本发明涉及电子测量技术领域，特别是涉及一种风洞模型姿态角测量系统及测量方法。
背景技术：
风洞模型姿态角测量是指在风洞中测量气流参数和模型气动特性的方法。为了通过风洞实验获得飞行器气动特性的数据，既要正确地测量模型的气动特性，还要正确地测量风洞的气流参数。在一些特殊实验中还有其他要求测量的项目。在风洞测量中广泛使用小型化、高精度的电信号传感器，高速数据采集和实时处理系统。非接触测量方法因不在流场中插入探测仪器，对流场不产生额外干扰，因而得到越来越多的应用。
目前，现有的风洞模型三维姿态角实时测量方法包括：支撑机构名义值代替法、重力加速度传感器测量法、视频图像测量法、超声波测量法。本系统使用的方法是使用惯性测量单元为核心传感器进行测量。然而，上述现有方法均存在各种相应的缺陷，例如：支撑机构名义值代替法对机构与模型的之间由于重力弹性变形，以及气动弹性产生的变形引起的角度误差均无法测量；而重力加速度传感器测量法在测试过程中会受到非重力加速度的干扰从而导致精度低，并且载体运动加速度以及气体扰动产生的加速度均会对测量精度产生影响，侧滑角不能测量。其他方法还存在诸如传感器较分散，对超声传播路径的干扰敏感，受视线传播过程中的折射率的变化因素影响，易受干扰、传感器分散且布点困难等缺陷。
可见，现有技术中存在着针对风洞模型姿态角测量的设备设计不合理而导致的累计误差无法避免，测试结果精确度较低，以及安装布置困难的技术问题。
技术实现要素：
本申请提供一种风洞模型姿态角测量系统及测量方法，用以解决现有技术中存在着针对风洞模型姿态角测量的设备设计不合理而导致的累计误差无法避免，测试结果精确度较低，以及安装布置困难的技术问题。
本申请第一方面提供了一种风洞模型姿态角测量系统包括：
风洞模型，包括风洞数据采集系统，所述风洞数据采集系统用以确定所述风洞模型的初始对准信息及误差信息，所述初始对准信息包括与所述风洞模型对应的初始位置及初始航向角；
惯性测量单元IMU，放置于所述风洞模型内，用以测量基于所述风洞模型而产生的运动参数，所述运动参数包括角速率和加速度参数；
姿态解算设备，与所述惯性测量单元IMU以及所述风洞数据采集系统连接，用以基于所述初始对准信息、所述误差信息、以及所述运动参数计算获得所述风洞模型的姿态角，所述姿态角包括航向角、俯仰角、滚转角、侧滑角、迎角、滚转角；
屏蔽线缆，连接所述姿态解算设备和所述惯性测量单元IMU，用以进行数据收发以及为所述惯性测量单元IMU供电；
连接线缆，连接所述风洞数据采集系统以及所述姿态解算设备，用以向所述风洞数据采集系统发送所述姿态角及所述初始对准信息、所述误差信息。
可选地，所述连接线缆，用以连接电源以为所述风洞模型姿态角测量系统提供电能。
可选地，所述屏蔽线缆，还用以屏蔽所述风洞模型发出的电磁干扰。
可选地，所述系统还包括机构回零装置，用以将系统中当前确定的航向角重置为零位时刻的航向角，和/或将系统中当前的侧滑角重置为零。
另一方面，本申请实施例还提供了一种风洞模型实时姿态角测量方法，应用于如第一方面所述的风洞模型姿态角测量系统，包括：
通过所述风洞数据采集系统确定所述风洞模型的初始对准信息，所述初始对准信息包括与所述风洞模型对应的初始位置及初始航向角；
通过所述惯性测量单元测量获得与所述风洞模型对应的在开始测量的零位时刻的零位运动参数，所述零位运动参数包括所述风洞模型在所述零位时刻的角速率和加速度参数；
所述姿态解算设备基于所述初始对准信息及所述零位运动参数，运算得到所述风洞模型在所述零位时刻的零位姿态角，所述零位姿态角包括所述风洞模型在所述零位时刻的航向角、俯仰角、滚转角；
通过所述惯性测量单元测量获得所述风洞模型的实时运动参数；
通过所述姿态解算设备基于所述零位姿态角、所述实时运动参数计算获得与所述风洞模型的实时姿态角，所述实时姿态角包括实时的航向角、俯仰角、滚转角、侧滑角、迎角、滚转角。
