CN105550458A - 无人直升机振动对航测吊舱成像影响的建模方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种无人直升机振动对航测吊舱成像影响的建模方法及装置，方法包括：通过无人直升机的特点确定无人直升机的振动源并基于振动源构建无人直升机的振动模型；基于无人直升机上航测吊舱的挂载位置及航测吊舱的减震系统对振动源的减弱作用，确定航测吊舱的振动模型；通过航测吊舱的振动模型确定航测吊舱中相机随航测吊舱的振动情况，并确定航测吊舱的振动引起的相机离焦的程度；基于航测吊舱的振动引起的相机离焦的程度建立振动对航测吊舱成像质量的影响模型。本申请提供的无人直升机振动对航测吊舱成像影响的建模方法及装置能够精确进行图像仿真，提升了成像质量。

Description

无人直升机振动对航测吊舱成像影响的建模方法及装置

技术领域

本发明涉及无人直升机技术领域，尤其涉及一种无人直升机振动对航测吊舱成像影响的建模方法及装置。

背景技术

随着技术的逐渐进步，无人直升机得到了迅速的发展，其正日益成为人们关注的焦点。无人直升机因其具备可垂直起降、空中悬停、朝任意方向飞行、起飞着陆场地小等优势，在民用方面具有大量的应用，如大气监测、交通监控、资源勘探、电力线路巡检、森林防火等方面。上述每种应用都基于无人直升机搭载航测吊舱进行作业。在作业过程中，航测吊舱必然会受到来自无人直升机的振动影响，这使得航测吊舱内的载荷(如可见光载荷)成像时产生像位移动，因此，影响了成像质量。

针对振动对载荷成像质量的研究，航天领域的TDICCD相机研究比较深入。有研究指出卫星上的各种振动频率最大点在第一阶共振频率等共振点附近，即基频为20～40Hz，而高频振动频率可以达到2000Hz以上。还有研究指出通过对OLYMPUS通信卫星和LANDSAT24卫星进行研究发现，卫星颤振的能量主要集中在低频区，对于高频颤振，在一个积分时间内存在一个或几个周期的颤振，这种颤振对像质的影响为MTF为MTF＝J₀(2πfA)，J₀为零阶贝塞尔函数，A是颤振的幅值。由于低频颤振的振幅大于高频颤振的振幅，所以低频颤振通常比高频颤振对像质的影响更为严重。现有的振动分析通过仿真实验或者理论模型推导，如颤振传递函数的数学模型，来计算振动对光学传递函数的影响。

目前针对无人机振动方面的研究尚处于起步阶段。多型无人直升机的振动测试结果表明，无人直升机振动所处的频率区域也主要为低频区域。然而无人直升机与航天器的振动所处环境及振动来源有明显的不同。无人直升机的低频区域的振动振幅比航天器小，并且无人直升机载荷相机为CMOS相机，不同于航天遥感相机。发明人在实现本发明创造的过程中发现：现有技术的方案多针对航天相机成像，而没有专门针对无人直升机振动对航测吊舱成像质量影响方面的方案。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种无人直升机振动对航测吊舱成像影响的建模方法及装置，用以解决现有技术中的方案多针对航天相机，而没有专门针对无人直升机振动对航测吊舱成像质量影响方面的方案的问题，其技术方案如下：

一种无人直升机振动对航测吊舱成像影响的建模方法，包括：

通过无人直升机的特点确定所述无人直升机的振动源并基于所述振动源构建所述无人直升机的振动模型；

基于所述无人直升机上航测吊舱的挂载位置及所述航测吊舱的减震系统对所述振动源的减弱作用，构建所述航测吊舱的振动模型；

通过所述航测吊舱的振动模型确定所述航测吊舱中相机随所述航测吊舱的振动情况，并确定所述航测吊舱的振动引起的相机离焦的程度；

基于所述航测吊舱的振动引起的相机离焦的程度建立振动对所述航测吊舱成像质量的影响模型。

其中，所述通过无人直升机的特点确定所述无人直升机的振动源并基于所述振动源构建所述无人直升机的振动模型，包括：

通过所述无人直升机的特点确定周期性激励振动源，并基于所述周期性激励振动源构建所述无人直升机的周期性激励模型；

确定随机激励振动源并基于所述随机激励振动源构建所述无人直升机的随机性激励模型；

将所述无人直升机的周期性激励模型与所述无人直升机的随机性激励模型进行线性叠加，得到所述无人直升机的振动模型。

其中，所述周期性激励振动源包括四个影响区域的振动源，所述四个影响区域分别为主旋翼影响区域、主转动影响区域、尾旋翼影响区域和尾转动影响区域；

则所述无人直升机的周期性激励模型为：

D(t)＝τ₁·A₁(t)sin(ω₁t)+τ₂·A₂(t)sin(ω₂t)+τ₃·A₃(t)sin(ω₃t)+τ₄·A₄(t)sin(ω₄t)

