一种非接触式测量发射导轨扰动的方法与流程

本发明涉及飞行器领域，特别涉及一种非接触式测量发射导轨扰动的方法。

背景技术：

飞行器在发射过程中需要沿发射导轨向前运动，发射导轨在运动过程的振动特性直接影响飞行器发射时的初始扰动和发射导轨设计优化。但是发射导轨的振动属于比较小幅度高频率信号，其容易被噪声淹没，用普通方法很难准确测试。

之前比较常用的成熟的方法是在发射导轨不同位置粘贴标识，用高速录像拍摄飞行器发射过程中发射导轨的位置变化，但是用该方法分析发射导轨运动时，由于位移较小，人为读取过程误差较大，测试结果不理想。另一种方法是在发射导轨加装姿态传感器，成本较高，长工作时间时会累积漂移误差；且由于体积、重量较大，容易引起发射导轨运动模态的改变，导致测试数据失真,为此我们提出一种非接触式测量发射导轨扰动的方法，可以有效提高报文数据的传输质量。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种非接触式测量发射导轨扰动的方法，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种非接触式测量发射导轨扰动的方法，包括白板靶、光斑、高速录像、激光路、小型激光器与发射导轨，所述发射导轨的上端固定安装有小型激光器，所述高速录像位于白板靶的的侧前方，所述光斑位于白板靶的外表面，所述激光路的一端位于小型激光器的一侧外表面。

所述小型激光器的一侧外表面设置有激光器转接装置，所述发射导轨的一侧设置有激光器电源。

包括以下步骤：

(s1)将小型激光器通过转接装置粘贴在发射导轨上，转接装置可调整激光器的俯仰、偏航角度；

(s11)在发射导轨前方15m、侧向1.5m处立靶，靶面标出正方形边框线和中心点；

(s12)调整激光器角度，使其光斑在靶面中心成像；

(s13)飞行器发射过程中，拍摄靶面的高速录像；

(s14)以圆形光斑图案为模版，软件自动识别出高速录像每帧中的光斑位置；

(s15)受高速录像拍摄角度影响，靶纸边框成像通常为不规则四边形，因此根据边框线顶点位置对各个时刻光斑位置进行校正；

(s16)利用校正后的光斑高低、方位位置信息，结合靶面与发射导轨的相对位置关系，即可计算出发射导轨俯仰、偏航姿态随时间变化的数据。

其激光器可选用西安华科光电有限公司的db650-40型激光器，光源为红光，在阳光下颜色明显。激光束在15m处成像为红色圆形光斑，边界清晰，直径约6mm。

其激光器电源选用西安华科光电有限公司的lps-4型电源，与db650-40型激光器相匹配，激光器与电源均散热良好，可长时间不间断工作。

其转接装置由武器站技术部设计，试制工厂加工，将激光器可靠、牢固地固定在热像仪配重件上，可在场地布置时大范围调节激光束的俯仰、偏航角度。

其白靶板使用制导与仿真技术部的现有靶板，由三脚架固定，靶纸底色为白色，绘为0.15m×0.15m正方形，在中心等位置有标示，所有图形均为黑色细线，以免干扰图像处理。

其高速录像使用phantomv5.1型彩色高速录像，由三脚架固定，拍摄分辨率为1024pixel×1024pixel，祯频为1000hz，输出数据格式为cin。为了使靶纸中的正方形成像至少达到800pixel×800pixel，高速录像需要近距离拍摄，并加装长焦镜头。

计算机使用高性能台式图形工作站，内存最少4g，视频预处理软件使用phantomcameracontrolsoftware，输出数据格式为无压缩avi。

射导轨扰动测试系统用于提供发射导轨姿态扰动测试功能，性能需求可归纳为以下几点：

1、测量精度

测试系统的姿态测量精度应达到0.15mrad。

2、测量范围

测试系统对俯仰、偏航扰动的量程均应达到±5mrad，且安装角度可调。

3、采样率

测试系统采样率应达到1000hz。

4、尺寸、重量

测试系统应轻型化、小型化，便于储存和运输。需要安装在发射导轨上的部件,必须严格限制尺寸、重量，以免改变发射导轨扰动规律。

5、接口

测试系统不得直接安装在发射导轨内部，相关结构接口不得对发射导轨产生破坏作用。

测试系统可以使用试验现场的市电或发动机供电。

测试系统的安装、摆放，不得影响飞行器发射全过程以及其它测试系统正常工作。激光信息场测试系统无法在全程飞行试验时使用，发射导轨扰动测试系统应满足全程飞行试验时的测试需求。

