单相机迎角测量中振动影响研究

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaMar．252013V01．34No．3525．532ISSN1000-6893CN11—1929／Vhttp：／／hkxbbuaa．edu．cnhkxb@buaaeduCR单相机迎角测量中振动影响研究孙岩1’*，姚海艳2，张征宇11．中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室，四川绵阳6210002．四川I九洲电器集团有限责任公司，四川I绵阳621000摘要：从描述像空间坐标与物理空间坐标关系的共线方程出发，推导出单相机迎角测量中模型迎角关于相机外方位元素的计算公式。

2、在单相机迎角测量中模型表面标记点展向坐标y不变的假设下，研究了2m量级风洞中，相机位于5个不同位置时，3个角外方位元素(P，m，*)和模型侧滑角卢在一2。～2。之间振动对迎角测量结果的影响。模拟结果表明：妒和*的振动对迎角测量结果影响较大，且该影响对相机位置和模型迎角的变化不敏感；在相机位于法向投影位置(相机光轴与y轴平行)时，u与p的振动对迎角测量结果影响非常小，可以忽略，但影响量随相机位置偏离法向投影位置迅速增加。关键词：单相机测量；迎角；侧滑角；振动；共线方程中图分类号：V211．7文献标识码：A文章编号：1000—6893(2013)03—052

3、5—08模型迎角的准确测量是获取精准风洞试验数据的关键技术u。4j。为了提高风洞试验中模型迎角的测量精准度，国内外研究者开展了广泛的风洞模型迎角非接触光学测量技术¨141研究，包括单相机测量、双相机测量及多相机测量技术。双相机及多相机测量技术由于风洞中相机振动造成图像匹配困难[1“13]，系统复杂，多应用于振动较小的低速风洞或连续式风洞测量[15。16I，而单相机测量由于系统结构简单和技术实施容易被应用于风洞试验中的各种测量¨。7J，如迎角测量和模型变形测量等，在精确标定的情况下可以得到比较理想的测量结果。但单相机测量技术中，由于相机数目的原因，使得方程

4、的个数小于未知数的个数，要使得方程可以求解，必须假定待测点某个坐标已知E56]。在迎角测量试验中，迎角变化时，模型表面待测点的展向坐标不变，可以在试验前静态测量得到待测点的展向坐标并假设其在试验过程中不变。由于气流脉动和冲击作用，试验过程中，相机和模型都会发生振动，模型的纵向振动不影响该假设的成立，但模型的横向振动使得该假设不再成立，从而引入了测量误差。单相机测量试验中为了计算模型表面待测点的三维坐标，相机的方位在试验前通过标定得到，并假设在试验过程中相机方位不变，但相机的振动会改变相机方位及相机和模型之间的相对方位关系，从而改变被测点的三维坐标测量，影

5、响模型迎角的测量结果。国外风洞多为连续式风洞，风洞的振动和冲击较小，在采用单相机进行测量时没有考虑相机和模型振动造成的影响；但国内风洞多为暂冲式风洞，风洞振动和来流速压都较国外连续式风洞大很多Ll”12]，因此振动对于迎角测量结果的影响收稿日期：2012—04—23：退修日期：2012-05-29；录用日期：2012—06—11；网络出版时间：2012．06—2115：18网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／11．1929．V．201206211518009．html基金项目：国家自然科学基金(51075385)*通讯作者Tel：

6、0816-7067916E-mail：supersunyan@163com礅甩格式ISunY，YaoHY，ZhangZY．Vibration加fluenceresearchonsinglecamerameasurementofangleofattack，ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．2013．34(3)：525-532．羚岩．姚海艳．张征宇单相机迎角莉量中振动影响研究航空学报．2013．34(3)：525—532航空学报变得不可忽视，研究振动对模型迎角测量结果的影响及如何降低振动影响具有重要的工程实用价值。本文从

7、描述像空间坐标与物理空间坐标关系的共线方程式出发，推导迎角计算关于相机姿态的表达式，结合某一特定量级风洞的迎角，研究相机振动和模型振动对迎角测量结果的影响规律，并对振动造成的误差进行分析，提出减少误差提高数据测量精度的建议。1共线方程与模型迎角计算描述物体二维像空间坐标与三维物理空间坐标之间关系的共线方程式为口73z砩一，口ll(X—X。)+日2l(y—Y。)+口31(z—Z。)。倪13(X—X。)+n23(y—Y。)+n33(Z—Z。)

8、a33(Z—Z。)(1)式中：z和y为物体点在像平面上成像的像点坐标；z，和y。