其中，τ₁·A₁(t)sin(ω₁t)、τ₂·A₂(t)sin(ω₂t)、A₃(t)sin(ω₃t)和τ₄·A₄(t)sin(ω₄t)分别为主旋翼影响区域、主转动影响区域、尾旋翼影响区域和尾转动影响区域的振动源，A(t)为振幅，振幅A(t)是时间的函数，正常工作时为常量，sin(ωt)是时间与转速的函数，τ是振动源能量传递到目标区的衰减系数；

所述无人直升机的随机性激励模型为：

$D\left(t\right)=-\mathrm{\λ}\·\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}\mathrm{\σ}}{e}^{-\frac{x^2}{2{\mathrm{\σ}}^2}}$

其中，λ是振动源能量传递到目标区的衰减系数，x为随机激励的相对位移，σ为振动位移的均方根值。

其中，所述无人直升机的主旋翼影响区为所述相机的挂载区域，所述航测吊舱的振动受所述主旋翼影响区域和所述主转动影响区域的影响；

则所述航测吊舱的振动模型为：

D(t)＝κ₁·τ₁·A₁(t)sin(ω₁t)+κ₂·τ₂·A₂(t)sin(ω₂t)

其中，κ₁和κ₂为所述航测吊舱所引起的振幅变化。

其中，所述航测吊舱的振动引起的相机离焦包括：由所述周期性激励振动源引起的相机离焦以及由所述随机激励振动源引起的相机离焦；

则所述周期性激励振动源的振动对所述航测吊舱成像质量的影响模型为：

$MTF\left(f\right)=2\frac{J_1\left(2\mathrm{\π}bf\right)}{2\mathrm{\π}bf}$

其中， $b=\mathrm{\α}\·\frac{D\left(t\right)}{2F}=\mathrm{\α}\·\frac{{\mathrm{\κ}}_1\·{\mathrm{\τ}}_1\·A_1\left(t\right)sin\left({\mathrm{\ω}}_{1}t\right)+K_2\·{\mathrm{\τ}}_2\·A_2\left(t\right)sin\left({\mathrm{\ω}}_{2}t\right)}{2F},$ α为载荷的振动幅度对应到所述相机离焦量的衰减系数，F为所述相机的焦距；

所述随机激励振动源的振动对所述航测吊舱成像质量的影响模型为：

$MTF\left(f\right)=e^{-2{\mathrm{\π}}^2{\mathrm{\σ}}^2{f}^2}$

其中，σ为振动位移的均方根值。

一种无人直升机振动对航测吊舱成像影响的建模装置，包括：

第一构建模块，用于通过无人直升机的特点确定所述无人直升机的振动源并基于所述振动源构建所述无人直升机的振动模型；

第二构建模块，用于基于所述无人直升机上航测吊舱的挂载位置及所述航测吊舱的减震系统对所述振动源的减弱作用，构建所述航测吊舱的振动模型；

确定模块，用于通过所述航测吊舱的振动模型确定所述航测吊舱中相机随所述航测吊舱的振动情况，并确定所述航测吊舱的振动引起的相机离焦的程度；

第三模型构建模块，用于基于所述航测吊舱的振动引起的相机离焦的程度建立振动对所述航测吊舱成像质量的影响模型。

其中，所述第一构建模块包括：

周期性激励模型构建子模块，用于通过所述无人直升机的特点确定周期性激励振动源，并基于所述周期性激励振动源构建所述无人直升机的周期性激励模型；

随机性激励模型构建子模块，用于确定随机激励振动源并基于所述随机激励振动源构建所述无人直升机的随机性激励模型；

模型叠加模块，用于将所述无人直升机的周期性激励模型与所述无人直升机的随机性激励模型进行线性叠加，得到所述无人直升机的振动模型。

其中，所述周期性激励振动源包括四个影响区域的振动源，所述四个影响区域分别为主旋翼影响区域、主转动影响区域、尾旋翼影响区域和尾转动影响区域；

则所述无人直升机的周期性激励模型为：

D(t)＝τ₁·A₁(t)sin(ω₁t)+τ₂·A₂(t)sin(ω₂t)+τ₃·A₃(t)sin(ω₃t)+τ₄·A₄(t)sin(ω₄t)

