CN114910241B - 一种用于风洞模型姿态测量的风洞坐标系转换方法 - Google Patents

一种用于风洞模型姿态测量的风洞坐标系转换方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114910241B
CN114910241B CN202210839958.4A CN202210839958A CN114910241B CN 114910241 B CN114910241 B CN 114910241B CN 202210839958 A CN202210839958 A CN 202210839958A CN 114910241 B CN114910241 B CN 114910241B
Authority
CN
China
Prior art keywords
model
wind tunnel
coordinate system
test
registration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210839958.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114910241A (zh
Inventor
张雪
赵荣奂
尚金奎
李玉军
衷洪杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AVIC Shenyang Aerodynamics Research Institute
Original Assignee
AVIC Shenyang Aerodynamics Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by AVIC Shenyang Aerodynamics Research Institute filed Critical AVIC Shenyang Aerodynamics Research Institute
Priority to CN202210839958.4A priority Critical patent/CN114910241B/zh
Publication of CN114910241A publication Critical patent/CN114910241A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114910241B publication Critical patent/CN114910241B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M9/00—Aerodynamic testing; Arrangements in or on wind tunnels
    • G01M9/06—Measuring arrangements specially adapted for aerodynamic testing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64F—GROUND OR AIRCRAFT-CARRIER-DECK INSTALLATIONS SPECIALLY ADAPTED FOR USE IN CONNECTION WITH AIRCRAFT; DESIGNING, MANUFACTURING, ASSEMBLING, CLEANING, MAINTAINING OR REPAIRING AIRCRAFT, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; HANDLING, TRANSPORTING, TESTING OR INSPECTING AIRCRAFT COMPONENTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B64F5/00—Designing, manufacturing, assembling, cleaning, maintaining or repairing aircraft, not otherwise provided for; Handling, transporting, testing or inspecting aircraft components, not otherwise provided for
    • B64F5/60—Testing or inspecting aircraft components or systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C1/00—Measuring angles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)

Abstract

