基于視頻采集的空間大型可展開撓性體模態測量方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及空間飛行器動力學的技術，具體地，涉及基于視頻采集的空間大型可 展開撓性體模態測量方法，尤其是用于對帶有大型可展開撓性體的空間飛行器的在軌模態 坐標進行測量計算的方法。
【背景技術】
[0002] 現代空間飛行器構型復雜，常包含大型太陽帆板和大型天線等大型撓性體，在軌 飛行期間易受到干擾和控制的作用激起結構振動，輕則影響控制精度，重則危害控制穩定 性甚至飛行器安全。為獲取空間大型可展開撓性體振動參數，需要對撓性振動的模態坐標 進行測量，用于評估和改進空間飛行器在軌動力學環境。
[0003] 模態坐標表征各模態振型在整體振動中所占的比例，一般的通過動力學仿真獲 得，其變化通過耦合系數矩陣與飛行器本體相互作用。顯然，仿真模型難以完全反應實際工 程中的各項影響因素。
[0004] 目前沒有發現同本發明類似技術的說明或報道，也尚未收集到國內外類似的資 料。
【發明內容】
[0005] 針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種基于視頻采集的空間大型可展 開撓性體模態測量方法。
[0006] 根據本發明提供的一種基于視頻采集的空間大型可展開撓性體模態測量方法，包 括：
[0007] 步驟1:對相機采集得到的燒性體上特征點運動視頻進行質心提取，得到特征點在 相機像平面的位移；
[0008] 步驟2:由特征點在相機像平面的位移得到特征點在空間中的實際位移，然后得到 特征點在空間中的實際位移在像平面上的投影；
[0009] 步驟3 :分析撓性體的有限元模型，提取得到撓性體的振型，結合特征點在撓性體 上對應的節點位置，得到振型在特征點處的分量，并將振型在特征點處的分量投影在像平 面上，得到振型在特征點處的分量在像平面上的投影；
[0010] 步驟4:根據所述特征點在空間中的實際位移在像平面上的投影、所述振型在特征 點處的分量在像平面上的投影，得到撓性體的模態坐標。
[0011] 優選地，所述步驟4包括如下步驟：
[0012] 在像平面上，所述特征點在空間中的實際位移在像平面上的投影坐標值除以所述 振型在特征點處的分量在像平面上的投影坐標值，得到撓性體的模態坐標。
[0013] 優選地，所述步驟1包括：
[0014] 燒性體上特征點通過LED進行標識；
[0015] 將相機對準特征點，保證撓性體振動過程中特征點一直位于相機視野內；
[0016] 給撓性體一個激勵作用，相機記錄下激勵施加后特征點運動視頻；
[0017] 對視頻進行逐幀處理，得到特征點光斑質心在相機像平面的運動軌跡作為所述實 際位移。
[0018] 優選地，所述步驟2包括：
[0019] 根據如下計算式得到特征點在空間中的實際位移：
[0020] ?real(/) = ^^ real v 7 cos 以
[0021]其中，Ure3aKt)表示特征點在空間中的實際位移，upic；(t)表示特征點在相機像平面 的位移，t表示時間變量，Θ表示相機視角振動方向和撓性體振動方向的夾角。
[0022] 優選地，
[0023] Uk(t)= Φ^(?)
[0024] 其中，Uk(t)表示撓性體上節點k的實際位移，(Η表示各階振型在節點k的分量陣，η (t)表示模態坐標列陣。
[0025] 與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：
[0026] 1、為了準確獲得在軌空間飛行器大型撓性體的模態坐標，本發明通過對大型撓性 體上特征點進行視頻采集，再經圖像處理和幾何關系解算得到特征點的實際位移，結合有 限元軟件分析得到的模態振型在特征點上的分量，最終計算得到空間大型可展開撓性體的 模態坐標。
[0027] 2、本發明通過視頻采集的方法，不給撓性體增加額外的電線和傳感器質量，不影 響撓性體的結構質量特性，可以更準確的得到在軌空間飛行器上撓性體的模態坐標。
【附圖說明】
[0028]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、 目的和優點將會變得更明顯：
[0029] 圖1為基于視頻采集的空間大型可展開撓性體模態測量方法的原理示意圖。
[0030] 圖2為相機安裝位置和特征點位置幾何關系示意圖。
【具體實施方式】
[0031] 下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術 人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術 人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變化和改進。這些都屬于本發明 的保護范圍。
[0032] 本發明提供一種基于視頻采集的空間大型可展開撓性體模態測量方法，涉及航天 器動力學與控制領域，其是基于特征點視頻采集的模態測量方法。包括:對安裝在撓性體上 的若干特征點進行視頻采集;通過對視頻圖像處理得到特征點在物空間的實際位移;提取 有限元分析軟件得到的大型撓性體模態主振型;通過特征點實際位移和模態主振型解算出 撓性體模態坐標。
[0033] 根據本發明提供的一種基于視頻采集的空間大型可展開撓性體模態測量方法，包 括：
[0034] 步驟1:對相機采集得到的撓性體上特征點運動視頻進行質心提取，得到特征點在 相機像平面的位移；
[0035] 步驟2:由特征點在相機像平面的位移得到特征點在空間中的實際位移，然后得到 特征點在空間中的實際位移在像平面上的投影；
[0036] 步驟3 :分析撓性體的有限元模型，提取得到撓性體的振型，結合特征點在撓性體 上對應的節點位置，得到振型在特征點處的分量，并將振型在特征點處的分量投影在像平 面上，得到振型在特征點處的分量在像平面上的投影；
[0037] 步驟4:根據所述特征點在空間中的實際位移在像平面上的投影、所述振型在特征 點處的分量在像平面上的投影，得到撓性體的模態坐標。
[0038] 優選地，所述步驟4包括如下步驟：
[0039] 在像平面上，所述特征點在空間中的實際位移在像平面上的投影坐標值除以所述 振型在特征點處的分量在像平面上的投影坐標值，得到撓性體的模態坐標。
[0040] 優選地，所述步驟1包括：
[0041 ]燒性體上特征點通過LED進行標識；
[0042]將相機對準特征點，保證撓性體振動過程中特征點一直位于相機視野內；
[0043] 給撓性體一個激勵作用，相機記錄下激勵施加后特征點運動視頻；
[0044] 對視頻進行逐幀處理，得到特征