其中，τ₁·A₁(t)sin(ω₁t)、τ₂·A₂(t)sin(ω₂t)、A₃(t)sin(ω₃t)和τ₄·A₄(t)sin(ω₄t)分别为主旋翼影响区域、主转动影响区域、尾旋翼影响区域和尾转动影响区域的振动源，A(t)为振幅，振幅A(t)是时间的函数，正常工作时是个常量，sin(ωt)是时间与转速的函数；τ是振动源能量传递到目标区的衰减系数。

所述无人直升机的随机性激励模型为：

$D\left(t\right)=-\mathrm{\λ}\·\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}\mathrm{\σ}}{e}^{-\frac{x^2}{2{\mathrm{\σ}}^2}}$

其中，λ是振动源能量传递到目标区的衰减系数，x为随机激励的相对位移，σ为振动位移的均方根值。

其中，所述无人直升机的主旋翼影响区为所述相机的挂载区域，所述航测吊舱的振动受所述主旋翼影响区域和主转动影响区域的影响；

则所述航测吊舱的振动模型为：

D(t)＝κ₁·τ₁·A₁(t)sin(ω₁t)+κ₂·τ₂·A₂(t)sin(ω₂t)

其中，κ₁和κ₂为所述航测吊舱所引起的振幅变化。

其中，所述航测吊舱的振动引起的相机离焦包括：由所述周期性激励振动源引起的相机离焦以及由所述随机激励振动源引起的相机离焦；

则所述周期性激励振动源的振动对所述航测吊舱成像质量的影响模型为：

$MTF\left(f\right)=2\frac{J_1\left(2\mathrm{\π}bf\right)}{2\mathrm{\π}bf}$

其中， $b=\mathrm{\α}\·\frac{D\left(t\right)}{2F}=\mathrm{\α}\·\frac{{\mathrm{\κ}}_1\·{\mathrm{\τ}}_1\·A_1\left(t\right)sin\left({\mathrm{\ω}}_{1}t\right)+{\mathrm{\κ}}_2\·{\mathrm{\τ}}_2\·A_2\left(t\right)sin\left({\mathrm{\ω}}_{2}t\right)}{2F},$ α为载荷的振动幅度对应到所述相机离焦量的衰减系数，F为所述相机的焦距；

所述随机激励振动源的振动对所述航测吊舱成像质量的影响模型为：

$MTF\left(f\right)=e^{-2{\mathrm{\π}}^2{\mathrm{\σ}}^2{f}^2}$

其中，σ为振动位移的均方根值。

上述技术方案具有如下有益效果：

本发明提供的无人直升机振动对航测吊舱成像影响的建模方法及装置，专门针对无人直升机并且充分考虑无人直升机的特点而提出，首先通过分析无人直升机的振动源，对无人直升机的振动源进行建模，其次研究航测吊舱在无人直升机的位置及航测吊舱的减震系统对振动源的减弱作用，建立航测吊舱的振动模型，再次进行航测吊舱成像系统的成像分析，最后形成振动对航测吊舱成像质量的影响模型。本发明提供的方法及装置针对无人直升机振动对其搭载的航测吊舱中CMOS可见光相机成像质量的影响构建的模型，能精确地进行图像仿真，提升了成像质量。

附图说明

图1为本发明实施例提供的无人直升机振动对航测吊舱成像影响的建模方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的无人直升机振动对航测吊舱成像影响的建模方法中，通过无人直升机的特点确定无人直升机的振动源，并基于振动源构建无人直升机的振动模型的实现方式的流程示意图；

图3为航测吊舱在无人直升机中的挂载位置示意图；

图4为本发明实施例提供的无人直升机振动对航测吊舱成像影响的建模装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1.示出了本发明实施例提供的一种无人直升机振动对航测吊舱成像影响的建模方法，该方法可以包括：