可选地，所述通过所述风洞数据采集系统确定所述风洞模型的初始对准信息，包括：
通过所述姿态解算设备确定所述风洞模型的误差信息，其中，所述误差信息包括所述风洞模型在滚转角方向上的滚转角误差、在迎角方向上的迎角误差，以及所述风洞模型在纵轴与航向角的测量线之间的侧滑角误差；
所述姿态解算设备基于所述零位运动参数及所述初始对准信息进行初始对准运算，得到所述风洞模型在所述零位时刻的零位姿态角，包括：
所述姿态解算设备基于所述零位运动参数、所述误差信息及所述初始对准信息进行初始对准运算，得到所述风洞模型在所述零位时刻的零位姿态角；和/或，
所述通过所述姿态解算设备基于所述零位姿态角、所述实时运动参数计算获得与所述风洞模型对应的实时的实时姿态角，包括：
通过所述姿态解算设备基于所述零位姿态角、所述误差信息及所述实时运动参数计算获得与所述风洞模型对应的实时姿态角。
可选地，所述通过所述风洞数据采集系统确定所述风洞模型的误差信息，包括：
将所述风洞模型设置于预定坐标系中的零位，以使所述风洞模型的迎角、滚转角处于零位附近；
通过高精度测量设备测量确定所述风洞模型的迎角、滚转角以及侧滑角在所述预定坐标系中相较于零位的差值分别为迎角差值、滚转角差值和侧滑角差值；
将所述迎角差值确定为所述迎角误差，将所述滚转角差值确定为所述滚转角误差，且将所述侧滑角差值确定为所述侧滑角误差。
可选地，所述通过所述风洞数据采集系统确定所述风洞模型的误差信息，包括：
将所述风洞模型设置于预定坐标系中的零位，以使所述风洞模型的迎角、滚转角处于零位附近；
通过高精度测量设备测量获得所述风洞模型基于所述预定坐标系的第一迎角、第一滚转角；
在所述第一迎角的改变过程中，通过高精度测量设备测量确定所述第一滚转角随所述第一迎角变化的第一增量，并发送到所述姿态解算设备；
通过所述惯性测量单元IMU获得所述风洞模型基于所述预定坐标系的第二迎角、第二滚转角；
在所述第二滚转角的改变过程中，通过所述惯性测量单元IMU确定所述第二迎角随所述第二滚转角变化的第二增量，并发送到所述姿态解算设备；
通过所述所述姿态解算设备基于所述第一增量及所述第二增量确定所述侧滑角误差。
可选地，所述方法还包括：
在基于所述风洞模型进行测试的测试时长大于等于第一时长后，将所述风洞模型回零，并将所述风洞模型姿态角测量系统当前的航向角重置为所述零位时刻的航向角。
可选地，所述方法还包括：
在基于所述风洞模型进行测试的测试时长大于等于第二时长后，将所述风洞模型回零，风洞模型回零，将所述风洞模型姿态角测量系统当前的侧滑角重置为零。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请实施例中的技术方案可以通过采用屏蔽线缆和连接线缆分别将风洞数据采集系统、惯性测量单元IMU、姿态解算设备进行连接，并通过获得风洞数据采集系统提供的风洞模型的初始对准信息及误差信息，以及惯性测量单元IMU提供的实时角速率和加速度参数，由姿态解算设备计算获得与风洞模型对应的姿态角参数。可见，本申请实施例中的风洞模型姿态角测量系统不仅安装连接方便，并且可以避免测试过程中的累计误差，获得更加精确的风洞模型姿态角测量结果。因此具有提高风洞模型姿态角测量系统安装效率和测量结果精确度的技术效果。
本申请实施例至少还具有如下技术效果或优点：
进一步地，本申请的实施例的技术方案在操作过程中可以采用屏蔽电磁辐射的金属材料作为所述屏蔽线缆的外壳屏蔽层，并将该屏蔽层接地而实现屏蔽电磁干扰。所述屏蔽线缆中的传输电源线可采用多芯并联及加粗设计，从而达到较小的压降效果。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种风洞模型姿态角测量系统的结构图；