一种用于风洞模型姿态测量的风洞坐标系转换方法，属于空气动力学试验领域。本发明包括步骤1.立体视觉系统布置；步骤2.进行立体视觉系统的标定；步骤3.基准状态测量；步骤4.点云粗配准；步骤5.点云精配准；步骤6.模型姿态测量。该方法无需在试验准备过程中控制风洞角度机构带动试验模型作任何姿态变化，只需要将模型置于0°俯仰、0°滚转、0°偏航的基准安装状态，通过测量该状态下的模型表面标记点三维坐标，通过与试验模型的数模坐标进行点云配准，即可解算获得立体视觉系统相机坐标系与风洞坐标系的变换关系，从而实现模型三维欧拉姿态角的测量。

Description

一种用于风洞模型姿态测量的风洞坐标系转换方法
技术领域
本发明涉及一种用于风洞模型姿态测量的风洞坐标系转换方法，属于空气动力学试验领域。
背景技术
现代飞行器设计的精细化对风洞试验数据精准度要求越来越高，随着风洞口径增大，相应的模型尺寸和气动载荷也同步增大，试验中模型及其支撑系统的弹性角日益明显：模型弹性角可高达2.42°、承受的气动载荷高达数吨、J7模型（歼-7）测量过程中角度测量误差所引起的阻力系数误差约占总阻力系数的25%。因此准确地测量模型的实际姿态角是提高气动分析数据准确度的重要因素。
风洞中常见的模型连续姿态角控制方式为俯仰角和滚转角控制方式。在试验过程中，模型更多的表现为三维姿态变化，尤其是采用单转轴+预偏支杆或双转轴机构等控制方式控制模型姿态变化时，模型会呈现出偏航姿态。常规的角度传感器一般基于固体摆锤原理，测量精度高，但它易受环境温度和模型振动的影响，且仅能测量俯仰角和滚转角，不具备偏航角的测量能力。同时对于某些喷流、CTS、进气道等模型存在严重震动的试验，常规角度传感器等测量设备无法正常工作，不能获得试验过程中真实的模型俯仰角数据。
基于立体视觉的模型三维姿态测量技术以非接触方式测量风洞试验相关信息，具有直观、简洁、不干扰风洞试验流场的优势，能够全面获得试验过程中模型的三维姿态角，弥补了传统测量技术在试验精准度、完整性和应用环境等方面的不足。在风洞中采用立体视觉对模型进行三维姿态角测量时，需要在模型刚体部位控制面上布置特征标记点，根据相机成像原理以及立体视觉视差原理计算获得标记点的三维空间坐标，可以解算模型的刚体变换关系。然而这些标记点的三维空间坐标是建立在相机坐标系下的，直接进行刚体变换旋转矩阵的欧拉角解算，得到的并不是模型机构的三维欧拉姿态角。因此风洞模型姿态测量的风洞坐标系转换，是基于立体视觉的模型三维姿态测量的重要技术手段。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术的不足，获得试验模型在风洞坐标系下的三维欧拉姿态角，实现俯仰角、偏航角和滚转角的全面测量能力，本发明提供了一种用于风洞模型姿态测量的风洞坐标系转换方法，在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。
本发明的技术方案：
一种用于风洞模型姿态测量的风洞坐标系转换方法，包括以下步骤：
步骤1.立体视觉系统布置
在试验前根据试验模型条件状态与风洞现场安装条件，将相机布置在试验段光学窗口外侧，使得立体视觉系统中相机具有公共视场，且公共视场对准模型的刚体部位；
步骤2.进行立体视觉系统的标定
采用张正友标定法，使用棋盘格平面标定板实现对立体视觉系统中相机的内外参数、相机间的几何参数进行标定；
步骤3.基准状态测量
将试验模型置于0°俯仰、0°偏航和0°滚转的基准安装状态，并在模型表面布置若干特征标记点，通过立体视觉系统测量基准安装状态下模型表面标记点在相机坐标系下的三维空间坐标
Figure 95173DEST_PATH_IMAGE001
；
步骤4.点云粗配准
将基准安装状态下模型表面标记点在相机坐标系下的三维空间坐标
Figure 894501DEST_PATH_IMAGE001
作为源点云，以试验模型数模坐标
Figure 417887DEST_PATH_IMAGE002
作为目标点云，由于两片点云的初始位置一般相距较远，首先选取试验模型表面非共线的至少三个特征标记点，已知视场范围内模型表面局部特征标记点在相机坐标系下三维空间坐标
Figure 660780DEST_PATH_IMAGE003
，根据其与模型部件、钉孔特征角点的相对位置预估其在数模上的三维坐标
Figure 902406DEST_PATH_IMAGE004
，通过对这三个对应点进行粗配准得到初始配准矩阵[
Figure 239846DEST_PATH_IMAGE005
]，
其中
Figure 883317DEST_PATH_IMAGE006
为3*3的粗配准得到的初始旋转矩阵，
Figure 31533DEST_PATH_IMAGE007
为3*1的初始平移向量；
进行粗配准使两组点云的中心大致重合并使两组点云方向一致，粗配准矩阵满足如下关系式：
Figure 760454DEST_PATH_IMAGE008
采用广义逆矩阵的计算或奇异值分解（SVD）的方式求解[
Figure 901586DEST_PATH_IMAGE005
]。
步骤5.点云精配准
在步骤4进行粗配准后，对两片点云同名区域内的点集进行搜索，采用基于最大似然估计的CPD算法，使用高斯混合模型搜寻概率密度最大似然函数对应的模型参数，得到两片点云
Figure 399563DEST_PATH_IMAGE009
和
Figure 984259DEST_PATH_IMAGE010
之间的精配准关系，获得相机坐标系与试验模型坐标系，即风洞坐标系的变换关系
