Research on attitude measurement technology of free flying model under window distortion correction

Lei CHEN; Yang XU; Xiaobin XU; Tao ZHU; Xiaoyu MA; Fei XIE; Chao HE

doi:10.37188/OPE.20223004.0455

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Research on attitude measurement technology of free flying model under window distortion correction

Information Sciences | 更新时间：2022-02-26

- Research on attitude measurement technology of free flying model under window distortion correction
- Optics and Precision Engineering Vol. 30, Issue 4, Pages: 455-463(2022)
- 作者机构：
  
  中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所，四川绵阳 621000
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.37188/OPE.20223004.0455
  CLC： TP394.1;TH691.9
- Received：02 June 2021，
  
  Revised：13 August 2021，
  
  Published：25 February 2022
- 稿件说明：
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陈磊,徐洋,许晓斌等.窗口玻璃畸变校正下的自由飞模型姿态测量技术研究[J].光学精密工程,2022,30(04):455-463.

CHEN Lei,XU Yang,XU Xiaobin,et al.Research on attitude measurement technology of free flying model under window distortion correction[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(04):455-463.
陈磊,徐洋,许晓斌等.窗口玻璃畸变校正下的自由飞模型姿态测量技术研究[J].光学精密工程,2022,30(04):455-463. DOI： 10.37188/OPE.20223004.0455.

CHEN Lei,XU Yang,XU Xiaobin,et al.Research on attitude measurement technology of free flying model under window distortion correction[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(04):455-463. DOI： 10.37188/OPE.20223004.0455.

摘要

高超声速风洞试验中，模型的姿态信息是试验数据是否可靠的重要判断依据，其测量精度对试验结果有着重要影响。双目视觉测量系统能测量高超声速风洞自由飞试验模型的姿态参数，通常将其放在风洞试验段外，通过试验段壁上窗口玻璃观测试验段内部的模型。然而，窗口玻璃产生的成像畸变将降低系统的测量精度。为此，本文提出了窗口玻璃成像畸变校正下的自由飞模型姿态测量技术。通过对窗口玻璃折射造成像面畸变进行建模，提出基于标记点线性拟合的校正方法，快速减小成像畸变。在此基础上，在

1 m高超声速风洞试验现场搭建了视觉测量系统。试验结果表明：当测量范围为1 m×1 m×1 m时，测量精度优于0.5 mm，并完成了自由飞试验模型六自由度姿态的测量工作，满足气动数据分析的要求。

Abstract

During hypersonic wind tunnel tests， the pose information of a model supports the reliability of the experimental data， and the measurement accuracy of these data has a significant impact on the test results. Binocular vision measurement systems can measure the attitude parameters of free flight test models in a hypersonic wind tunnel. The system is usually placed outside of the wind tunnel test section and observes the model through a glass window situated on a wall of the test section. However， the glass window distorts the image and reduces the measurement accuracy. This paper proposes a measurement method to correct the glass window distortion. By modeling the image surface distortion caused by refraction through the glass window， a correction method is proposed based on the linear fitting of marker points to eliminate the image distortion and improve the measurement accuracy. Moreover， a binocular vision measurement system is developed at the scene of the

1 m hypersonic wind tunnel test， and a six degrees of freedom attitude of a free flight model is successfully measured. The results show that the measuring accuracy was greater than 0.5 mm when the measuring range was 1 m × 1 m × 1 m. Therefore， the system satisfies the requirements of subsequent pneumatic data analysis.

关键词

Keywords

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孙海生，岑飞，聂博文，等 . 水平风洞模型自由飞试验技术研究现状及展望［J］. 实验流体力学， 2011 ， 25 （ 4 ）： 103 - 108 . doi: 10.3969/j.issn.1672-9897.2011.04.020 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1672-9897.2011.04.020

SUN H S ， CEN F ， NIE B W ， et al . Present research status and prospective application of wind-tunnel free-flight test technique ［J］. Journal of Experiments in Fluid Mechanics ， 2011 ， 25 （ 4 ）： 103 - 108 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1672-9897.2011.04.020 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1672-9897.2011.04.020

范洁川 . 风洞试验手册［M］. 北京：航空工业出版社， 2002 .

FAN J C . Handbook of Wind Tunnel Test ［M］. Beijing ： Aviation Industry Press ， 2002 . （in Chinese）

蒋增辉，宋威，鲁伟 . 高速风洞模型自由飞试验技术［J］. 空气动力学学报， 2017 ， 35 （ 5 ）： 680 - 686， 692 . doi: 10.7638/kqdlxxb-2016.0101 http://dx.doi.org/10.7638/kqdlxxb-2016.0101

JIANG Z H ， SONG W ， LU W . High-speed wind tunnel free-flight test technique ［J］. Acta Aerodynamica Sinica ， 2017 ， 35 （ 5 ）： 680 - 686， 692 . （in Chinese） . doi: 10.7638/kqdlxxb-2016.0101 http://dx.doi.org/10.7638/kqdlxxb-2016.0101

李周复 . 风洞特种试验技术［M］. 北京：航空工业出版社， 2010 ： 328 - 353 .

LI Z F . Special Test Technology in Wind Tunnel ［M］. Beijing ： Aviation Industry Press ， 2010 ： 328 - 353 . （in Chinese）

HOLDEN M ， SMOLINSKI G ， MUNDY E ， et al . Experimental studies for hypersonic vehicle design and code validation of unsteady flow characteristics associated with “free flight” shroud and stage seperation， and mode switching ［C］。 46th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit . 07 January 2008 - 10 January 2008， Reno， Nevada. Reston， Virginia ： AIAA ， 2008： 642 .