图2为本发明实施例提供的一种风洞模型实时姿态角测量方法的流程图。
具体实施方式
本申请提供一种风洞模型姿态角测量系统及测量方法，用以解决现有技术中存在着针对风洞模型姿态角测量的设备设计不合理而导致的累计误差无法避免，测试结果精确度较低，以及安装布置困难的技术问题。
本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
本申请实施例中的技术方案可以通过采用屏蔽线缆和连接线缆分别将风洞数据采集系统、惯性测量单元IMU、姿态解算设备进行连接，并通过获得风洞数据采集系统提供的风洞模型的初始对准信息及误差信息，以及惯性测量单元IMU提供的实时角速率和加速度参数，由姿态解算设备计算获得与风洞模型对应的姿态角参数。可见，本申请实施例中的风洞模型姿态角测量系统不仅安装连接方便，并且可以避免测试过程中的累计误差，获得更加精确的风洞模型姿态角测量结果。因此具有提高风洞模型姿态角测量系统安装效率和测量结果精确度的技术效果。
下面通过附图以及具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
实施例一
请参考图1，本申请实施例一提供一种风洞模型姿态角测量系统，包括：
风洞模型，包括风洞数据采集系统101，所述风洞数据采集系统用以确定所述风洞模型的初始对准信息及误差信息，所述初始对准信息包括与所述风洞模型对应的初始位置及初始航向角；
惯性测量单元IMU102，放置于所述风洞模型内，用以测量基于所述风洞模型而产生的运动参数，所述运动参数包括角速率和加速度参数；
姿态解算设备103，与所述惯性测量单元IMU以及所述风洞数据采集系统连接，用以基于所述初始对准信息、所述误差信息、以及所述运动参数计算获得所述风洞模型的姿态角，所述姿态角包括航向角、俯仰角、滚转角、侧滑角、迎角、滚转角；
屏蔽线缆104，连接所述姿态解算设备和所述惯性测量单元IMU，用以进行数据收发以及为所述惯性测量单元IMU供电；
连接线缆105，连接所述风洞数据采集系统以及所述姿态解算设备，用以向所述风洞数据采集系统发送所述姿态角及所述初始对准信息、所述误差信息。
姿态解算设备103具体可以是通用的中央处理器(CPU)，可以是特定应用集成电路(英文：Application Specific Integrated Circuit，简称：ASIC)，可以是一个或多个用于控制程序执行的集成电路。
进一步的，所述风洞模型姿态角测量系统还可以包括存储器，存储器的数量可以是一个或多个。存储器可以包括只读存储器(英文：Read Only Memory，简称：ROM)、随机存取存储器(英文：Random Access Memory，简称：RAM)和磁盘存储器。
可选地，所述连接线缆105，用以连接电源以为所述风洞模型姿态角测量系统提供电能。在实际操作过程中，所述风洞模型姿态角测量系统也可通过自身携带的储蓄式电池供电，也可通过连接电源插座为系统供电，本领域技术人员可根据需要而自行设置。
可选地，所述屏蔽线缆104，还用以屏蔽所述风洞模型101发出的电磁干扰。在操作过程中可以采用屏蔽电磁辐射的金属材料作为所述屏蔽线缆的外壳屏蔽层，并将该屏蔽层接地而实现屏蔽电磁干扰。所述屏蔽线缆中的传输电源线可采用多芯并联及加粗设计，从而达到较小的压降效果。
可选地，本申请实施例中的风洞模型姿态角测量系统还包括机构回零装置，用以将系统中当前确定的航向角重置为零位时刻的航向角，和/或将系统中当前的侧滑角重置为零。由于惯性测量单元IMU中的陀螺仪存在误差，在实际操作过程中随着测量次数的递增会造成侧滑角的累计误差，而本申请实施例中的风洞模型姿态角测量系统可以通过机构回零装置对侧滑角进行清零，从而保证测量结果的精确度。
