[发明专利]基于悬臂梁理论的光纤光栅机翼形变测量建模及标定方法

说明书

本发明公开一种基于悬臂梁理论的光纤光栅机翼形变测量建模及标定方法，包括：基于悬臂梁理论建立光纤光栅机翼形变测量的标定模型；将机翼依次放置为多个不同的静态形变状态，针对每个状态用高度尺测量机翼相对位移矢量，同时用光纤光栅解调仪记录并计算各测点处的波长变化量；通过线性最小二乘拟合得到机翼形变测量标定模型中的参数值，完成机翼形变测量模型的标定。本发明克服了由于飞机机体结构弹性变形基线动态变化导致的主子IMU相位中心之间的基线存在柔性变化难以精确描述的难题，不需要建立柔性基线随时间变化的动态模型，即可完成机翼形变测量模型标定后计算得到机翼形变位移矢量。

技术领域

本发明涉及的是一种基于悬臂梁理论的光纤光栅机翼形变测量建模及标定方法，属于航空遥感技术领域，可用于基于高精度分布式POS的机载双天线InSAR系统干涉成像。

背景技术

干涉合成孔径雷达(Interferometric Synthetic Aperture Radar，InSAR)技术通过将合成孔径雷达与微波干涉相结合，以不同视角下两幅或者多幅雷达复图像所形成的干涉相位为信息源进行反演而得到地表三维地形及其变化信息。双天线InSAR由主天线和辅天线组成，主辅天线相位中心之间的空间位移矢量(基线)的测量精度是影响InSAR干涉成像精度的关键因素之一，必须对其进行精确测量。

位置和姿态测量系统(Position and Orientation System，POS)是目前获取SAR天线运动参数的主要手段，主要由惯性测量单元(Inertial Measurement Unit，IMU)、全球定位系统(Global Positioning System，GPS)、POS导航计算机和后处理软件组成，IMU通常与SAR天线固定连接，用于测量三维线加速度和三维角速度，通过捷联解算和滤波算法将惯性量测信息同GPS量测信息进行融合，从而连续、实时地获取天线相位中心的位置、速度和姿态等全面的运动参数。分布式POS由一个主POS和多个子IMU组成，主POS由主IMU和GPS组成且与InSAR主天线固定连接，安装于机腹位置。主POS的主IMU和GPS通过惯性/卫星组合导航实现主天线相位中心运动信息的测量；子IMU与InSAR辅天线固定连接，并通过主POS至子IMU传递对准实现辅天线相位中心运动信息的测量。但是，由于主辅天线之间基线的柔性变化过程难以精确描述，使得主POS的位置和速度信息无法准确传递到子IMU，导致基线的测量误差，进而影响InSAR干涉成像精度。

发明内容

针对上述缺陷，本发明提供了一种基于悬臂梁理论的光纤光栅机翼形变测量建模及标定方法，针对机翼形变计算前需要对计算模型进行标定的问题，首先，基于悬臂梁理论建立光纤光栅机翼形变测量的标定模型；其次将机翼依次放置为多个不同的静态形变状态，针对每一状态用高度尺测量并计算机翼相对位移矢量，同时用光纤解调仪记录并计算对应各测点光纤光栅传感器波长的变化量；最后，根据建立的标定模型和测量得到的位移矢量和对应各测点波长变化量，通过线性最小二乘拟合得到机翼形变测量标定模型中的参数值，完成机翼形变测量模型的标定。

为达到上述目的，本发明通过以下技术方案来具体实现：

本发明提供了一种基于悬臂梁理论的光纤光栅机翼形变测量建模及标定方法，包括以下步骤：

步骤一、基于悬臂梁理论建立光纤光栅机翼形变测量的标定模型；

步骤二、将机翼依次放置为多个不同的静态形变状态，针对每个状态用高度尺测量机翼相对位移矢量，同时用光纤光栅解调仪记录并计算各测点处的波长变化量；

步骤三、根据建立的标定模型和测量得到的位移矢量和对应各测点光纤光栅传感器波长变化量，通过线性最小二乘拟合得到机翼形变测量标定模型中的参数值，完成机翼形变测量模型的标定。

步骤一中，包括以下步骤：