Figure 997215DEST_PATH_IMAGE011
，其中R表示精配准得到的旋转矩阵，T表示精配准得到的平移向量；
步骤6.模型姿态测量
实时采集模型试验姿态图像，获得视场范围内模型表面局部特征标记点在相机坐标系下的三维空间坐标
Figure 879720DEST_PATH_IMAGE012
，根据步骤5所得的坐标系转换关系
Figure 42324DEST_PATH_IMAGE011
，将
Figure 984872DEST_PATH_IMAGE012
转换至风洞坐标系下得到
Figure 485123DEST_PATH_IMAGE013
，
Figure 249948DEST_PATH_IMAGE014
为试验状态下模型表面标记点在风洞轴系下的三维空间点坐标，由于特征标记点布置在模型刚体部位，计算欧式空间
Figure 456939DEST_PATH_IMAGE015
到
Figure 163864DEST_PATH_IMAGE016
刚体变换过程
Figure 89094DEST_PATH_IMAGE017
，将刚体变换旋转矩阵
Figure 126451DEST_PATH_IMAGE018
转换为欧拉角，即俯仰角
Figure 187948DEST_PATH_IMAGE019
、偏航角
Figure 534616DEST_PATH_IMAGE020
和滚转角
Figure 947143DEST_PATH_IMAGE021
形式：
Figure 788191DEST_PATH_IMAGE022
Figure 969774DEST_PATH_IMAGE023
Figure 221763DEST_PATH_IMAGE024
其中
Figure 121586DEST_PATH_IMAGE025
为旋转矩阵
Figure 497817DEST_PATH_IMAGE018
的元素，
Figure 799485DEST_PATH_IMAGE026
为旋转矩阵的行数，
Figure 956797DEST_PATH_IMAGE027
为旋转矩阵的列数，再将欧拉角转换至模型姿态角——攻角
Figure 812757DEST_PATH_IMAGE028
和侧滑角
Figure 261187DEST_PATH_IMAGE029
，公式如下：
Figure 745258DEST_PATH_IMAGE030
Figure 11155DEST_PATH_IMAGE031
。
优选的：在步骤4中，选取试验模型表面非共线的至少三个特征标记点时，优先选择模型表面部件角点和螺钉孔点附近位置的特征标记点。
优选的：在步骤5中，采用基于最大似然估计的CPD算法，使用高斯混合模型搜寻概率密度最大似然函数对应的模型参数；或者基于最小二乘原理的ICP算法，寻找到邻近点对之后计算出两片点云模型的转换参数，优选CPD算法。
本发明具有以下有益效果：采用本发明的方法后无需在试验准备过程中控制风洞角度机构带动试验模型作任何姿态变化，只需要将模型置于0°俯仰、0°滚转、0°偏航的基准安装状态，通过测量该状态下的模型表面标记点三维坐标即可解算获得立体视觉系统相机坐标系与风洞坐标系的旋转变换关系R，继而将立体视觉系统测量得到的相机坐标系下的模型表面特征三维坐标转换至风洞坐标系下，通过欧式空间的刚体变换实现风洞试验中模型三维姿态的测量。
附图说明
图1为本发明一种用于风洞模型姿态测量的风洞坐标系转换方法的实施流程图；
图2为立体视觉系统结构误差示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
具体实施方式，结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式的一种用于风洞模型姿态测量的风洞坐标系转换方法，首先，在试验前根据试验模型条件状态与风洞现场安装条件，对立体视觉系统结构进行合理化布置，选择合适焦距的镜头，调节焦距与光圈使视场满足测试要求，完成立体视觉系统的相机标定。其次，将试验模型置于0°俯仰、0°滚转、0°偏航的基准安装状态，并在模型表面布置若干特征标记点。通过立体视觉系统测量基准安装状态下模型表面标记点在相机坐标系下的三维空间坐标
Figure 619990DEST_PATH_IMAGE032
。然后，将基准安装状态下模型表面标记点在相机坐标系下的三维空间坐标
Figure 793483DEST_PATH_IMAGE032
作为源点云，以试验模型数模坐标
Figure 617213DEST_PATH_IMAGE033
作为目标点云。由于两片点云的初始位置一般相距较远，首先选取试验模型表面非共线的三个特征标记点，已知其在相机坐标系下三维坐标
Figure 585169DEST_PATH_IMAGE034
，预估其在数模上的三维坐标
Figure 743618DEST_PATH_IMAGE035
，通过对这三点进行粗配准得到初始配准矩阵[
Figure 455222DEST_PATH_IMAGE036
，
Figure 133460DEST_PATH_IMAGE037
]，可以使两组点云的中心大致重合并使两组点云方向大致一致；再次，完成
Figure 272317DEST_PATH_IMAGE038
到
Figure 918062DEST_PATH_IMAGE035
