[发明专利]一种基于双目视觉的大柔性无人机机翼翼尖变形测量方法

说明书

本发明提供了一种基于双目视觉的大柔性无人机机翼翼尖变形测量方法。大柔性无人机在飞行过程中机翼翼尖产生较大变形，测量机翼翼尖变形有助于深入研究机翼变形诱发的飞行安全问题。双摄像机分别安装于飞机前支撑杆和机翼前缘表面喷涂编码标识的方案可实现较大翼尖变形测量，对静态图像上所有特征点坐标进行最小二乘法标定内参数和外方位参数，并采取了图像序列积分对图像进行处理达到平滑噪声和图像增强的效果，双目图像进行立体匹配后基于双目视觉原理解算得到翼尖变形相对量。本发明的方法采用非接触测量，不改变机翼固有结构性质和振动特性，能够更好的用于大柔性无人机机翼翼尖高精度大变形测量。

技术领域

本发明涉及一种大柔性无人机机翼翼尖变形在线测量的方法，属于飞行试验测量技术领域。

背景技术

高空长航时无人机具有飞行高度高，飞行时间长，机动灵活的特点，可用于环境监测、信息中继、气象研究、侦察监视、信息支援与对抗等方面，具有广阔的应用前景。高空长航时无人机追求的飞行高度更高，续航时间更长，一方面要求通过提高气动效率降低储能(燃油/燃料/电池)消耗，另一方面要求通过降低无人机结构重量，提高任务载荷和储能装载能力。在高性能指标和轻结构重量要求下，通过提高展弦比降低诱导阻力，展弦比往往是常规运输类飞机的2倍；采用轻质复合材料和精细化结构设计达到减重目的，使得高空长航时无人机机翼柔性大幅增加，容易产生变形和振动，柔性机翼的变形和振动会改变机翼表面的气动载荷分布，弯曲变形会严重影响无人机的稳定性和可控性，扭转变形会使翼尖部分局部攻角失速出现流动分离非线性效应，机翼振动会使气动/结构/控制产生耦合，出现气动弹性与飞行力学的耦合问题，对无人机的飞行安全性提出严重挑战，通过测量机翼翼尖变形和振动，结合结构动力学方程，反演得到全机的机翼变形及振动情况，进而深入研究机翼变形与振动诱发的飞行安全问题。

目前结构变形和振动的测量主要包括接触式测量和非接触式测量，接触式测量方法通过安装传感器贴片，压电陶瓷或加速度计等，会改变柔性机翼的质量和动态性能，会增加机载传感器和线缆的重量，非接触式测量可避免对机翼质量的影响，主要的方法是光学测量方法，包括光电位置传感器和基于机器视觉的方法，光电位置传感器测量范围小，不适用于大展弦比无人机翼尖变形和振动测量。机器视觉测量方法是用摄像机对机翼可视部分进行图像采集和特征点运动坐标测量，不改变机翼的固有结构质量和振动特性，并且测量范围大，可实现多点测量。

因此，大柔性无人机机翼翼尖的变形和振动作为其中的关键测量，研究一种在飞行试验过程中不改变机翼固有结构性质、质量和振动特性并且精度较高的大柔性无人机机翼翼尖变形和振动测量方法至关重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：主要针对接触式变形测量会增加无人机柔性结构的重量、改变结构振动特性、存在较大温度漂移的缺点，提出了一种基于双目视觉的大柔性无人机机翼翼尖变形测量方法，动态测量范围大、测量精度高、温度漂移小、不改变结构重量和振动特性，应用于新型大柔性无人机飞行过程中机翼变形和翼尖振动在线测量。

本发明所采用的技术方案是：一种基于双目视觉的大柔性无人机机翼翼尖变形测量方法，包括步骤如下：

(1)将两个摄像机分别安装于飞机前支撑杆上，靠前的为摄像机1，靠后的为摄像机2，并建立摄像机1坐标系为O₁X₁Y₁Z₁、像平面的坐标位置为O_p1u₁v₁、有效焦距为c₁，摄像机2坐标系为O₂X₂Y₂Z₂、像平面的坐标位置为O_p2u₂v₂、有效焦距为c₂；将摄像机1坐标系作为图像采集坐标系O_sX_sY_sZ_s；