器)和/或具有数据处理功能的芯片。

与现有技术相比，本申请所述的一种液面微形貌测量方法和系统，达到了如下效果：

1)本申请针对飞行器贮箱内液体的整体非线性晃动，结合了透射条纹法与三相界面液位高度分析技术、能够实现贮箱内液体晃动液面动态变形全场测量，在液面测量过程中，可以仅使用一台高速相机，避免了两台高速相机采集难以同步的情况，并且可获得多个方向液位高度信息，可进行多个方向迭代计算以提高测量精度和灵敏度，有效解决了针对液面晃动时进行液面测量只能在高速同步条件下进行，并且不能获得多个方向液位信息进行多方向迭代计算的问题。

2)本申请不但可以得到液面变形全场形貌，而且通过所测液面每一点真实高度可得到液体晃动贮箱内剩余液体体积，结合非线性动力学等相关技术，可以分析计算出晃动液体的频率、模态、阻尼和等重要相关参数，为进一步液体非线性晃动动力学研究、液体大幅晃动与结构运动耦合问题、液体燃料管理的相关研究、推进剂贮箱的设计、航天器姿态调整与控制以及减少因晃动问题导致的事故的发生，保证飞行器正常服役等工作具有重要指导意义。

3)本申请在进行液面测量时减少所需设备，使得结构紧凑，简单易行，经济实用。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种贮箱液体推进剂液面形貌与剂量动态测量方法，其特征在于，包括：

将正交条纹图置于所述贮箱中被测液面的底部，并在该贮箱侧壁沿周向和高度方向设置正交刻度标线，调整在该贮箱周围两两对称设置的四个规格相同的反射镜位置和角度，将所述反射镜所在平面与该正交条纹图呈45度角，所述反射镜下边缘均与所述正交条纹图处于同一平面，且所述反射镜与贮箱侧壁之间留有间距；平行光照亮正交条纹图，其反射光经过液面后形成透射条纹；同时，通过所述反射镜，以两两对称方式反射该贮箱侧壁的所述正交刻度标线；

采集所述贮箱内被测液面晃动时不同时刻的所述被测液面的所述透射条纹和正交刻度标线，分别生成该被测液面的变形透射条纹图像数据和自由液位图像数据；

对各时刻的所述变形透射条纹图像数据进行透射条纹畸变位移处理，获取透射条纹每一时刻在该正交条纹图平面内条纹主方向上的位移量；

根据所述自由液位图像数据，在所述被测液面与所述贮箱内壁的接触线上选取多个液位散点，由所述贮箱内壁预置的周向刻度标线标定出各所述液位散点的高度，并对各所述液位散点的高度进行插值处理，生成所述被测液位的精确高度值；

将每一时刻的所述被测液位的精确高度值和对应该时刻的所述透射条纹的位移量进行迭代处理，生成每一条所述透射条纹的离面变形位移量，将所述离面变形位移量叠加后生成所述被测液面各时刻的多组全场变形数据，对所述多组全场变形数据进行数值加权平均处理，生成各时刻所述贮箱内液体晃动液面动态全场变形的结果数据；

根据不同时刻所述贮箱内液体晃动液面动态全场变形的结果数据生成所述贮箱内的所述被测液体的剩余体积数据，将该结果数据和剩余体积数据输出。

2.如权利要求1所述的贮箱液体推进剂液面形貌与剂量动态测量方法，其特征在于，对各时刻的所述变形透射条纹图像数据进行透射条纹畸变位移处理，获取透射条纹每一时刻在该正交条纹图平面内条纹主方向上的位移量，进一步为：

分别对采集的每一时刻的所述变形透射条纹图像数据中的透射条纹进行透射条纹畸变位移处理，并根据在所述正交条纹图平面内预先标定的正交条纹的主方向，获取所述透射条纹在每一时刻在正交条纹主方向上的位移量。

3.如权利要求1所述的贮箱液体推进剂液面形貌与剂量动态测量方法，其特征在于,对各所述液位散点的高度进行插值处理，生成所述被测液位的精确高度值，进一步为：

通过对各所述液面散点的高度进行一维像素插值处理，标定出每一时刻所述被测液面与所述贮箱内壁的接触线上每一个像素点所对应的液位的精确高度值。

4.如权利要求2所述的贮箱液体推进剂液面形貌与剂量动态测量方法，其特征在于,将每一时刻的所述被测液位的精确高度值和对应该时刻的所述透射条纹的位移量进行迭代处理，生成每一条所述透射条纹的离面变形位移量，进一步为：

将每一时刻的所述被测液位的精确高度值作为迭代初值，并结合对应该时刻的所述透射条纹的位移量进行迭代处理，生成每一条所述透射条纹分别沿所述正交条纹主方向的正反方向的液面剖面上变形液面的离面变形位移量。