的粗配准后，基于最大似然估计的CPD算法，使用高斯混合模型搜寻概率密度最大似然函数对应的模型参数，从而实现两片点云之间的精配准，将点云
Figure 167778DEST_PATH_IMAGE032
与
Figure 963171DEST_PATH_IMAGE033
两两配准计算后便可得点云坐标的变换参数[
Figure 272929DEST_PATH_IMAGE039
，
Figure 405970DEST_PATH_IMAGE040
]，即得到相机坐标系与风洞坐标系的旋转变换关系。继而将立体视觉系统测量得到的相机坐标系下的模型表面特征三维坐标转换至风洞坐标系下，通过欧式空间的刚体变换实现风洞试验中模型三维姿态的测量。
具体实现过程是：
步骤1：立体视觉系统布置
在试验前根据试验模型条件状态与风洞现场安装条件，对立体视觉系统结构进行合理化布置，将相机布置在试验段光学窗口外侧，使得立体视觉系统中相机具有公共视场，且公共视场对准模型的刚体部位（通常为机身前段），若试验段四周均具备光学窗口，首选侧壁光学窗口，这是因为风洞试验模型的主要姿态角为迎角，而通常光路受限的立体视觉系统，其深度方向误差
Figure 459377DEST_PATH_IMAGE041
相对较大，如图2所示，进行特征点像平面点坐标提取时存在误差，设求取精度为图2中
Figure 112206DEST_PATH_IMAGE042
，则立体视觉系统进行三维重构所得特征点的三维坐标将位于图2中的3D不确定区域内（阴影区域），而不是刚好位于特征点位置。其中
Figure 592866DEST_PATH_IMAGE043
为视平面方向视觉误差，
Figure 947624DEST_PATH_IMAGE041
为深度视觉误差。由图2可知，在相机焦距f、像面点坐标提取精度
Figure 804722DEST_PATH_IMAGE042
不变的情况下，增大基线距B可以有效降低深度视觉误差
Figure 499008DEST_PATH_IMAGE044
，但是实际风洞应用中，受到光学窗口位置的限制，系统基线距B通常较短，两相机光轴（图中垂直于像平面的实线）夹角一般小于60°，故此深度视觉误差
Figure 963619DEST_PATH_IMAGE041
一般大于视平面方向视觉误差
Figure 8935DEST_PATH_IMAGE045
。为尽可能保证迎角的测量精度，选择与其运行方向一致的视场情况。选择合适焦距的镜头，调节焦距与光圈使视场满足测试要求；
步骤2：立体视觉系统的标定
采用张正友标定法，使用棋盘格平面标定板实现对立体视觉系统中相机的内外参数、相机间的几何参数进行标定计算；
步骤3：基准状态测量
将试验模型置于0°俯仰、0°偏航、0°滚转的基准安装状态，并在模型表面布置若干特征标记点，通过立体视觉系统测量基准安装状态下模型表面标记点在相机坐标系下的三维空间坐标
Figure 466461DEST_PATH_IMAGE032
。
步骤4：点云粗配准
将基准安装状态下模型表面标记点在相机坐标系下的三维空间坐标
Figure 15254DEST_PATH_IMAGE032
作为源点云，以试验模型数模坐标
Figure 916345DEST_PATH_IMAGE033
作为目标点云。由于两片点云的初始位置一般相距较远，首先选取试验模型表面非共线的至少三个特征标记点，优先选择模型特殊位置，如模型表面部件角点、螺钉孔点等附近位置的特征标记点。已知视场范围内模型表面局部特征标记点在相机坐标系下三维空间坐标
Figure 183379DEST_PATH_IMAGE038
，根据其与模型部件、钉孔等特征角点的相对位置预估其在数模上的三维坐标
Figure 444596DEST_PATH_IMAGE035
，通过对这三个对应点进行粗配准得到初始配准矩阵
Figure 847895DEST_PATH_IMAGE046
，其中
Figure 940395DEST_PATH_IMAGE047
为3*3的粗配准得到的初始旋转矩阵，
Figure 694725DEST_PATH_IMAGE048
为3*1的初始平移向量。粗配准可以使两组点云的中心大致重合并使两组点云方向大致一致，粗配准矩阵满足如下关系式：
Figure 494054DEST_PATH_IMAGE049
可以采用广义逆矩阵的计算或奇异值分解（SVD）的方式求解
Figure 17439DEST_PATH_IMAGE046
。
步骤5：点云精配准
粗配准后，对两片点云同名区域内的点集进行搜索：可以采用基于最大似然估计的CPD（Coherent point drift）算法，使用高斯混合模型搜寻概率密度最大似然函数对应的模型参数。或者采用基于最小二乘原理的ICP（Iterative closest point）算法，以点与点之间的距离作为目标函数进行迭代，寻找到邻近点对之后计算出两片点云模型的转换参。由此可以得到两片点云
Figure 260332DEST_PATH_IMAGE032
和
Figure 236379DEST_PATH_IMAGE033
之间的精配准关系，即获得相机坐标系与试验模型坐标系即风洞坐标系的变换关系
Figure 839398DEST_PATH_IMAGE050
，其中R表示精配准得到的旋转矩阵，T表示精配准得到的平移向量。