由此可见，本申请实施例中的技术方案可以通过采用屏蔽线缆和连接线缆分别将风洞数据采集系统、惯性测量单元IMU、姿态解算设备进行连接，并通过获得风洞数据采集系统提供的风洞模型的初始对准信息及误差信息，以及惯性测量单元IMU提供的实时角速率和加速度参数，由姿态解算设备计算获得与风洞模型对应的姿态角参数，并将相关参数发送到预定设备。可见，本申请实施例中的风洞模型姿态角测量系统不仅安装连接方便，并且可以避免测试过程中的累计误差，获得更加精确的风洞模型姿态角测量结果。因此具有提高风洞模型姿态角测量系统安装效率和测量结果精确度的技术效果。
实施例二
请参考图2，本申请实施例二提供一种风洞模型实时姿态角测量方法，应用于如实施例一种所述的风洞模型姿态角测量系统，包括：
步骤201：通过所述风洞数据采集系统确定所述风洞模型的初始对准信息，所述初始对准信息包括与所述风洞模型对应的初始位置及初始航向角；
步骤202：通过所述惯性测量单元测量获得与所述风洞模型对应的在开始测量的零位时刻的零位运动参数，所述零位运动参数包括所述风洞模型在所述零位时刻的角速率和加速度参数；
步骤203：所述姿态解算设备基于所述初始对准信息及所述零位运动参数，运算得到所述风洞模型在所述零位时刻的零位姿态角，所述零位姿态角包括所述风洞模型在所述零位时刻的航向角、俯仰角、滚转角；
步骤204：通过所述惯性测量单元测量获得所述风洞模型的实时运动参数；
步骤205：通过所述姿态解算设备基于所述零位姿态角、所述实时运动参数计算获得与所述风洞模型的实时姿态角，所述实时姿态角包括实时的航向角、俯仰角、滚转角、侧滑角、迎角、滚转角。
在实际操作过程中，步骤201和步骤202的执行顺序不分先后。
可选地，所述通过所述风洞数据采集系统确定所述风洞模型的初始对准信息，包括：
通过所述姿态解算设备确定所述风洞模型的误差信息，其中，所述误差信息包括所述风洞模型在滚转角方向上的滚转角误差、在迎角方向上的迎角误差，以及所述风洞模型在纵轴与航向角的测量线之间的侧滑角误差；
所述姿态解算设备基于所述零位运动参数及所述初始对准信息进行初始对准运算，得到所述风洞模型在所述零位时刻的零位姿态角，包括：
所述姿态解算设备基于所述零位运动参数、所述误差信息及所述初始对准信息进行初始对准运算，得到所述风洞模型在所述零位时刻的零位姿态角；和/或，
所述通过所述姿态解算设备基于所述零位姿态角、所述实时运动参数计算获得与所述风洞模型对应的实时的实时姿态角，包括：
通过所述姿态解算设备基于所述零位姿态角、所述误差信息及所述实时运动参数计算获得与所述风洞模型对应的实时姿态角。
可选地，所述通过所述风洞数据采集系统确定所述风洞模型的误差信息，包括：
将所述风洞模型设置于预定坐标系中的零位，以使所述风洞模型的迎角、滚转角处于零位附近；
通过高精度测量设备测量确定所述风洞模型的迎角、滚转角以及侧滑角在所述预定坐标系中相较于零位的差值分别为迎角差值、滚转角差值和侧滑角差值；
将所述迎角差值确定为所述迎角误差，将所述滚转角差值确定为所述滚转角误差，且将所述侧滑角差值确定为所述侧滑角误差。
在本申请实施例的技术方案中，所述预定坐标系可以为风洞坐标系。
需要指出的是，本步骤中的迎角和滚转角在所述预定坐标系中相较于零位的差值可以是指分别相较于X轴、Y轴或Z轴的差值，本领域普通技术人员基于现有技术可以非常容易得知相应的误差取值方式，为了说明书的简洁在此就不一一赘述。
可选地，所述通过所述风洞数据采集系统确定所述风洞模型的误差信息，包括：
将所述风洞模型设置于预定坐标系中的零位，以使所述风洞模型的迎角、滚转角处于零位附近；
通过高精度测量设备测量获得所述风洞模型基于所述预定坐标系的第一迎角、第一滚转角；
在所述第一迎角的改变过程中，通过高精度测量设备测量确定所述第一滚转角随所述第一迎角变化的第一增量，并发送到所述姿态解算设备；
通过所述惯性测量单元IMU获得所述风洞模型基于所述预定坐标系的第二迎角、第二滚转角；
在所述第二滚转角的改变过程中，通过所述惯性测量单元IMU确定所述第二迎角随所述第二滚转角变化的第二增量，并发送到所述姿态解算设备；
通过所述所述姿态解算设备基于所述第一增量及所述第二增量确定所述侧滑角误差。
可选地，所述方法还包括：
在基于所述风洞模型进行测试的测试时长大于等于第一时长后，将所述风洞模型回零，并将所述风洞模型姿态角测量系统当前的航向角重置为所述零位时刻的航向角。
可选地，所述方法还包括：
在基于所述风洞模型进行测试的测试时长大于等于第二时长后，将所述风洞模型回零，风洞模型回零，将所述风洞模型姿态角测量系统当前的侧滑角重置为零。
需要指出的是，本申请实施例中的第一时长和第二时长可以是指与系统的累计误差相对应的时长。也就是说，不论在第一时长或者第二时长内测试多少次，只要测试时长达到了所述第一时长或所述第二时长，本申请实施例中的技术方案则会将系统中的航向角或侧滑角进行重置，从而起到消除累计误差的作用。在实际操作过程中，所述第一时长以及所述第二时长可以根据需要而自行设置。
前述图1实施例中的风洞模型姿态角测量系统中的各种变化方式和具体实例同样适用于本实施例的风洞模型实时姿态角测量方法，通过前述对风洞模型姿态角测量系统的详细描述，本领域技术人员可以清楚的知道本实施例中风洞模型实时姿态角测量方法的实施方法，所以为了说明书的简洁，在此不再详述。
由此可见，本申请实施例中的技术方案可以通过采用屏蔽线缆和连接线缆分别将风洞数据采集系统、惯性测量单元IMU、姿态解算设备进行连接，并通过获得风洞数据采集系统提供的风洞模型的初始对准信息及误差信息，以及惯性测量单元IMU提供的实时角速率和加速度参数，由姿态解算设备计算获得与风洞模型对应的姿态角参数。可见，本申请实施例中的风洞模型姿态角测量系统不仅安装连接方便，并且可以避免测试过程中的累计误差，获得更加精确的风洞模型姿态角测量结果。因此具有提高风洞模型姿态角测量系统安装效率和测量结果精确度的技术效果。
本申请实施例至少还具有如下技术效果或优点：
进一步地，本申请的实施例的技术方案在操作过程中可以采用屏蔽电磁辐射的金属材料作为所述屏蔽线缆的外壳屏蔽层，并将该屏蔽层接地而实现屏蔽电磁干扰。所述屏蔽线缆中的传输电源线可采用多芯并联及加粗设计，从而达到较小的压降效果。
本发明实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些借口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
在本发明实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，或者各个单元也可以均是独立的物理模块。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备，例如可以是个人计算机、手机终端、服务器，或网络设备等，或处理器执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：通用串行总线闪存盘(Universal Serial Bus flash drive)、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。进一步地，本申请技术方案中的各个方法步骤可以颠倒，变换先后顺序而依然落入本申请所涵盖的发明范围中。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。