5.如权利要求4所述的贮箱液体推进剂液面形貌与剂量动态测量方法，其特征在于,将所述离面变形位移量叠加后生成所述被测液面各时刻的多组全场变形数据，进一步为：

将正交条纹主方向上的所述液面剖面的所述液面离面变形的位移叠加后生成所述被测液面各时刻的分别沿所述正交条纹主方向的正反方向的四组全场变形数据。

6.一种贮箱液体推进剂液面形貌与剂量动态测量系统，其特征在于，包括：液面变形标定单元、图像采集单元、透射条纹畸变位移处理单元、三相界面高度分析单元、液面动态形貌处理单元以及液体晃动特性分析单元；其中，

所述液面变形标定单元，与所述图像采集单元相耦接，用于将正交条纹图置于所述贮箱中被测液面的底部，并在该贮箱侧壁沿周向和高度方向设置正交刻度标线，调整在该贮箱周围两两对称设置的四个规格相同的反射镜位置和角度，将所述反射镜所在平面与该正交条纹图呈45度角，所述反射镜下边缘均与所述正交条纹图处于同一平面，且所述反射镜与贮箱侧壁之间留有间距；平行光照亮正交条纹图，其反射光经过液面后形成透射条纹；同时，通过所述反射镜，以两两对称方式反射该贮箱侧壁的所述正交刻度标线；

所述图像采集单元，用于采集所述贮箱内被测液面晃动时不同时刻的所述被测液面的所述透射条纹和正交刻度标线，分别生成该被测液面的变形透射条纹图像数据和自由液位图像数据；

所述透射条纹畸变位移处理单元，与所述图像采集单元和液面动态形貌处理单元相耦接，用于对各时刻的所述变形透射条纹图像数据进行透射条纹畸变位移处理，获取透射条纹每一时刻在该正交条纹图平面内条纹主方向上的位移量；

所述三相界面高度分析单元，与所述图像采集单元和液面动态形貌处理单元相耦接，用于根据所述自由液位图像数据，在所述被测液面与所述贮箱内壁的接触线上选取多个液位散点，由所述贮箱内壁预置的周向刻度标线标定出各所述液位散点的高度，并对各所述液位散点的高度进行插值处理，生成所述被测液位的精确高度值；

所述液面动态形貌处理单元，分别与所述透射条纹畸变位移处理单元、三相界面高度分析单元以及液体晃动特性分析单元相耦接，用于将每一时刻的所述被测液位的精确高度值和对应该时刻的所述透射条纹的位移量进行迭代处理，生成每一条所述透射条纹的离面变形位移量，将所述离面变形位移量叠加后生成所述被测液面各时刻的多组全场变形数据，对所述多组全场变形数据进行数值加权平均处理，生成各时刻所述贮箱内液体晃动液面动态全场变形的结果数据发送至所述液体晃动特性分析单元；

所述液体晃动特性分析单元，与所述液面动态形貌处理单元相耦接，用于根据不同时刻所述贮箱内液体晃动液面动态全场变形的结果数据生成所述贮箱内的所述被测液体的剩余体积数据，将该结果数据和剩余体积数据输出。

7.如权利要求6所述的贮箱液体推进剂液面形貌与剂量动态测量系统，其特征在于,所述透射条纹畸变位移处理单元，进一步用于分别对采集的每一时刻的所述变形透射条纹图像数据中的透射条纹进行透射条纹畸变位移处理，并根据在所述正交条纹图平面内预先标定的正交条纹主方向，获取所述透射条纹在每一时刻在正交条纹主方向上的位移量。

8.如权利要求6所述的贮箱液体推进剂液面形貌与剂量动态测量系统，其特征在于,所述三相界面高度分析单元，进一步用于通过对各所述液面散点的高度进行一维像素插值处理，标定出每一时刻所述被测液面与所述贮箱内壁的接触线上每一个像素点所对应的液位的精确高度值。

9.如权利要求7所述的贮箱液体推进剂液面形貌与剂量动态测量系统，其特征在于,所述液面动态形貌处理单元，进一步用于将每一时刻的所述被测液位的精确高度值作为迭代初值，并结合对应该时刻的所述透射条纹的位移量进行迭代处理，生成每一条所述透射条纹分别沿所述正交条纹主方向的正反方向的液面剖面上变形液面的离面变形位移量。

10.如权利要求9所述的贮箱液体推进剂液面形貌与剂量动态测量系统，其特征在于,所述液面动态形貌处理单元，进一步用于将各方向的所述液面剖面的所述液面离面变形的位移叠加后生成所述被测液面各时刻的分别沿所述正交条纹主方向的正反方向的四组全场变形数据，对所述四组全场变形数据进行数值加权平均处理，生成各时刻所述贮箱内液体晃动液面动态全场变形的结果数据，并根据此结果数据生成所述贮箱内的所述被测液体的剩余体积数据。