DIC三维光学测量技术作为重要测量手段,其图像记录了飞行目标的轨迹及姿态信息。 过去由于各种条件的限制,通常是将目标作为质点处理,这样只能得到目标的运动轨迹,而难以获得反映飞行目标运动特征的三维姿态参数:俯仰角、偏航角、滚动角、漂移量。

随着计算机应用技术的发展和图像处理技术的进步，应用需求的提高，采用高速数字图像相关DIC技术测量目标三维姿态已经成熟。这种方法可在不增加任何外测设备的条件下,用一台或多台现有光测仪器,通过数字图像处理,DIC动态软件分析处理方法,就可得到三维姿态参数，并且成为光测技术的一个发展方向。

新拓三维XTDIC-STROBE三维动态测量系统，采用两台高速相机来采集图像，获取飞行器飞行过程中的变形分布情况，可记录目标的姿态信息(俯仰角、偏航角、 滚动角、漂移量)，有助于提高飞行可靠性和缩短研发测试周期。

三维姿态测量技术难题

(1)大视场大景深多相机标定难题

旋翼实验尺度大、景深大，传统标定手段难以实现相机精确标定需利用相机成像特点，研究方便可行的大视场多相机标定方法。

(2)高速旋转大倾角弱相关散斑匹配难题

散斑图像跳动范围大;种子点初值获取困难;散斑迭代不收敛，需要研究大视场多尺度的弱相关散斑图像匹配的理论和方法。

(3)旋翼桨叶三维运动姿态及轨迹追踪难题

开口风洞、闭口风洞工况复杂，实验对象多样，未有成熟便捷的姿态解算手段。需研究一种在振动及气流影响下旋翼桨叶运动及轨迹测量方法。

(4)复杂工况下视频测量干扰抑制难题

旋翼实验存在振动、光照、介质折射等干扰，严重影响实验实施及精度保障。

需要进行理论分析和试验验证，进行误差溯源，提出抗干扰方法。

飞行状态下的动态轨迹测量

新拓三维XTDIC-STROBE三维动态测量系统，可对飞行器结构件及机载物在空中飞行状态下轨迹、姿态、位移、变形进行测量。通过将高速摄像机安装在飞机上，机体飞行中实时采集图像，使用DIC软件进行数据分析和处理，输出测量数据结果。

XTDIC-STROBE三维动态测量系统，搭配XTDA三维动态软件可计算出每个标志点在受载时的位移和变形，并可用于低速、高速、超高速风洞模型的变形测量和姿态测量;超音速风洞对柔性机翼模型进行结构动力学测试，获得机翼振动时的位移分布;以及飞机在实际飞行工况下的机翼变形测量。

机载相机抖动干扰排除

采用一种动态定位相机的方法。飞机在飞行过程中，机身各结构件均在无规律振动，机载相机也会随之振动，干扰数字图像相关DIC测量精度。

通过已知的全局控制点，XTDIC-STROBE三维动态测量系统采用空间后方交会方法，实时定位相机，有效消除由相机抖动带来的测量误差。

单像空间后方交会解法，将控制点的像点坐标作为观测值，并求解该像片内、外方位元素的过程。解算外方位元素的单像后方交会，因外方位元素只有6个未知数，至少要3个控制点才可进行计算。单像空间后方交会算法是迭代运算，采用摄影测量中的三角锥算法来计算初值。

DIC相机动态定位

飞行状态下，飞行器结构件在无规律振动，但机身局部刚性件整体的柔性变形，相对于机载相机的刚性移动可忽略不计，设定机身刚性结构件无柔性变形。

相机定位方法如下图所示，如果测量相机视场内可以观测到固定区域的控制点，则使用空 间后方交会方法，直接计算出位移姿态及轨迹测量。

由于飞机上空间的限制，当主测量相机无法同时观测待测目标区域以及固定区域，可采用耦合相机的方法，实现间接定位主测量相机。

相机动态定位

DIC轨迹姿态测量

试飞过程需要精确获得飞行器刚性件的运动轨迹与姿态。针对该类问题，传统测量方法是采用传感器、经纬仪测量或者二维影像跟踪测量，只能粗略地估算出飞行器的运动规律，属定性分析。

飞行数据中，姿态所代表的是目标相对于某特定坐标系3个轴的旋转量。基于空间后方交会方法，XTDIC-STROBE三维动态测量系统可快速解算刚体形心运动轨迹与姿态，通过分析刚体标志点精确解算其三维坐标，反求出刚体坐标系相对于世界坐标系的旋转矩阵和平移矩阵，即姿态与轨迹。

轨迹姿态测量

轨迹姿态测量典型案例

风洞中整机姿态分析

采用XTDIC-STROBE三维动态测量系统，配合高速摄像机，通过观察窗观测风洞中飞行器姿态、变形与局部应变。

直升机旋翼运行状态分析

导弹飞行轨迹姿态分析

XTDIC-STROBE三维动态测量系统，搭配地面高速摄像机，高速拍摄设定观察窗口中目标对象图像，实现弹仓开启受力变形分析，弹体姿态和轨迹追踪测试。

飞机飞行中机翼变形测试

采用多套XTDIC-STROBE三维动态测量系统，分别承担测量检测、共轭消振功能，实现机翼动态变形监测。

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