步骤6：模型姿态测量
实时采集模型试验姿态图像，获得视场范围内模型表面局部特征标记点在相机坐标系下的三维空间坐标
Figure 482869DEST_PATH_IMAGE038
，根据步骤5所得的坐标系转换关系
Figure 631085DEST_PATH_IMAGE050
将
Figure 360007DEST_PATH_IMAGE038
转换至风洞坐标系下得到
Figure 438821DEST_PATH_IMAGE051
，
Figure 999115DEST_PATH_IMAGE052
为试验状态下模型表面标记点在风洞轴系下的三维空间点坐标，由于特征标记点布置在模型刚体部位，计算欧式空间
Figure 505183DEST_PATH_IMAGE033
到
Figure 534450DEST_PATH_IMAGE035
刚体变换过程
Figure 416955DEST_PATH_IMAGE053
，将刚体变换旋转矩阵
Figure 831756DEST_PATH_IMAGE054
转换为欧拉角的形式：
Figure 774305DEST_PATH_IMAGE055
Figure 22359DEST_PATH_IMAGE056
Figure 442976DEST_PATH_IMAGE057
再将欧拉角转换至模型姿态角，公式如下：
Figure 977862DEST_PATH_IMAGE058
Figure 825733DEST_PATH_IMAGE059
。
本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (3)

1.一种用于风洞模型姿态测量的风洞坐标系转换方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.立体视觉系统布置
在试验前根据试验模型条件状态与风洞现场安装条件，将相机布置在试验段光学窗口外侧，使得立体视觉系统中相机具有公共视场，且公共视场对准模型的刚体部位；
步骤2.进行立体视觉系统的标定
采用张正友标定法，使用棋盘格平面标定板实现对立体视觉系统中相机的内外参数、相机间的几何参数进行标定；
步骤3.基准状态测量
将试验模型置于0°俯仰、0°偏航和0°滚转的基准安装状态，并在模型表面布置若干特征标记点，通过立体视觉系统测量基准安装状态下模型表面标记点在相机坐标系下的三维空间坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，无需在试验准备过程中控制风洞角度机构带动试验模型作任何姿态变化，只需要将模型置于0°俯仰、0°滚转、0°偏航的基准安装状态，通过测量该状态下的模型表面标记点三维坐标即可解算获得立体视觉系统相机坐标系与风洞坐标系的旋转变换关系R；
步骤4.点云粗配准
将基准安装状态下模型表面标记点在相机坐标系下的三维空间坐标
Figure 215520DEST_PATH_IMAGE001
作为源点云，以试验模型数模坐标
Figure 505687DEST_PATH_IMAGE002
作为目标点云，由于两片点云的初始位置一般相距较远，首先选取试验模型表面非共线的至少三个特征标记点，已知视场范围内模型表面局部特征标记点在相机坐标系下三维空间坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，根据其与模型部件、钉孔特征角点的相对位置预估其在数模上的三维坐标
Figure 635186DEST_PATH_IMAGE004
，通过对这三个对应点进行粗配准得到初始配准矩阵[
Figure 73121DEST_PATH_IMAGE005
]，
其中
Figure 431421DEST_PATH_IMAGE006
为3*3的粗配准得到的初始旋转矩阵，
Figure 294204DEST_PATH_IMAGE007
为3*1的初始平移向量；
进行粗配准使两组点云的中心大致重合并使两组点云方向一致，粗配准矩阵满足如下关系式：
Figure 407653DEST_PATH_IMAGE008
步骤5.点云精配准
在步骤4进行粗配准后，对两片点云同名区域内的点集进行搜索，基于最大似然估计的CPD算法，使用高斯混合模型搜寻概率密度最大似然函数对应的模型参数，得到两片点云
Figure 270567DEST_PATH_IMAGE009
和
Figure 494875DEST_PATH_IMAGE010
之间的精配准关系，获得相机坐标系与试验模型坐标系，即风洞坐标系的变换关系
Figure 743323DEST_PATH_IMAGE011
，其中R表示精配准得到的旋转矩阵，T表示精配准得到的平移向量；
步骤6.模型姿态测量
实时采集模型试验姿态图像，获得视场范围内模型表面局部特征标记点在相机坐标系下的三维空间坐标
Figure 965356DEST_PATH_IMAGE012
，根据步骤5所得的坐标系转换关系
Figure 377883DEST_PATH_IMAGE011
，将
Figure 589903DEST_PATH_IMAGE013
转换至风洞坐标系下得到
Figure 771486DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 898842DEST_PATH_IMAGE015
