無人直升機振動對航測吊艙成像影響的建模方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及無人直升機技術領域，尤其涉及一種無人直升機振動對航測吊艙成像 影響的建模方法及裝置。
【背景技術】
[0002] 隨著技術的逐漸進步，無人直升機得到了迅速的發展，其正日益成為人們關注的 焦點。無人直升機因其具備可垂直起降、空中懸停、朝任意方向飛行、起飛著陸場地小等優 勢，在民用方面具有大量的應用，如大氣監測、交通監控、資源勘探、電力線路巡檢、森林防 火等方面。上述每種應用都基于無人直升機搭載航測吊艙進行作業。在作業過程中，航測吊 艙必然會受到來自無人直升機的振動影響，這使得航測吊艙內的載荷(如可見光載荷)成像 時產生像位移動，因此，影響了成像質量。
[0003] 針對振動對載荷成像質量的研究，航天領域的TDICCD相機研究比較深入。有研究 指出衛星上的各種振動頻率最大點在第一階共振頻率等共振點附近，即基頻為20~40Hz， 而高頻振動頻率可以達到2000Hz以上。還有研究指出通過對OLYMPUS通信衛星和LANDSAT24 衛星進行研究發現，衛星顫振的能量主要集中在低頻區，對于高頻顫振，在一個積分時間內 存在一個或幾個周期的顫振，這種顫振對像質的影響為MTF為MTF = Jo(2JifA)，Jo為零階貝塞 爾函數，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 高頻顫振對像質的影響更為嚴重。現有的振動分析通過仿真實驗或者理論模型推導，如顫 振傳遞函數的數學模型，來計算振動對光學傳遞函數的影響。
[0004] 目前針對無人機振動方面的研究尚處于起步階段。多型無人直升機的振動測試結 果表明，無人直升機振動所處的頻率區域也主要為低頻區域。然而無人直升機與航天器的 振動所處環境及振動來源有明顯的不同。無人直升機的低頻區域的振動振幅比航天器小， 并且無人直升機載荷相機為CMOS相機，不同于航天遙感相機。發明人在實現本發明創造的 過程中發現:現有技術的方案多針對航天相機成像，而沒有專門針對無人直升機振動對航 測吊艙成像質量影響方面的方案。
【發明內容】
[0005] 有鑒于此，本發明提供了一種無人直升機振動對航測吊艙成像影響的建模方法及 裝置，用以解決現有技術中的方案多針對航天相機，而沒有專門針對無人直升機振動對航 測吊艙成像質量影響方面的方案的問題，其技術方案如下：
[0006] -種無人直升機振動對航測吊艙成像影響的建模方法，包括：
[0007]通過無人直升機的特點確定所述無人直升機的振動源并基于所述振動源構建所 述無人直升機的振動模型；
[0008]基于所述無人直升機上航測吊艙的掛載位置及所述航測吊艙的減震系統對所述 振動源的減弱作用，構建所述航測吊艙的振動模型；
[0009]通過所述航測吊艙的振動模型確定所述航測吊艙中相機隨所述航測吊艙的振動 情況，并確定所述航測吊艙的振動引起的相機離焦的程度；
[0010] 基于所述航測吊艙的振動引起的相機離焦的程度建立振動對所述航測吊艙成像 質量的影響模型。
[0011] 其中，所述通過無人直升機的特點確定所述無人直升機的振動源并基于所述振動 源構建所述無人直升機的振動模型，包括：
[0012] 通過所述無人直升機的特點確定周期性激勵振動源，并基于所述周期性激勵振動 源構建所述無人直升機的周期性激勵模型；
[0013] 確定隨機激勵振動源并基于所述隨機激勵振動源構建所述無人直升機的隨機性 激勵模型；
[0014] 將所述無人直升機的周期性激勵模型與所述無人直升機的隨機性激勵模型進行 線性疊加，得到所述無人直升機的振動模型。
[0015] 其中，所述周期性激勵振動源包括四個影響區域的振動源，所述四個影響區域分 別為主旋翼影響區域、主轉動影響區域、尾旋翼影響區域和尾轉動影響區域；
[0016 ]則所述無人直升機的周期性激勵模型為：
[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域、主轉動影響區域、尾旋翼影響區域和尾轉動影響區域的振 動源，A(t)為振幅，振幅A(t)是時間的函數，正常工作時為常量，Sin(COt)是時間與轉速的 函數，τ是振動源能量傳遞到目標區的衰減系數；
[0019] 所述無人直升機的隨機性激勵模型為：
[0021] 其中，λ是振動源能量傳遞到目標區的衰減系數，X為隨機激勵的相對位移，〇為振 動位移的均方根值。
[0022] 其中，所述無人直升機的主旋翼影響區為所述相機的掛載區域，所述航測吊艙的 振動受所述主旋翼影響區域和所述主轉動影響區域的影響；
[0023]則所述航測吊艙的振動模型為：
[0024] D(t)=K：i · τι · Ai(t)sin( ωit)+K：2 · 丁2 · A2(t)sin( ω2t)
[0025] 其中，^和!〇2為所述航測吊艙所引起的振幅變化。
[0026] 其中，所述航測吊艙的振動引起的相機離焦包括：由所述周期性激勵振動源引起 的相機離焦以及由所述隨機激勵振動源引起的相機離焦；
[0027] 則所述周期性激勵振動源的振動對所述航測吊艙成像質量的影響模型為：
[0029]
，α為載 荷的振動幅度對應到所述相機離焦量的衰減系數，F為所述相機的焦距；
[0030]所述隨機激勵振動源的振動對所述航測吊艙成像質量的影響模型為：
[0032] 其中，σ為振動位移的均方根值。
[0033] -種無人直升機振動對航測吊艙成像影響的建模裝置，包括：
[0034] 第一構建模塊，用于通過無人直升機的特點確定所述無人直升機的振動源并基于 所述振動源構建所述無人直升機的振動模型；
[0035] 第二構建模塊，用于基于所述無人直升機上航測吊艙的掛載位置及所述航測吊艙 的減震系統對所述振動源的減弱作用，構建所述航測吊艙的振動模型；
[0036]確定模塊，用于通過所述航測吊艙的振動模型確定所述航測吊艙中相機隨所述航 測吊艙的振動情況，并確定所述航測吊艙的振動引起的相機離焦的程度；
[0037] 第三模型構建模塊，用于基于所述航測吊艙的振動引起的相機離焦的程度建立振 動對所述航測吊艙成像質量的影響模型。
[0038] 其中，所述第一構建模塊包括：
[0039] 周期性激勵模型構建子模塊，用于通過所述無人直升機的特點確定周期性激勵振 動源，并基于所述周期性激勵振動源構建所述無人直升機的周期性激勵模型；
[0040] 隨機性激勵模型構建子模塊，用于確定隨機激勵振動源并基于所述隨機激勵振動 源構建所述無人直升機的隨機性激勵模型；
[0041] 模型疊加模塊，用于將所述無人直升機的周期性激勵模型與所述無人直升機的隨 機性激勵模型進行線性疊加，得到所述無人直升機的振動模型。
[0042] 其中，所述周期性激勵振動源包括四個影響區域的振動源，所述四個影響區域分 別為主旋翼影響區域、主轉動影響區域、尾旋翼影響區域和尾轉動影響區域；
[0043] 則所述無人直升機的周期性激勵模型為：
[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)<