6、可操作性

测试系统使用前不需要定期维护与标定，现场安装、调试、撤收时间均应较短。使用时应操作简单，试验过程中操作人员不得处于危险区域。

7、安全性

测试系统使用过程中，不得对试验参试人员与设备造成损伤。

8、环境适应性

测试系统可适用于晴天、阴天、野外等多种使用环境。位于发射导轨上的部件，可适应飞行器发射过程的振动、冲击、火光、噪声、烟尘等环境。

9、成本

测试系统的部件应尽可能使用现有产品和货架产品，减少部件研制成本。测试系统的运行、维护成本应较少。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：该一种非接触式测量发射导轨扰动的方法，通过设置的白板靶、光斑、高速录像、激光路、小型激光器与发射导轨，利用激光指向性好、角运动(发射导轨)可放大为线运动(激光光斑)的特点，在发射导轨上安装激光器，激光束照射远处靶板后形成光斑，因此发射导轨姿态扰动可以反映为光斑运动；使用高速录像拍摄靶板，通过图像处理得到光斑运动位置数据，就可以计算出发射导轨姿态扰动数据，通过光学放大原理将微弱信号放大，能够精确测量发射导轨俯仰、偏航通道的姿态扰动情况，且无需对发射导轨进行改造，测试成本低，使用的效果相对于传统方式优异。

附图说明

图1为本发明一种非接触式测量发射导轨扰动的方法的测试布局示意图。

图2为本发明一种非接触式测量发射导轨扰动的方法的发射导轨扰动测试系统组成图。

图3为本发明一种非接触式测量发射导轨扰动的方法的场地布置示意图。

图4为本发明一种非接触式测量发射导轨扰动的方法的转接装置结构示意图。

图5为本发明一种非接触式测量发射导轨扰动的方法的转接装置角度调节方式示意图。

图中：1、白板靶；2、光斑；3、高速录像；4、激光路；5、小型激光器；6、发射导轨。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-5所示，一种非接触式测量发射导轨扰动的方法，包括包括白板靶1、光斑2、高速录像3、激光路4、小型激光器5与发射导轨6，一种非接触式测量发射导轨扰动的方法发射导轨6的上端固定安装有小型激光器5，一种非接触式测量发射导轨扰动的方法高速录像3位于白板靶1的的侧前方，一种非接触式测量发射导轨扰动的方法光斑2位于白板靶1的外表面，一种非接触式测量发射导轨扰动的方法激光路4的一端位于小型激光器5的一侧外表面。

一种非接触式测量发射导轨扰动的方法小型激光器5的一侧外表面设置有激光器转接装置，一种非接触式测量发射导轨扰动的方法发射导轨6的一侧设置有激光器电源。

包括以下步骤：

(s1)将小型激光器5通过转接装置粘贴在发射导轨6上，转接装置可调整激光器的俯仰、偏航角度；

(s11)在发射导轨6前方15m、侧向1.5m处立靶，靶面标出正方形边框线和中心点；

(s12)调整激光器角度，使其光斑2在靶面中心成像；

(s13)飞行器发射过程中，拍摄靶面的高速录像3；

(s14)以圆形光斑2图案为模版，软件自动识别出高速录像3每帧中的光斑2位置；

(s15)受高速录像3拍摄角度影响，靶纸边框成像通常为不规则四边形，因此根据边框线顶点位置对各个时刻光斑2位置进行校正；

(s16)利用校正后的光斑2高低、方位位置信息，结合靶面与发射导轨6的相对位置关系，即可计算出发射导轨6俯仰、偏航姿态随时间变化的数据。

需要说明的是，本发明为一种非接触式测量发射导轨扰动的方法，小型激光器5通过转接装置安装在与发射导轨6固联的转接装置上；在发射导轨6射向前方15m、侧偏1.5m处摆放白板靶1，靶纸中心与激光器等高，靶面垂直于靶纸中心和激光器的连线；激光器电源摆放在发射导轨6旁边，向激光器供电；调整转接装置，使激光光斑2位于靶纸中心；高速录像3摆放在靶板侧前方，避开飞行器飞行区域，拍摄靶纸的画面，高速录像3与靶纸中心等高，高速录像3和靶纸中心的连线与靶面夹角应大于70度；激光器电源和高速录像3均由试验现场供电，靶纸中心的光斑2成像，将小型激光器5通过转接装置粘贴在发射导轨6上，转接装置可调整激光器的俯仰、偏航角度；在发射导轨6前方15m、侧向1.5m处立靶，靶面标出正方形边框线和中心点；调整激光器角度，使其光斑2在靶面中心成像；飞行器发射过程中，拍摄靶面的高速录像3；以圆形光斑2图案为模版，软件自动识别出高速录像3每帧中的光斑2位置；受高速录像3拍摄角度影响，靶纸边框成像通常为不规则四边形，因此根据边框线顶点位置对各个时刻光斑2位置进行校正；利用校正后的光斑2高低、方位位置信息，结合靶面与发射导轨6的相对位置关系，即可计算出发射导轨6俯仰、偏航姿态随时间变化的数据，较为实用。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。