無(wú)人直升機(jī)振動(dòng)對(duì)航測(cè)吊艙成像影響的建模方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無(wú)人直升機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無(wú)人直升機(jī)振動(dòng)對(duì)航測(cè)吊艙成像 影響的建模方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著技術(shù)的逐漸進(jìn)步，無(wú)人直升機(jī)得到了迅速的發(fā)展，其正日益成為人們關(guān)注的 焦點(diǎn)。無(wú)人直升機(jī)因其具備可垂直起降、空中懸停、朝任意方向飛行、起飛著陸場(chǎng)地小等優(yōu) 勢(shì)，在民用方面具有大量的應(yīng)用，如大氣監(jiān)測(cè)、交通監(jiān)控、資源勘探、電力線路巡檢、森林防 火等方面。上述每種應(yīng)用都基于無(wú)人直升機(jī)搭載航測(cè)吊艙進(jìn)行作業(yè)。在作業(yè)過(guò)程中，航測(cè)吊 艙必然會(huì)受到來(lái)自無(wú)人直升機(jī)的振動(dòng)影響，這使得航測(cè)吊艙內(nèi)的載荷(如可見(jiàn)光載荷)成像 時(shí)產(chǎn)生像位移動(dòng)，因此，影響了成像質(zhì)量。
[0003] 針對(duì)振動(dòng)對(duì)載荷成像質(zhì)量的研究，航天領(lǐng)域的TDICCD相機(jī)研究比較深入。有研究 指出衛(wèi)星上的各種振動(dòng)頻率最大點(diǎn)在第一階共振頻率等共振點(diǎn)附近，即基頻為20~40Hz， 而高頻振動(dòng)頻率可以達(dá)到2000Hz以上。還有研究指出通過(guò)對(duì)OLYMPUS通信衛(wèi)星和LANDSAT24 衛(wèi)星進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，衛(wèi)星顫振的能量主要集中在低頻區(qū)，對(duì)于高頻顫振，在一個(gè)積分時(shí)間內(nèi) 存在一個(gè)或幾個(gè)周期的顫振，這種顫振對(duì)像質(zhì)的影響為MTF為MTF = Jo(2JifA)，Jo為零階貝塞 爾函數(shù)，A是顫振的幅值。由于低頻顫振的振幅大于高頻顫振的振幅，所以低頻顫振通常比 高頻顫振對(duì)像質(zhì)的影響更為嚴(yán)重?，F(xiàn)有的振動(dòng)分析通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)或者理論模型推導(dǎo)，如顫 振傳遞函數(shù)的數(shù)學(xué)模型，來(lái)計(jì)算振動(dòng)對(duì)光學(xué)傳遞函數(shù)的影響。
[0004] 目前針對(duì)無(wú)人機(jī)振動(dòng)方面的研究尚處于起步階段。多型無(wú)人直升機(jī)的振動(dòng)測(cè)試結(jié) 果表明，無(wú)人直升機(jī)振動(dòng)所處的頻率區(qū)域也主要為低頻區(qū)域。然而無(wú)人直升機(jī)與航天器的 振動(dòng)所處環(huán)境及振動(dòng)來(lái)源有明顯的不同。無(wú)人直升機(jī)的低頻區(qū)域的振動(dòng)振幅比航天器小， 并且無(wú)人直升機(jī)載荷相機(jī)為CMOS相機(jī)，不同于航天遙感相機(jī)。發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明創(chuàng)造的 過(guò)程中發(fā)現(xiàn):現(xiàn)有技術(shù)的方案多針對(duì)航天相機(jī)成像，而沒(méi)有專門針對(duì)無(wú)人直升機(jī)振動(dòng)對(duì)航 測(cè)吊艙成像質(zhì)量影響方面的方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明提供了一種無(wú)人直升機(jī)振動(dòng)對(duì)航測(cè)吊艙成像影響的建模方法及 裝置，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中的方案多針對(duì)航天相機(jī)，而沒(méi)有專門針對(duì)無(wú)人直升機(jī)振動(dòng)對(duì)航 測(cè)吊艙成像質(zhì)量影響方面的方案的問(wèn)題，其技術(shù)方案如下：