步骤S101：通过无人直升机的特点确定无人直升机的振动源，并基于振动源构建无人直升机的振动模型。

步骤S102：基于无人直升机上航测吊舱的挂载位置及航测吊舱的减震系统对振动源的减弱作用，建立航测吊舱的振动模型。

步骤S103：通过航测吊舱的振动模型确定航测吊舱中相机随航测吊舱的振动情况，并确定航测吊舱的振动引起的相机离焦的程度。

步骤S104：基于航测吊舱的振动引起的相机离焦的程度建立振动对航测吊舱成像质量的影响模型。

本发明实施例提供的无人直升机振动对航测吊舱成像影响的建模方法，专门针对无人直升机并且充分考虑无人直升机的特点而提出，首先通过分析无人直升机的振动源，对无人直升机的振动源进行建模；其次研究航测吊舱在无人直升机的位置及航测吊舱的减震系统对振动源的减弱作用，建立航测吊舱的振动模型；再次进行航测吊舱成像系统的成像分析，最后形成振动对航测吊舱成像质量的影响模型。本发明实施例提供的方法针对无人直升机振动对其搭载的航测吊舱中CMOS可见光相机成像质量的影响构建的模型，能精确地进行图像仿真，提升了成像质量。

在上述实施例中，无人直升机的振动源可以包括周期性激励振动源和随机激励振动源。

则请参阅图2，示出了通过无人直升机的特点确定无人直升机的振动源，并基于振动源构建无人直升机的振动模型的实现方式的流程示意图，可以包括：

步骤S201：通过无人直升机的特点确定周期性激励振动源，并基于周期性激励振动源构建无人直升机的周期性激励模型。

在本实施例中，无人直升机的周期性激励振动源为多源周期性激励振动源，其单一振动可用正弦函数表达，多源振动为每个振动源的线性叠加。

无人直升机根据位置的不同，可以分为主旋翼影响区域、主转动影响区域、尾旋翼影响区域和尾转动影响区域。相应的，周期性激励振动源包括上述四个影响区域的振动源。

四个振动源产生四种不同频率的正弦，其振幅与频率在正常工作时受到转速及姿态的影响，其中，转速是最主要的影响因素。其振动表达式为：

D(t)＝τ·A(t)sin(ωt)(1)

其中，振幅A(t)是时间的函数，正常工作时为常量，sin(ωt)是时间与转速的函数，τ是振动源能量传递到目标区的衰减系数。

每个区域对应的正弦频率与振幅均受到四个振动源的影响。因此，无人直升机的周期性激励模型为：

D(t)＝τ₁·A₁(t)sin(ω₁t)+τ₂·A₂(t)sin(ω₂t)

(2)

+τ₃·A₃(t)sin(ω₃t)+τ₄·A₄(t)sin(ω₄t)

其中，τ₁·A₁(t)sin(ω₁t)、τ₂·A₂(t)sin(ω₂t)、A₃(t)sin(ω₃t)和τ₄·A₄(t)sin(ω₄t)分别为主旋翼影响区域、主转动影响区域、尾旋翼影响区域和尾转动影响区域的振动源。

步骤S202：确定随机激励振动源并基于随机激励振动源构建无人直升机的随机性激励模型。

除了周期性激励振动源外，随机激励振动源的振动也会造成航测吊舱中相机成像时离焦面的变化，导致成像模糊。经统计研究表明，随机激励振动源的振动的影响函数可用正态函数表示，则无人直升机的随机性激励模型可以表示为：

$D\left(t\right)=-\mathrm{\λ}\·\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}\mathrm{\σ}}{e}^{-\frac{x^2}{2{\mathrm{\σ}}^2}}---\left(3\right)$

其中，λ是振动源能量传递到目标区的衰减系数，x为随机激励的相对位移，σ为振动位移的均方根值。

步骤S203：将无人直升机的周期性激励模型与无人直升机的随机性激励模型进行线性叠加，得到无人直升机的振动模型。

无人直升机的振动的频率为低频区域。无人直升机的振动模型利用多个正弦与单个宽带随机的叠加进行表征。

请参阅图3，示出了航测吊舱在无人直升机中的挂载位置示意图，从图中可以看出，目前，市场上主流的无人直升机的航测吊舱设计在机腹处，采用锁紧组件与机体连接。由于无人直升机起降及空中姿态变化都会产生振动，为减缓吊舱振动往往在设计时增加减振系统。

影响区域在航测吊舱减振系统的低频滤波及低能滤波的作用下，过滤掉振幅小，频率低的影响，同时起到减振的作用，把大振幅的高能量的正弦波振幅变小，但频率保持不变。

无人直升机的主旋翼影响区是相机挂载区域，航测吊舱的振动受主旋翼影响区域和主转动影响区域的影响。则航测吊舱的振动模型为：

D(t)＝κ₁·τ₁·A₁(t)sin(ω₁t)+κ₂·τ₂·A₂(t)sin(ω₂t)(4)

其中，κ₁和κ₂为航测吊舱所引起的振幅变化，即对振动的缓冲作用。

对于随机振动，航测吊舱的减振系统同样会滤掉振幅较小的随机振动。

无人直升机在作业过程中，航测吊舱的振动会直接传递给其中的相机，相机与航测吊舱一起做主旋翼影响的受迫振动。振动对光学系统的影响具体表现为，使物像和焦平面传感器之间发生相对运动，因此，离焦量的大小直接影响成像质量。离焦量可用一阶贝塞尔函数来表示。

另外，无人直升机在作业过程中，航测吊舱所受的其他随机性的激励也会影响物像与焦面传感器之间的随机振动。这种情况下的离焦量可用正态分布函数来表示。

航测吊舱的振动引起的相机离焦包括：由周期性激励振动源引起的相机离焦，以及由随机激励振动源引起的相机离焦。

则周期性激励振动源的振动引起的离焦调制传递函数，即周期性激励振动源的振动对航测吊舱成像质量的影响模型为：

$MTF\left(f\right)=2\frac{J_1\left(2\mathrm{\π}bf\right)}{2\mathrm{\π}bf}---\left(5\right)$

其中， $b=\mathrm{\α}\·\frac{D\left(t\right)}{2F}=\mathrm{\α}\·\frac{{\mathrm{\κ}}_1\·{\mathrm{\τ}}_1\·A_1\left(t\right)sin\left({\mathrm{\ω}}_{1}t\right)+{\mathrm{\κ}}_2\·{\mathrm{\τ}}_2\·A_2\left(t\right)sin\left({\mathrm{\ω}}_{2}t\right)}{2F},$ α为载荷的振动幅度对应到相机离焦量的衰减系数，F为所述相机的焦距；

随机激励振动源的振动引起的离焦调制传递函数，即随机激励振动源的振动对航测吊舱成像质量的影响模型为：

$MTF\left(f\right)=e^{-2{\mathrm{\π}}^2{\mathrm{\σ}}^2{f}^2}---\left(6\right)$

其中，σ为振动位移的均方根值。

本发明实施例提供的无人直升机振动对航测吊舱成像影响的建模方法，首先考虑了无人直升机的四个不同位置的振动，给出了不同位置对航测吊舱的影响模型，该模型更全面的考虑多源振动和随机激励情况，对航测吊舱的成像建模提供更加精确的参考，为后续吊舱挂载方式及位置有指导意义。其次，本发明实施例分析了无人直升机航测吊舱挂载位置，及航测吊舱减振系统对周期性激励和随机激励的减弱作用，并进行了简化估计和建模分析，此模型对航测吊舱的减振系统设计有指导意义。最后，本发明实施例基于无人直升机的振动特性，计算振动经过机体及吊舱减振系统后，其对相机离焦量的影响，并在频域范围进行建模分析，确立了振动通过调制传递函数的数学模型，即振动对航测吊舱成像质量的影响模型。

本发明实施例还提供了一种无人直升机振动对航测吊舱成像影响的建模装置，请参阅图4，示出了该装置的结构示意图，可以包括：第一构建模块401、第二构建模块402、确定模块403和第三模型构建模块404。其中：

第一构建模块401，用于通过无人直升机的特点确定无人直升机的振动源，并基于振动源构建无人直升机的振动模型。

第二构建模块402，用于基于无人直升机上航测吊舱的挂载位置及航测吊舱的减震系统对振动源的减弱作用，构建航测吊舱的振动模型。

确定模块403，用于通过航测吊舱的振动模型确定航测吊舱中相机随航测吊舱的振动情况，并确定航测吊舱的振动引起的相机离焦的程度。

第三模型构建模块404，用于基于航测吊舱的振动引起的相机离焦的程度建立振动对航测吊舱成像质量的影响模型。

本发明实施例提供的无人直升机振动对航测吊舱成像影响的建模装置，首先利用第一构建模块通过分析无人直升机的振动源，对无人直升机的振动源进行建模；其次利用第二构建模块研究航测吊舱在无人直升机的位置及航测吊舱的减震系统对振动源的减弱作用，建立航测吊舱的振动模型；再次利用确定模块403进行航测吊舱成像系统的成像分析，最后利用第三模型构建模块形成振动对航测吊舱成像质量的影响模型。本发明实施例提供的装置针对无人直升机振动对其搭载的航测吊舱中CMOS可见光相机成像质量的影响构建的模型，能精确地进行图像仿真，提升了成像质量。

在上述实施例中，第一构建模块包括：周期性激励模型构建子模块、随机性激励模型构建子模块和模型叠加模块。其中：

周期性激励模型构建子模块，用于通过无人直升机的特点确定周期性激励振动源，并基于周期性激励振动源构建无人直升机的周期性激励模型。

随机性激励模型构建子模块，用于确定随机激励振动源并基于随机激励振动源构建无人直升机的随机性激励模型。

模型叠加模块，用于将无人直升机的周期性激励模型与无人直升机的随机性激励模型进行线性叠加，得到无人直升机的振动模型。

在上述实施例中，无人直升机的周期性激励振动源为多源周期性激励振动源，其单一振动可用正弦函数表达，多源振动为每个振动源的线性叠加。

无人直升机根据位置的不同，可以分为：主旋翼影响区域、主转动影响区域、尾旋翼影响区域和尾转动影响区域。相应的，周期性激励振动源包括上述四个影响区域的振动源。

四个振动源产生四种不同频率的正弦，其振幅与频率在正常工作时受到转速及姿态的影响，其中，转速是最主要的影响因素。其振动表达式为：

D(t)＝τ·A(t)sin(ωt)

其中，振幅A(t)是时间的函数，正常工作时是个常量，sin(ωt)是时间与转速的函数，τ是振动源能量传递到目标区的衰减系数。

每个区域对应的正弦频率与振幅均受到四个振动源的影响。因此，无人直升机的周期性激励模型为：

D(t)＝τ₁·A₁(t)sin(ω₁t)+τ₂·A₂(t)sin(ω₂t)

+τ₃·A₃(t)sin(ω₃t)+τ₄·A₄(t)sin(ω₄t)

其中，τ₁·A₁(t)sin(ω₁t)、τ₂·A₂(t)sin(ω₂t)、A₃(t)sin(ω₃t)和τ₄·A₄(t)sin(ω₄t)分别为主旋翼影响区域、主转动影响区域、尾旋翼影响区域和尾转动影响区域的振动源。

无人直升机的随机性激励模型为：

$D\left(t\right)=-\mathrm{\λ}\·\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}\mathrm{\σ}}{e}^{-\frac{x^2}{2{\mathrm{\σ}}^2}}$

其中，λ是振动源能量传递到目标区的衰减系数，x为随机激励的相对位移，σ为振动位移的均方根值。

在上述实施例中，无人直升机的主旋翼影响区是相机的挂载区域，航测吊舱的振动受主旋翼影响区域和主转动影响区域的影响。则所述航测吊舱的振动模型为：

D(t)＝κ₁·τ₁·A₁(t)sin(ω₁t)+κ₂·τ₂·A₂(t)sin(ω₂t)

其中，κ₁和κ₂为航测吊舱所引起的振幅变化。

在上述实施例中，航测吊舱的振动引起的相机离焦包括：由周期性激励振动源引起的相机离焦以及由随机激励振动源引起的相机离焦。

则周期性激励振动源的振动引起的离焦调制传递函数，即周期性激励振动源的振动对航测吊舱成像质量的影响模型为：

$MTF\left(f\right)=2\frac{J_1\left(2\mathrm{\π}bf\right)}{2\mathrm{\π}bf}$

其中， $b=\mathrm{\α}\·\frac{D\left(t\right)}{2F}=\mathrm{\α}\·\frac{{\mathrm{\κ}}_1\·{\mathrm{\τ}}_1\·A_1\left(t\right)sin\left({\mathrm{\ω}}_{1}t\right)+{\mathrm{\κ}}_2\·{\mathrm{\τ}}_2\·A_2\left(t\right)sin\left({\mathrm{\ω}}_{2}t\right)}{2F},$ α为载荷的振动幅度对应到相机离焦量的衰减系数，F为相机的焦距。

随机激励振动源的振动引起的离焦调制传递函数，即随机激励振动源的振动对航测吊舱成像质量的影响模型为：

$MTF\left(f\right)=e^{-2{\mathrm{\π}}^2{\mathrm{\σ}}^2{f}^2}$

其中，σ为振动位移的均方根值。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所提供的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所提供的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种无人直升机振动对航测吊舱成像影响的建模方法，其特征在于，包括：

通过所述无人直升机的特点确定所述无人直升机的振动源并基于所述振动源构建所述无人直升机的振动模型；

基于所述无人直升机上航测吊舱的挂载位置及所述航测吊舱的减震系统对所述振动源的减弱作用，构建所述航测吊舱的振动模型；

通过所述航测吊舱的振动模型确定所述航测吊舱中相机随所述航测吊舱的振动情况，并确定所述航测吊舱的振动引起的相机离焦的程度；

基于所述航测吊舱的振动引起的相机离焦的程度建立振动对所述航测吊舱成像质量的影响模型。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过无人直升机的特点确定所述无人直升机的振动源并基于所述振动源构建所述无人直升机的振动模型，包括：

通过所述无人直升机的特点确定周期性激励振动源，并基于所述周期性激励振动源构建所述无人直升机的周期性激励模型；

确定随机激励振动源并基于所述随机激励振动源构建所述无人直升机的随机性激励模型；

将所述无人直升机的周期性激励模型与所述无人直升机的随机性激励模型进行线性叠加，得到所述无人直升机的振动模型。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述周期性激励振动源包括四个影响区域的振动源，所述四个影响区域分别为主旋翼影响区域、主转动影响区域、尾旋翼影响区域和尾转动影响区域；

则所述无人直升机的周期性激励模型为：

D(t)＝τ₁·A₁(t)sin(ω₁t)+τ₂·A₂(t)sin(ω₂t)+τ₃·A₃(t)sin(ω₃t)+τ₄·A₄(t)sin(ω₄t)

其中，τ₁·A₁(t)sin(ω₁t)、τ₂·A₂(t)sin(ω₂t)、A₃(t)sin(ω₃t)和τ₄·A₄(t)sin(ω₄t)分别为主旋翼影响区域、主转动影响区域、尾旋翼影响区域和尾转动影响区域的振动源，A(t)为振幅，振幅A(t)是时间的函数，正常工作时为常量，sin(ωt)是时间与转速的函数，τ是振动源能量传递到目标区的衰减系数；

所述无人直升机的随机性激励模型为：

$D\left(t\right)=-\mathrm{\λ}\·\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}\mathrm{\σ}}{e}^{-\frac{x^2}{2{\mathrm{\σ}}^2}},$

其中，λ是振动源能量传递到目标区的衰减系数，x为随机激励的相对位移，σ为振动位移的均方根值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述无人直升机的主旋翼影响区为所述相机的挂载区域，所述航测吊舱的振动受所述主旋翼影响区域和所述主转动影响区域的影响；

则所述航测吊舱的振动模型为：

D(t)＝κ₁·τ₁·A₁(t)sin(ω₁t)+κ₂·τ₂·A₂(t)sin(ω₂t)，

其中，κ₁和κ₂为所述航测吊舱所引起的振幅变化。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述航测吊舱的振动引起的相机离焦包括：由所述周期性激励振动源引起的相机离焦以及由所述随机激励振动源引起的相机离焦；

则所述周期性激励振动源的振动对所述航测吊舱成像质量的影响模型为：

其中， $\begin{array}{c}MTF\left(f\right)=2\frac{J_1\left(2\mathrm{\π}bf\right)}{2\mathrm{\π}bf}\\ b=\mathrm{\α}\·\frac{D\left(t\right)}{2F}=\mathrm{\α}\·\frac{{\mathrm{\κ}}_1\·{\mathrm{\τ}}_1\·A_1\left(t\right)\sin \left({\mathrm{\ω}}_{1}t\right)+{\mathrm{\κ}}_2\·{\mathrm{\τ}}_2\·A_2\left(t\right)\sin \left({\mathrm{\ω}}_{2}t\right)}{2F},\end{array}$