贾区耀，杨益农，蒋增辉 . 风洞自由飞实验结果的精度、准度［J］. 宇航学报， 2009 ， 30 （ 6 ）： 2082 - 2085 . doi: 10.3873/j.issn.1000-1328.2009.06.005 http://dx.doi.org/10.3873/j.issn.1000-1328.2009.06.005

JIA Q Y ， YANG Y N ， JIANG Z H . The precision and accuracy of wind tunnel free-flight experiment result ［J］. Journal of Astronautics ， 2009 ， 30 （ 6 ）： 2082 - 2085 . （in Chinese） . doi: 10.3873/j.issn.1000-1328.2009.06.005 http://dx.doi.org/10.3873/j.issn.1000-1328.2009.06.005

李桂春 . 风洞试验光学测量方法［M］. 北京：国防工业出版社， 2008 .

LI G C . Optical Instrumentation for Wind Tunnel Testing ［M］. Beijing ： National Defense Industry Press ， 2008 . （in Chinese）

张天姣，汪清，何开锋，等 . 风洞自由飞试验中气动参数辨识准度评价方法研究［J］. 实验流体力学， 2017 ， 31 （ 1 ）： 39 - 46 . doi: 10.11729/syltlx20160148 http://dx.doi.org/10.11729/syltlx20160148

ZHANG T J ， WANG Q ， HE K F ， et al . Research on accuracy assessment method of aerodynamic parameters identified from wind tunnel free-flight test data ［J］. Journal of Experiments in Fluid Mechanics ， 2017 ， 31 （ 1 ）： 39 - 46 . （in Chinese） . doi: 10.11729/syltlx20160148 http://dx.doi.org/10.11729/syltlx20160148

张施豪，吴文启，何晓峰，等 . 基于MEMS陀螺的风洞模型水平姿态动态测量与精度评估［J］. 导航与控制， 2018 ， 17 （ 6 ）： 86 - 93 . doi: 10.3969/j.issn.1674-5558.2018.06.014 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.06.014

ZHANG S H ， WU W Q ， HE X F ， et al . Wind tunnel model horizontal attitude dynamic measurement and precision evaluation based on MEMS gyros ［J］. Navigation and Control ， 2018 ， 17 （ 6 ）： 86 - 93 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1674-5558.2018.06.014 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.06.014

WEISS J . Model vibrations and inertial bias measurement in a transonic wind tunnel test ［C］. 26th AIAA Aerodynamic Measurement Technology and Ground Testing Conference . Seattle， Washington. Reston， Virigina ： AIAA ， 2008 . doi: 10.2514/6.2008-4033 http://dx.doi.org/10.2514/6.2008-4033

宋晋，蒋敏，李睿，等 . 基于MEMS传感器的风洞尾旋姿态测量研究［J］. 计算机测量与控制， 2016 ， 24 （ 12 ）： 1 - 2， 13 . doi: 10.1109/icfst.2017.8210485 http://dx.doi.org/10.1109/icfst.2017.8210485

SONG J ， JIANG M ， LI R ， et al . Attitude measurement of spin in wind tunnel based on MEMS sensor ［J］. Computer Measurement & Control ， 2016 ， 24 （ 12 ）： 1 - 2， 13 . （in Chinese） . doi: 10.1109/icfst.2017.8210485 http://dx.doi.org/10.1109/icfst.2017.8210485

周凡桂，王晓光，高忠信，等 . 双目视觉绳系支撑飞行器模型位姿动态测量［J］. 航空学报， 2019 ， 40 （ 12 ）： 123059 .

ZHOU F G ， WANG X G ， GAO Z X ， et al . Binocular vision-based measurement of dynamic motion for aircraft model suspended by wire system ［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica ， 2019 ， 40 （ 12 ）： 123059 . （in Chinese）

骆敬 . 基于双目视觉的靶场飞行目标位姿测量方法研究［D］. 长沙：国防科技大学， 2017 .

LUO J . Research on Position and Pose Estimation of Flight Target in Range Based on Binocular Vision ［D］. Changsha ： National University of Defense Technology ， 2017 . （in Chinese）

谢明伟，盖文，褚卫华，等 . 基于双目立体视觉的风洞模型姿态测量研究［J］. 测控技术， 2016 ， 35 （ 12 ）： 34 - 37 . doi: 10.3969/j.issn.1000-8829.2016.12.008 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1000-8829.2016.12.008

XIE M W ， GAI W ， CHU W H ， et al . Binocular stereopsis system for model attitude measurement in wind tunnels ［J］. Measurement & Control Technology ， 2016 ， 35 （ 12 ）： 34 - 37 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1000-8829.2016.12.008 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1000-8829.2016.12.008

张建德，陆金桂 . 双目视觉三维数字化测量技术研究［J］. 组合机床与自动化加工技术， 2011 （ 2 ）： 1 - 4， 9 . doi: 10.3969/j.issn.1001-2265.2011.02.001 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1001-2265.2011.02.001

ZHANG J D ， LU J G . Summary of research on binocular stereo vision 3D measurement technique ［J］. Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique ， 2011 （ 2 ）： 1 - 4， 9 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1001-2265.2011.02.001 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1001-2265.2011.02.001

李桂春 . 气动光学［M］. 北京：国防工业出版社， 2006 .

LI G C . Aero-optics ［M］. Beijing ： National Defense Industry Press ， 2006 . （in Chinese）

张广军 . 机器视觉［M］. 北京：科学出版社， 2005 .

ZHANG G J . Machine Vision ［M］. Beijing ： Science Press ， 2005 . （in Chinese）

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