[0006] -種無(wú)人直升機(jī)振動(dòng)對(duì)航測(cè)吊艙成像影響的建模方法，包括：
[0007]通過(guò)無(wú)人直升機(jī)的特點(diǎn)確定所述無(wú)人直升機(jī)的振動(dòng)源并基于所述振動(dòng)源構(gòu)建所 述無(wú)人直升機(jī)的振動(dòng)模型；
[0008]基于所述無(wú)人直升機(jī)上航測(cè)吊艙的掛載位置及所述航測(cè)吊艙的減震系統(tǒng)對(duì)所述 振動(dòng)源的減弱作用，構(gòu)建所述航測(cè)吊艙的振動(dòng)模型；
[0009]通過(guò)所述航測(cè)吊艙的振動(dòng)模型確定所述航測(cè)吊艙中相機(jī)隨所述航測(cè)吊艙的振動(dòng) 情況，并確定所述航測(cè)吊艙的振動(dòng)引起的相機(jī)離焦的程度；
[0010] 基于所述航測(cè)吊艙的振動(dòng)引起的相機(jī)離焦的程度建立振動(dòng)對(duì)所述航測(cè)吊艙成像 質(zhì)量的影響模型。
[0011] 其中，所述通過(guò)無(wú)人直升機(jī)的特點(diǎn)確定所述無(wú)人直升機(jī)的振動(dòng)源并基于所述振動(dòng) 源構(gòu)建所述無(wú)人直升機(jī)的振動(dòng)模型，包括：
[0012] 通過(guò)所述無(wú)人直升機(jī)的特點(diǎn)確定周期性激勵(lì)振動(dòng)源，并基于所述周期性激勵(lì)振動(dòng) 源構(gòu)建所述無(wú)人直升機(jī)的周期性激勵(lì)模型；
[0013] 確定隨機(jī)激勵(lì)振動(dòng)源并基于所述隨機(jī)激勵(lì)振動(dòng)源構(gòu)建所述無(wú)人直升機(jī)的隨機(jī)性 激勵(lì)模型；
[0014] 將所述無(wú)人直升機(jī)的周期性激勵(lì)模型與所述無(wú)人直升機(jī)的隨機(jī)性激勵(lì)模型進(jìn)行 線性疊加，得到所述無(wú)人直升機(jī)的振動(dòng)模型。
[0015] 其中，所述周期性激勵(lì)振動(dòng)源包括四個(gè)影響區(qū)域的振動(dòng)源，所述四個(gè)影響區(qū)域分 別為主旋翼影響區(qū)域、主轉(zhuǎn)動(dòng)影響區(qū)域、尾旋翼影響區(qū)域和尾轉(zhuǎn)動(dòng)影響區(qū)域；
[0016 ]則所述無(wú)人直升機(jī)的周期性激勵(lì)模型為：
[0017] D(t) = τι · Ai(t)sin( ω it)+T2 · A2(t)sin( ω 2t)+T3 · A3(t)sin( ω 3t)+T4 · A4(t) sin(ω 4t)
[0018] 其中，τι · Ai(t)sin( c〇it)、T2 · A2(t)sin( c〇2t)、A3(t)sin( c〇3t)和T4 · A4(t)sin (?4t)分別為主旋翼影響區(qū)域、主轉(zhuǎn)動(dòng)影響區(qū)域、尾旋翼影響區(qū)域和尾轉(zhuǎn)動(dòng)影響區(qū)域的振 動(dòng)源，A(t)為振幅，振幅A(t)是時(shí)間的函數(shù)，正常工作時(shí)為常量，Sin(COt)是時(shí)間與轉(zhuǎn)速的 函數(shù)，τ是振動(dòng)源能量傳遞到目標(biāo)區(qū)的衰減系數(shù)；
[0019] 所述無(wú)人直升機(jī)的隨機(jī)性激勵(lì)模型為：
[0021] 其中，λ是振動(dòng)源能量傳遞到目標(biāo)區(qū)的衰減系數(shù)，X為隨機(jī)激勵(lì)的相對(duì)位移，〇為振 動(dòng)位移的均方根值。
