CN114701658A - 一种飞机舵面防抖测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种飞机舵面防抖测量系统及方法，包括图像采集模块和角度测量模块，图像采集模块包括布置在被测舵面及附近机身上的靶标点和拍摄相机，拍摄相机前后两次拍摄机身靶标点和被测舵面靶标点，记录两次靶标点的法向量；角度测量模块基于两次靶标点的法向量构造旋转矩阵，并将该旋转矩阵作为抖动修正矩阵，通过求解所述抖动修正矩阵后，可获得被测舵面的向量夹角，作为偏转角。该方法通过设置靶标点，从而计算飞机震动时舵面的偏移角度，然后再在双目测量系统中将该偏移角度考虑在飞机舵面测试过程中所产生的误差中，从而使得双目测量系统削弱飞机启动时存在的稳定震动的影响和引起小角度偏移的舵面短时剧烈震动影响来提高测量精度。

Description

一种飞机舵面防抖测量系统及方法

技术领域

本发明涉及航空设备技术领域，尤其涉及一种飞机舵面防抖测量系统及方法。

背景技术

在测量飞机舵面时，精度是第一要素。若要达到足够的精度，就不得不去削弱产生误差的因素。显而易见的是，当飞机启动时，自身会产生一个较为稳定的震动，而由于双目视觉系统是远离舵面的测量装置，因此飞机运行过程中的震动会在一定程度上影响飞机的舵面的角度测量。当飞机舵面进行偏转时，也会导致舵面产生一个较为剧烈的震动，该震动也会对舵面角度的测量产生一定的影响。关于周围环境的震动，由于飞机和测量系统处在相同的环境中，因此可以认为该震动双方共同拥有，可以忽略不计。

根据以上的分析，可以得出一个结论：削弱飞机启动时存在的稳定震动的影响和引起小角度偏移的舵面短时剧烈震动影响可提高精度。因此为保证双目视觉系统具有足够的精度，需要设计一套防抖算法来消除抖动对舵面角度测量的影响。舵面角度测试，就是在飞机出厂前，测试飞机的舵面机械转动结构是否达标。本次测试就是对飞机的角度进行精准测试，然后把数据展示在界面上，作为舵面机械转动是否合格的判定依据，同时存储到数据库中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种飞机舵面防抖测量系统及方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种飞机舵面防抖测量系统，所述飞机舵面防抖测试系统基于双目视觉系统，包括图像采集模块和角度测量模块，所述图像采集模块包括布置在被测舵面和所述被测舵面附近机身上的靶标点，还包括拍摄相机，所述拍摄相机前后两次拍摄机身靶标点和被测舵面靶标点，并分别记录两次靶标点的法向量；所述角度测量模块基于两次靶标点的法向量构造旋转矩阵，并将该旋转矩阵作为抖动修正矩阵，通过求解所述抖动修正矩阵后，可获得被测舵面的向量夹角，作为偏转角。

优选的，所述拍摄相机前后两次拍摄机身靶标点和舵面靶标点，并分别记录两次靶标点的法向量，具体包括：

第一次拍摄时获取的机身靶标点所组成的平面法向量作为基准平面的零面法向量P1，将获取的舵面靶标点组成的平面的法向量作为被测舵面的零面法向量P2，保存上述两个法向量作为旋转前向量；

第二次拍摄时再次同时获取机身上的基准面靶标和被测舵面靶标，解算出基准平面的旋转面法向量Q1，被测舵面的旋转面法向量Q2。

优选的，所述角度测量模块基于获取到的基准平面旋转前后两次靶标点的法向量P1和Q1，构造旋转矩阵，并将该旋转矩阵作为抖动修正矩阵；

将旋转后的被测舵面的旋转面法向量Q2乘以所述抖动修正矩阵，得到被测舵面理论上没有抖动发生时的旋转面法向量，并将其作为修正后的被测舵面的旋转面法向量Q2’；

将修正过后的被测舵面的旋转面法向量Q2’与被测舵面的零面法向量P2点乘可得偏转角的角度，叉乘可得正负；

将修正过后的被测舵面的旋转面法向量Q2’与被测舵面的零面法向量P2求夹角，即为被测舵面的偏转角θ。

优选的，该系统还包括用户管理模块和数据查看模块，所述用户管理模块用于管理登录人员的权限以及登录过程，所述数据查看模块用于输入数据采集模块所获取的数据参数以及输出角度测量模块所计算得到的计算结果。

本发明的另一个目的在于提供一种飞机舵面防抖测量方法，包括以下步骤：

S1，在被测舵面以及被测舵面附近固定的机身上分别设置两组靶标点；

S2，待飞机被测舵面旋转至零位，采用双目视觉系统的图像采集模块对设置的靶标点进行第一次拍照，并记录两组靶标点的坐标向量，即基准平面的零面法向量P1，被测舵面的零面法向量P2；

S3，待飞机被测舵面旋转至指定位置，再次采用双目视觉系统对设置的靶标点进行第二次拍照，再次记录两组靶标点的坐标向量，即基准面的旋转面法向量Q1，被测舵面的旋转面法向量Q2；

S4，基于前后两次的坐标向量P1和Q1，计算得到抖动修正矩阵；

S5，将旋转后的被测舵面的旋转面法向量Q2乘以抖动修正矩阵，得到理论上的没有抖动的向量Q’；

将修正过后的被测舵面的旋转面法向量Q’与被测舵面的零面法向量P2叉乘可得正负，点乘可求夹角，即为被测舵面的偏转角θ。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种飞机舵面防抖测量系统及方法，该方法通过设置靶标点，从而计算飞机震动时舵面的偏移角度，然后再在双目测量系统中将该偏移角度考虑在飞机舵面测试过程中所产生的误差中，从而使得双目测量系统削弱飞机启动时存在的稳定震动的影响和引起小角度偏移的舵面短时剧烈震动影响来提高测量精度。

附图说明

图1是实施例2中提供的飞机舵面防抖测量方法流程图；

图2是实施例2中提供的舵面角度测量中未添加去除抖动时的测试数据；

图3是实施例2中提供的舵面角度测量中添加去除抖动时的测试数据；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例提供了一种飞机舵面防抖测量系统，所述飞机舵面防抖测试系统基于双目视觉系统，包括图像采集模块和角度测量模块，所述图像采集模块包括布置在被测舵面和所述被测舵面附近机身上的靶标点，还包括拍摄相机，所述拍摄相机前后两次拍摄机身靶标点和被测舵面靶标点，并分别记录两次靶标点的法向量；所述角度测量模块基于两次靶标点的法向量构造旋转矩阵，并将该旋转矩阵作为抖动修正矩阵，通过求解所述抖动修正矩阵后，可获得被测舵面的向量夹角，作为偏转角。

本实施例中，所述拍摄相机前后两次拍摄机身靶标点和舵面靶标点，并分别记录两次靶标点的法向量，具体包括：

第一次拍摄时获取的机身靶标点所组成的平面法向量作为基准平面的零面法向量P1，将获取的舵面靶标点组成的平面的法向量作为被测舵面的零面法向量P2，保存上述两个法向量作为旋转前向量；

第二次拍摄时再次同时获取机身上的基准面靶标和被测舵面靶标，解算出基准平面的旋转面法向量Q1，被测舵面的旋转面法向量Q2。

本实施例中的所述角度测量模块基于获取到的基准平面旋转前后两次靶标点的法向量P1和Q1，构造旋转矩阵，并将该旋转矩阵作为抖动修正矩阵；

将旋转后的被测舵面的旋转面法向量Q2乘以所述抖动修正矩阵，得到被测舵面理论上没有抖动发生时的旋转面法向量，并将其作为修正后的被测舵面的旋转面法向量Q2’；

将修正过后的被测舵面的旋转面法向量Q2’与被测舵面的零面法向量P2点乘可得偏转角的角度，叉乘可得正负；

将修正过后的被测舵面的旋转面法向量Q2’与被测舵面的零面法向量P2求夹角，即为被测舵面的偏转角θ。

本实施例中的测量系统还包括用户管理模块和数据查看模块，所述用户管理模块用于管理登录人员的权限以及登录过程，所述数据查看模块用于输入数据采集模块所获取的数据参数以及输出角度测量模块所计算得到的计算结果。

实施例2

本实施例提供一种飞机舵面防抖测量方法，基于实施例1中的一种飞机舵面防抖测量系统实现，如图1所示，包括以下步骤：

S1，在被测舵面以及被测舵面附近固定的机身上分别设置两组靶标点，一组作为基准，在实际中作为基准的靶标应贴在飞机不动(基准)的舵面上，为了准确粘贴九个；另一组作为测量用，作为测量用的靶标应贴在需测量的移动舵面上，为了准确粘贴九个，基准靶标点和测量用靶标点一一对应；

S2，待飞机被测舵面旋转至零位，采用双目视觉系统的图像采集模块对设置的靶标点进行第一次拍照，并记录两组靶标点的坐标向量，即基准平面的零面法向量P1，被测舵面的零面法向量P2；

S3，待飞机被测舵面旋转至指定位置，再次采用双目视觉系统对设置的靶标点进行第二次拍照，再次记录两组靶标点的坐标向量，即基准面的旋转面法向量Q1，被测舵面的旋转面法向量Q2；

S4，基于前后两次的坐标向量P1和Q1，计算得到抖动修正矩阵；

S5，将旋转后的被测舵面的旋转面法向量Q2乘以抖动修正矩阵，得到理论上的没有抖动的向量Q’；

将修正过后的被测舵面的旋转面法向量Q’与被测舵面的零面法向量P2叉乘可得正负，点乘可求夹角，即为被测舵面的偏转角θ。

本实施例中采用的向量计算原理如下：

假设两个法向量为P和Q，根据点积定义：

P·Q＝|P||Q|cosθ

先得出向量P和Q之间的夹角为：

由空间向量知识可知，两向量的叉乘定义为：

H＝P×Q＝(P_yQ_z-P_zQ_y)i+(P_zQ_x-P_xQ_z)j+(P_xQ_y-P_yQ_x)k

由上可得出旋转轴H(P_yQ_z-P_zQ_y，P_zQ_x-P_xQ_z，P_xQ_y-P_yQ_x)，其单位向量为N；两向量的变换可以表述为向量P绕旋转轴N转动角θ即为向量Q，带入罗德里格旋转公式，可得出两向量的旋转矩阵R：

在进行舵面测试时，当不采用本实施例中提供的测量方法得到的舵面测试结果如图2所示，由试验数据可知，当舵面的偏转范围小于20度时，测量偏差精度小于0.1；当舵面的偏转范围大于20度不大于30度时，测量偏差精度为0.2左右，角度测量效果一般。

当采用本实施例中的测量方法得到的舵面测试结果如图3所示，通过以上实验数据可以发现，当偏转角度在30度以内的偏差精度范围全部小于0.05，通过和去抖之前的数据进行比较，使用去抖算法之后，达到了非常好的角度测量效果，极大地提高了测量准确度。

通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：

本发明提供了一种飞机舵面防抖测量系统及方法，该方法通过设置靶标点，从而计算飞机震动时舵面的偏移角度，然后再在双目测量系统中将该偏移角度考虑在飞机舵面测试过程中所产生的误差中，从而使得双目测量系统削弱飞机启动时存在的稳定震动的影响和引起小角度偏移的舵面短时剧烈震动影响来提高测量精度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种飞机舵面防抖测量系统，其特征在于，所述飞机舵面防抖测试系统基于双目视觉系统，包括图像采集模块和角度测量模块，所述图像采集模块包括布置在被测舵面和所述被测舵面附近机身上的靶标点，还包括拍摄相机，所述拍摄相机前后两次拍摄机身靶标点和被测舵面靶标点，并分别记录两次靶标点的法向量；所述角度测量模块基于两次靶标点的法向量构造旋转矩阵，并将该旋转矩阵作为抖动修正矩阵，通过求解所述抖动修正矩阵后，可获得被测舵面的向量夹角，作为偏转角。

2.根据权利要求1所述的飞机舵面防抖测量系统，其特征在于，所述拍摄相机前后两次拍摄机身靶标点和舵面靶标点，并分别记录两次靶标点的法向量，具体包括：

第一次拍摄时获取的机身靶标点所组成的平面法向量作为基准平面的零面法向量P1，将获取的舵面靶标点组成的平面的法向量作为被测舵面的零面法向量P2，保存上述两个法向量作为旋转前向量；

第二次拍摄时再次同时获取机身上的基准面靶标和被测舵面靶标，解算出基准平面的旋转面法向量Q1，被测舵面的旋转面法向量Q2。

3.根据权利要求2所述的飞机舵面防抖测量系统，其特征在于，所述角度测量模块基于获取到的基准平面旋转前后两次靶标点的法向量P1和Q1，构造旋转矩阵，并将该旋转矩阵作为抖动修正矩阵；

将旋转后的被测舵面的旋转面法向量Q2乘以所述抖动修正矩阵，得到被测舵面理论上没有抖动发生时的旋转面法向量，并将其作为修正后的被测舵面的旋转面法向量Q2’；

将修正过后的被测舵面的旋转面法向量Q2’与被测舵面的零面法向量P2点乘可得偏转角的角度，叉乘可得正负；

将修正过后的被测舵面的旋转面法向量Q2’与被测舵面的零面法向量P2求夹角，即为被测舵面的偏转角θ。

4.根据权利要求1所述的飞机舵面防抖测量系统，其特征在于，该系统还包括用户管理模块和数据查看模块，所述用户管理模块用于管理登录人员的权限以及登录过程，所述数据查看模块用于输入数据采集模块所获取的数据参数以及输出角度测量模块所计算得到的计算结果。

5.一种飞机舵面防抖测量方法，基于权利要求1-4任一所述的飞机舵面防抖测量系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1，在被测舵面以及被测舵面附近固定的机身上分别设置两组靶标点；

S2，待飞机被测舵面旋转至零位，采用双目视觉系统的图像采集模块对设置的靶标点进行第一次拍照，并记录两组靶标点的坐标向量，即基准平面的零面法向量P1，被测舵面的零面法向量P2；

S3，待飞机被测舵面旋转至指定位置，再次采用双目视觉系统对设置的靶标点进行第二次拍照，再次记录两组靶标点的坐标向量，即基准面的旋转面法向量Q1，被测舵面的旋转面法向量Q2；

S4，基于前后两次的坐标向量P1和Q1，计算得到抖动修正矩阵；

S5，将旋转后的被测舵面的旋转面法向量Q2乘以抖动修正矩阵，得到理论上的没有抖动的向量Q’；

将修正过后的被测舵面的旋转面法向量Q’与被测舵面的零面法向量P2叉乘可得正负，点乘可求夹角，即为被测舵面的偏转角θ。

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