基于PC104的直升机旋翼桨叶共锥度快速测量方法研究

摘要

直升机旋翼桨叶共锥度是反映直升机旋翼工作状态的重要参数，该参数直接影响直升机的安全性、稳定性和舒适性，该参数精确测量对直升机生产和维护具有重要意义。针对现有测量方法主要用于旋翼塔桨叶共锥度的测量，无法适应无人直升机机载共锥度实时测量的问题，本文采用PC104构建机载直升机旋翼桨叶共锥度测量系统，为使共锥度测量方法适应机载实时要求，深入研究了共锥度测量的快速方法。主要工作内容和研究成果如下：
　　(1)构建了基于PC104的直升机旋翼桨叶共锥度测量系统。根据无人直升机旋翼桨叶共锥度测量技术指标对系统进行了总体设计，系统由硬件系统和软件系统两部分组成。硬件系统包括双目立体视觉子系统、嵌入式子系统、照明子系统、上位机子系统；软件系统分为上位机配置软件和PC104下桨叶共锥度实时测量软件。上位机配置软件主要包括双目摄像机管理、图像实时预览、模板图像采集与显示、立体视觉标定、标定结果显示等功能模块，主要完成双目视觉系统的参数配置与耗时较长的立体视觉系统标定，桨叶共锥度测量软件包括网络通信、旋翼图像采集，标记点检测、标记点三维信息计算、桨叶共锥度测量等功能模块，主要完成机载旋翼桨叶共锥度实时测量。
　　(2)提出了直升机旋翼桨叶共锥度测量中标记点快速检测方法。首先，采用中值滤波、限制对比度自适应直方图均衡算法对含有圆形标记点的图像进行预处理；然后，利用圆形标记点在不同阈值分割下质心变化不明显的特性，同时结合连通域圆度和惯性率特征，实现了较小圆形标记点在复杂背景下的准确定位；最后，在局部极坐标系下利用最小二乘拟合法对标记点进行圆拟合，实现了高精度定位。通过在实验室模拟桨叶共锥度测量复杂背景与真实旋翼桨叶背景下进行标记点定位实验，结果表明，本文方法能够在复杂背景下快速、高精度定位较小圆形标记点，满足后续机载旋翼桨叶共锥度实时测量的要求。
　　(3)开展了基于PC104的机载旋翼桨叶共锥度测量方法研究。首先，利用上位机配置软件对双目立体视觉系统进行双目标定和立体校正，并将获得的双目立体视觉系统的方式内、外参数通过网络通信传递给PC104下桨叶共锥度实时测量软件；然后，通过已校正的双目立体视觉系统实时采集同一方位下粘贴有标记点的旋翼桨叶图像对，采用本文提出的标记点快速检测算法定位桨叶图像中的标记点，在标记点解码与匹配的基础上计算标记点三维信息；最后，利用不同桨叶上标记点三维信息计算旋翼桨叶共锥度。通过采集旋转状态下旋翼桨叶图像进行共锥度测量实验，结果表明本文提出的桨叶共锥度测量方法的误差小于3.3mm，可以满足无人直升机机载旋翼桨叶共锥度测量系统对精度的要求。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容和技术路线

第二章 基于PC104的直升机旋翼桨叶共锥度测量系统设计

2.1 系统概述

2.2 系统的技术指标

2.3 硬件系统设计

2.3 软件系统设计

2.4 本章小结

第3章 直升机旋翼桨叶共锥度测量中标记点快速检测方法

3.1 概述

3.2 人工编码标记点设计

3.3 标记点图像预处理

3.4 复杂背景下圆形标记点定位方法

3.5 实验及结果分析

3.6 本章小结

第4章 基于PC104的旋翼桨叶共锥度快速测量方法

4.1 概述

4.2 基于PC104的直升机旋翼桨叶共锥度测量原理

4.3 双目立体视觉标定及校正

4.4 旋翼桨叶图像采集

4.5 旋翼桨叶图像立体校正

4.6圆形编码标记点解码及匹配方法

4.7 桨叶标记点三维信息计算

4.8 桨叶锥度角计算

4.9 实验及结果分析

4.10本章小结

第5章 工作总结与展望

5.1 研究工作总结

5.2 研究工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间参与的科研项目和研究成果

致谢

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