[0022] 其中，所述無(wú)人直升機(jī)的主旋翼影響區(qū)為所述相機(jī)的掛載區(qū)域，所述航測(cè)吊艙的 振動(dòng)受所述主旋翼影響區(qū)域和所述主轉(zhuǎn)動(dòng)影響區(qū)域的影響；
[0023]則所述航測(cè)吊艙的振動(dòng)模型為：
[0024] D(t)=K：i · τι · Ai(t)sin( ωit)+K：2 · 丁2 · A2(t)sin( ω2t)
[0025] 其中，^和!〇2為所述航測(cè)吊艙所引起的振幅變化。
[0026] 其中，所述航測(cè)吊艙的振動(dòng)引起的相機(jī)離焦包括：由所述周期性激勵(lì)振動(dòng)源引起 的相機(jī)離焦以及由所述隨機(jī)激勵(lì)振動(dòng)源引起的相機(jī)離焦；
[0027] 則所述周期性激勵(lì)振動(dòng)源的振動(dòng)對(duì)所述航測(cè)吊艙成像質(zhì)量的影響模型為：
[0029]
，α為載 荷的振動(dòng)幅度對(duì)應(yīng)到所述相機(jī)離焦量的衰減系數(shù)，F(xiàn)為所述相機(jī)的焦距；
[0030]所述隨機(jī)激勵(lì)振動(dòng)源的振動(dòng)對(duì)所述航測(cè)吊艙成像質(zhì)量的影響模型為：
[0032] 其中，σ為振動(dòng)位移的均方根值。
[0033] -種無(wú)人直升機(jī)振動(dòng)對(duì)航測(cè)吊艙成像影響的建模裝置，包括：
[0034] 第一構(gòu)建模塊，用于通過(guò)無(wú)人直升機(jī)的特點(diǎn)確定所述無(wú)人直升機(jī)的振動(dòng)源并基于 所述振動(dòng)源構(gòu)建所述無(wú)人直升機(jī)的振動(dòng)模型；
[0035] 第二構(gòu)建模塊，用于基于所述無(wú)人直升機(jī)上航測(cè)吊艙的掛載位置及所述航測(cè)吊艙 的減震系統(tǒng)對(duì)所述振動(dòng)源的減弱作用，構(gòu)建所述航測(cè)吊艙的振動(dòng)模型；
[0036]確定模塊，用于通過(guò)所述航測(cè)吊艙的振動(dòng)模型確定所述航測(cè)吊艙中相機(jī)隨所述航 測(cè)吊艙的振動(dòng)情況，并確定所述航測(cè)吊艙的振動(dòng)引起的相機(jī)離焦的程度；
[0037] 第三模型構(gòu)建模塊，用于基于所述航測(cè)吊艙的振動(dòng)引起的相機(jī)離焦的程度建立振 動(dòng)對(duì)所述航測(cè)吊艙成像質(zhì)量的影響模型。
[0038] 其中，所述第一構(gòu)建模塊包括：
[0039] 周期性激勵(lì)模型構(gòu)建子模塊，用于通過(guò)所述無(wú)人直升機(jī)的特點(diǎn)確定周期性激勵(lì)振 動(dòng)源，并基于所述周期性激勵(lì)振動(dòng)源構(gòu)建所述無(wú)人直升機(jī)的周期性激勵(lì)模型；
[0040] 隨機(jī)性激勵(lì)模型構(gòu)建子模塊，用于確定隨機(jī)激勵(lì)振動(dòng)源并基于所述隨機(jī)激勵(lì)振動(dòng) 源構(gòu)建所述無(wú)人直升機(jī)的隨機(jī)性激勵(lì)模型；
[0041] 模型疊加模塊，用于將所述無(wú)人直升機(jī)的周期性激勵(lì)模型與所述無(wú)人直升機(jī)的隨 機(jī)性激勵(lì)模型進(jìn)行線性疊加，得到所述無(wú)人直升機(jī)的振動(dòng)模型。
[0042] 其中，所述周期性激勵(lì)振動(dòng)源包括四個(gè)影響區(qū)域的振動(dòng)源，所述四個(gè)影響區(qū)域分 別為主旋翼影響區(qū)域、主轉(zhuǎn)動(dòng)影響區(qū)域、尾旋翼影響區(qū)域和尾轉(zhuǎn)動(dòng)影響區(qū)域；
[0043] 則所述無(wú)人直升機(jī)的周期性激勵(lì)模型為：
[0044] D(t) = τι · Ai(t)sin( ω it)+T2 · A2(t)sin( ω 2t)+T3 · A3(t)sin( ω 3t)+T4 · A4(t) sin(ω 4t)<