为试验状态下模型表面标记点在风洞轴系下的三维空间点坐标，由于特征标记点布置在模型刚体部位，计算欧式空间
Figure 798665DEST_PATH_IMAGE016
到
Figure 817305DEST_PATH_IMAGE015
刚体变换过程
Figure 118973DEST_PATH_IMAGE017
，将刚体变换旋转矩阵
Figure 417231DEST_PATH_IMAGE018
转换为俯仰角
Figure DEST_PATH_IMAGE019
、偏航角
Figure 991300DEST_PATH_IMAGE020
和滚转角
Figure DEST_PATH_IMAGE021
形式：
Figure 298785DEST_PATH_IMAGE022
Figure DEST_PATH_IMAGE023
Figure 376331DEST_PATH_IMAGE024
其中，
Figure 173386DEST_PATH_IMAGE025
为旋转矩阵
Figure 719905DEST_PATH_IMAGE026
的元素，i为旋转矩阵的行数，j为旋转矩阵的列数；
再将欧拉角转换至模型姿态角——攻角
Figure 893397DEST_PATH_IMAGE027
和侧滑角
Figure DEST_PATH_IMAGE028
，公式如下：
Figure 359538DEST_PATH_IMAGE029
Figure DEST_PATH_IMAGE030
。
2.根据权利要求1所述的一种用于风洞模型姿态测量的风洞坐标系转换方法，其特征在于：在步骤4中，选取试验模型表面非共线的至少三个特征标记点时，优先选择模型表面部件角点和螺钉孔点附近位置的特征标记点。
3.根据权利要求1所述的一种用于风洞模型姿态测量的风洞坐标系转换方法，其特征在于：在步骤5中，采用基于最大似然估计的CPD算法，使用高斯混合模型搜寻概率密度最大似然函数对应的模型参数；或者基于最小二乘原理的ICP算法，寻找到邻近点对之后计算出两片点云模型的转换参数，优选CPD算法。
CN202210839958.4A 2022-07-18 2022-07-18 一种用于风洞模型姿态测量的风洞坐标系转换方法 Active CN114910241B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210839958.4A CN114910241B (zh) 2022-07-18 2022-07-18 一种用于风洞模型姿态测量的风洞坐标系转换方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210839958.4A CN114910241B (zh) 2022-07-18 2022-07-18 一种用于风洞模型姿态测量的风洞坐标系转换方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114910241A CN114910241A (zh) 2022-08-16
CN114910241B true CN114910241B (zh) 2022-09-30

Family

ID=82772722

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210839958.4A Active CN114910241B (zh) 2022-07-18 2022-07-18 一种用于风洞模型姿态测量的风洞坐标系转换方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114910241B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101699237A (zh) * 2009-11-20 2010-04-28 中国航空工业空气动力研究院 用于风洞模型试验的三维模型姿态角视频测量系统
CN102175416A (zh) * 2011-01-28 2011-09-07 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 风洞试验中模型姿态角测量的多相机动态标定方法
CN109272532A (zh) * 2018-08-31 2019-01-25 中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所 基于双目视觉的模型位姿计算方法
CN111272380A (zh) * 2020-02-24 2020-06-12 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 风洞试验模型位姿视频测量的风轴系自标定方法
CN112489140A (zh) * 2020-12-15 2021-03-12 北京航天测控技术有限公司 姿态测量方法
CN113506376A (zh) * 2021-07-27 2021-10-15 刘秀萍 地面三维点云多尺度闭合差校验拼接方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100567989C (zh) * 2007-09-14 2009-12-09 浙江工业大学 基于全方位视觉的三维风速风向测量装置