α为载荷的振动幅度对应到所述相机离焦量的衰减系数，F为所述相机的焦距；

所述随机激励振动源的振动对所述航测吊舱成像质量的影响模型为：

$MTF\left(f\right)=e^{-2{\mathrm{\π}}^2{\mathrm{\σ}}^2{f}^2}$

其中，σ为振动位移的均方根值。

6.一种无人直升机振动对航测吊舱成像影响的建模装置，其特征在于，包括：

第一构建模块，用于通过所述无人直升机的特点确定所述无人直升机的振动源并基于所述振动源构建所述无人直升机的振动模型；

第二构建模块，用于基于所述无人直升机上航测吊舱的挂载位置及所述航测吊舱的减震系统对所述振动源的减弱作用，构建所述航测吊舱的振动模型；

确定模块，用于通过所述航测吊舱的振动模型确定所述航测吊舱中相机随所述航测吊舱的振动情况，并确定所述航测吊舱的振动引起的相机离焦的程度；

第三模型构建模块，用于基于所述航测吊舱的振动引起的相机离焦的程度建立振动对所述航测吊舱成像质量的影响模型。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一构建模块包括：

周期性激励模型构建子模块，用于通过所述无人直升机的特点确定周期性激励振动源，并基于所述周期性激励振动源构建所述无人直升机的周期性激励模型；

随机性激励模型构建子模块，用于确定随机激励振动源并基于所述随机激励振动源构建所述无人直升机的随机性激励模型；

模型叠加模块，用于将所述无人直升机的周期性激励模型与所述无人直升机的随机性激励模型进行线性叠加，得到所述无人直升机的振动模型。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述周期性激励振动源包括四个影响区域的振动源，所述四个影响区域分别为主旋翼影响区域、主转动影响区域、尾旋翼影响区域和尾转动影响区域；

则所述无人直升机的周期性激励模型为：

D(t)＝τ₁·A₁(t)sin(ω₁t)+τ₂·A₂(t)sin(ω₂t)+τ₃·A₃(t)sin(ω₃t)+τ₄·A₄(t)sin(ω₄t)

其中，τ₁·A₁(t)sin(ω₁t)、τ₂·A₂(t)sin(ω₂t)、A₃(t)sin(ω₃t)和τ₄·A₄(t)sin(ω₄t)分别为主旋翼影响区域、主转动影响区域、尾旋翼影响区域和尾转动影响区域的振动源，A(t)为振幅，振幅A(t)是时间的函数，正常工作时是个常量，sin(ωt)是时间与转速的函数；τ是振动源能量传递到目标区的衰减系数。

所述无人直升机的随机性激励模型为：

$D\left(t\right)=-\mathrm{\λ}\·\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}\mathrm{\σ}}{e}^{-\frac{x^2}{2{\mathrm{\σ}}^2}}$

其中，λ是振动源能量传递到目标区的衰减系数。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述无人直升机的主旋翼影响区为所述相机的挂载区域，所述航测吊舱的振动受所述主旋翼影响区域和主转动影响区域的影响；

则所述航测吊舱的振动模型为：

D(t)＝κ₁·τ₁·A₁(t)sin(ω₁t)+κ₂·τ₂·A₂(t)sin(ω₂t)

其中，κ₁和κ₂为所述航测吊舱所引起的振幅变化。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述航测吊舱的振动引起的相机离焦包括：由所述周期性激励振动源引起的相机离焦以及由所述随机激励振动源引起的相机离焦；

则所述周期性激励振动源的振动对所述航测吊舱成像质量的影响模型为：

$MTF\left(f\right)=2\frac{J_1\left(2\mathrm{\π}bf\right)}{2\mathrm{\π}bf}$

其中， $b=\mathrm{\α}\·\frac{D\left(t\right)}{2F}=\mathrm{\α}\·\frac{{\mathrm{\κ}}_1\·{\mathrm{\τ}}_1\·A_1\left(t\right)\sin \left({\mathrm{\ω}}_{1}t\right)+{\mathrm{\κ}}_2\·{\mathrm{\τ}}_2\·A_2\left(t\right)\sin \left({\mathrm{\ω}}_{2}t\right)}{2F},$

α为载荷的振动幅度对应到所述相机离焦量的衰减系数，F为所述相机的焦距；

所述随机激励振动源的振动对所述航测吊舱成像质量的影响模型为：

$MTF\left(f\right)=e^{-2{\mathrm{\π}}^2{\mathrm{\σ}}^2{f}^2}$

其中，σ为振动位移的均方根值。