[发明专利]一种高速风洞模型姿态视频测量系统及测量方法

权利要求书

1.一种高速风洞模型姿态视频测量系统，其特征在于包括：风洞标定靶（1）、玻璃观察窗（2）、风洞（3）、飞行器模型（4）、观察窗标定靶（5）、像机支架（6）和视频测量系统像机（7）；

飞行器模型（4）位于风洞（3）内部，通过相机支架（6）调整视频测量系统相机（7）的位置，使得高速风洞吹风过程中飞行器模型（4）上标识点始终处于视频测量系统相机（7）的观测视场内，观察窗标定靶（5）固定在风洞（3）的玻璃观察窗（2）上，风洞标定靶（1）固定在风洞（3）内壁上。

2.根据权利要求1所述的一种高速风洞模型姿态视频测量系统，其特征在于：所述观察窗标定靶（5）和风洞标定靶（1）均位于视频测量系统相机（7）的观测视场内。

3.根据权利要求1所述的一种高速风洞模型姿态视频测量系统，其特征在于：所述相机支架（6）包括万向接头（8）、上支臂（9）、锁紧螺钉（10）、下支臂（11）和底盘（12），其中，万向接头（8）又包括旋转球头（13）、挡环（14）、销子（15）、压紧螺钉（16）和支座（17）；

视频测量系统相机（7）与万向接头（8）之间通过旋转球头（13）上的内螺纹连接，旋转球头（13）的球头部分置于支座（17）的球窝内，挡环（8）在球窝口卡住旋转球头（13），销子（15）将挡环（14）和支座（17）固定在一起；旋转球头（13）通过压紧螺钉（16）锁定在固定的位置；上支臂（9）的一端与支座（17）螺纹连接，上支臂（9）在下支臂（11）中上下滑动和旋转，通过锁紧螺钉（10）固定，底盘（12）为所述相机支架（6）的支撑平台。

4.根据权利要求3所述的一种高速风洞模型姿态视频测量系统，其特征在于：视频测量系统相机（7）的重心通过上支臂（9）调整到下支臂（11）的轴线上。

5.一种基于权利要求1所述高速风洞模型姿态视频测量系统实现的测量方法，其特征在于步骤如下：

（1）将观察窗标定靶（5）固定在所述高速风洞玻璃观察窗（2）的平面上，将视频测量系统相机（7）置于玻璃观察窗（2）外部对所述观察窗标定靶（5）成像，得到观察窗标定靶（5）上标识点在视频测量系统相机坐标系下的三维坐标；

（2）根据步骤（1）中得到的所述三维坐标计算出视频测量系统相机坐标系与所述高速风洞的玻璃观察窗平面所在坐标系之间的空间位置关系，得到坐标系间的转换矩阵；

（3）确定光线经玻璃折射后的折射偏移量；

（4）令视频测量系统相机（7）直接对所述高速风洞（3）内部的飞行器模型（4）进行成像，得到该飞行器模型上标识点在视频测量系统相机坐标系下的三维坐标；

（5）将步骤（3）中得到的折射偏移量叠加到步骤（4）中得到的飞行器模型上标识点的三维坐标上，得到校正后的飞行器模型上标识点的三维坐标值；

（6）令在视频测量系统相机（7）对风洞标定靶（1）进行成像，得到风洞标定靶上标识点在视频测量系统相机坐标系下的三维坐标；

（7）将步骤（3）中得到的折射偏移量叠加到步骤（6）中所述风洞标定靶上标识点的三维坐标上，得到校正后的风洞标定靶上标识点在视频测量系统相机坐标系下的三维坐标值；

（8）根据步骤（7）中得到的所述校正后的三维坐标计算出视频测量系统相机坐标系与高速风洞坐标系之间的空间位置关系，得到坐标系间的转换矩阵；

（9）通过步骤（8）中的坐标系间的转换矩阵，将步骤（5）中得到的校正后的飞行器模型上标识点的三维坐标值转换到风洞坐标系下，进而得到飞行器模型相对于风洞的姿态。