CN102680201B (zh) * 2012-05-15 2014-09-24 空气动力学国家重点实验室 基于视频测量的抖振风洞试验方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101699237A (zh) * 2009-11-20 2010-04-28 中国航空工业空气动力研究院 用于风洞模型试验的三维模型姿态角视频测量系统
CN102175416A (zh) * 2011-01-28 2011-09-07 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 风洞试验中模型姿态角测量的多相机动态标定方法
CN109272532A (zh) * 2018-08-31 2019-01-25 中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所 基于双目视觉的模型位姿计算方法
CN111272380A (zh) * 2020-02-24 2020-06-12 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 风洞试验模型位姿视频测量的风轴系自标定方法
CN112489140A (zh) * 2020-12-15 2021-03-12 北京航天测控技术有限公司 姿态测量方法
CN113506376A (zh) * 2021-07-27 2021-10-15 刘秀萍 地面三维点云多尺度闭合差校验拼接方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于立体视觉的风洞模型三维变形与姿态测量技术研究;陈然;《中国博士学位论文全文数据库 基础科学辑》;20200315(第3期);正文第16,19,25-26,61-62页 *
非合作姿态测量中的点云获取与配准方法研究;刘通;《中国博士学位论文全文数据库 工程科技II辑》;20180115(第1期);第39-41页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114910241A (zh) 2022-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110057295B (zh) 一种免像控的单目视觉平面距离测量方法
CN109029299B (zh) 舱段销孔对接转角的双相机测量装置及测量方法
CN104374338B (zh) 一种基于固定相机和单靶标的单轴旋转角的视觉测量方法
CN109297436B (zh) 双目线激光立体测量基准标定方法
CN105486289B (zh) 一种激光摄影测量系统及相机标定方法
CN107067437B (zh) 一种基于多视几何和光束法平差的无人机定位系统及方法
US11985292B1 (en) Residual error mitigation in multiview calibration
CN111220126A (zh) 一种基于点特征和单目相机的空间物体位姿测量方法
CN114993608B (zh) 一种风洞模型三维姿态角测量方法
CN108663043B (zh) 基于单个相机辅助的分布式pos主子节点相对位姿测量方法
CN101377405B (zh) 一种空间圆姿态参数和几何参数的视觉测量方法
CN112229323B (zh) 基于手机单目视觉的棋盘格合作目标的六自由度测量方法及其应用
US12073582B2 (en) Method and apparatus for determining a three-dimensional position and pose of a fiducial marker
CN109974618A (zh) 多传感器视觉测量系统的全局标定方法
CN104167001B (zh) 基于正交补偿的大视场摄像机标定方法
CN111220120A (zh) 一种动平台双目测距自校准方法及装置
CN112634373A (zh) 基于零膨胀陶瓷标定板的视觉测量系统动态校正方法
CN108154535B (zh) 基于平行光管的摄像机标定方法
Yuan et al. A precise calibration method for line scan cameras
CN114001651A (zh) 一种基于双目视觉测量和先验检测数据的大型细长筒类构件位姿原位测量方法
CN109342008B (zh) 基于单应性矩阵的风洞试验模型迎角单相机视频测量方法
CN108257184B (zh) 一种基于正方形点阵合作目标的相机姿态测量方法
CN114777768A (zh) 一种卫星拒止环境高精度定位方法、系统及电子设备
CN112712566B (zh) 基于结构参数在线校正的双目立体视觉传感器测量方法
CN114078163A (zh) 激光雷达与可见光相机的精确标定方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant