劉芳+周志衛(wèi)+劉越+張建

摘 要：針對(duì)某發(fā)射器分離速度的測(cè)量問(wèn)題，分析了浮標(biāo)分離過(guò)程的特點(diǎn)及存在的問(wèn)題，提出了預(yù)定義初始標(biāo)定點(diǎn)的光學(xué)測(cè)量方法，并針對(duì)單筒浮標(biāo)和多筒浮標(biāo)投放的分離參數(shù)的測(cè)量問(wèn)題給出了完整的解決方案，并在地面試驗(yàn)中驗(yàn)證了該方法的可行性及有效性。

關(guān)鍵詞：多位置浮標(biāo)投放；分離速度；像素靈敏度；發(fā)射器

中圖分類號(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.06.047

浮標(biāo)是一種由飛機(jī)布放于海洋，并用無(wú)線電發(fā)送目標(biāo)信息給載機(jī)進(jìn)行分析的特殊裝備。某發(fā)射器是安裝在飛機(jī)艙內(nèi)向海上投放浮標(biāo)的專用機(jī)載設(shè)備。某發(fā)射器主要是通過(guò)螺栓將其固定在飛機(jī)地板上，每個(gè)發(fā)射器具有多個(gè)浮標(biāo)工位，它可安裝多枚浮標(biāo)。浮標(biāo)投放時(shí)，將預(yù)投放的浮標(biāo)旋轉(zhuǎn)到投放口，在接收到投放指令后給電磁閥供電，電磁閥打開(kāi)，給選定的浮標(biāo)作動(dòng)筒內(nèi)充入高壓氣體，實(shí)現(xiàn)浮標(biāo)與發(fā)射器的分離。

為了保證浮標(biāo)與載機(jī)的安全分離和合格分離，確保分離后浮標(biāo)具有良好的分離姿態(tài)，并投放到預(yù)定的位置，必須對(duì)浮標(biāo)分離過(guò)程中的分離速度加以控制，并通過(guò)試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證其是否滿足載機(jī)給定的要求。

1 浮標(biāo)分離參數(shù)測(cè)試中的問(wèn)題

1.1 浮標(biāo)分離過(guò)程的特點(diǎn)

根據(jù)某發(fā)射器的應(yīng)用目標(biāo)和功能特點(diǎn)，浮標(biāo)分離過(guò)程具有以下特點(diǎn)：①浮標(biāo)在未投放時(shí)是不可見(jiàn)的。浮標(biāo)安裝在發(fā)射器內(nèi)，浮標(biāo)投放時(shí)，給選定的浮標(biāo)作動(dòng)筒內(nèi)沖入高壓氣體，使浮標(biāo)通過(guò)導(dǎo)引筒與發(fā)射器分離。②多位置浮標(biāo)投放。某發(fā)射器包含多個(gè)發(fā)射器，在進(jìn)行投放時(shí)，多個(gè)發(fā)射器在投放臺(tái)上的位置不一致。

1.2 浮標(biāo)分離參數(shù)測(cè)試存在的問(wèn)題

懸掛物分離參數(shù)的光學(xué)測(cè)量方法是一種基于高速攝影和運(yùn)動(dòng)分析技術(shù)的測(cè)量方法，它利用軌跡捕捉系統(tǒng)對(duì)懸掛物分離全過(guò)程進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，并通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)計(jì)算，最終得出懸掛物的分離參數(shù)。浮標(biāo)分離過(guò)程有浮標(biāo)的初始位置不可見(jiàn)和多位置浮標(biāo)投放等特點(diǎn)，當(dāng)使用光學(xué)測(cè)量方法進(jìn)行浮標(biāo)的分離參數(shù)測(cè)試時(shí)存在以下問(wèn)題。

1.2.1 標(biāo)定問(wèn)題

長(zhǎng)度標(biāo)定是數(shù)字式高速攝影運(yùn)動(dòng)分析的重要工作，是運(yùn)動(dòng)分析測(cè)量的基礎(chǔ)。距離標(biāo)定的結(jié)果為像素靈敏度，它將圖像的像素尺寸轉(zhuǎn)換為物理尺寸，用于標(biāo)定至少應(yīng)有兩個(gè)已知距離的點(diǎn)。而浮標(biāo)的初始位置是不可見(jiàn)的，通過(guò)高速攝影所采集的第一幀數(shù)據(jù)中無(wú)法獲得位于同一平面內(nèi)的已知目標(biāo)點(diǎn)，因此，采用常規(guī)的標(biāo)定方法不能得到所需的像素靈敏度。

1.2.2 多位置浮標(biāo)投放的測(cè)量問(wèn)題

多位置浮標(biāo)投放時(shí)，目標(biāo)點(diǎn)分布在前后不同的運(yùn)動(dòng)平面上，通過(guò)調(diào)整光圈使各個(gè)目標(biāo)點(diǎn)獲得比較清晰的圖像。根據(jù)透鏡成像原理，不同物距所得到的圖像是不一樣的，進(jìn)而造成不同測(cè)量平面的像素靈敏度不同。

2 單筒浮標(biāo)投放分離參數(shù)的測(cè)量方法

預(yù)定義標(biāo)定點(diǎn)，就是在一個(gè)長(zhǎng)度適宜的木板上貼2個(gè)目標(biāo)點(diǎn)，并用帶有目標(biāo)點(diǎn)的木板放置于浮標(biāo)投放預(yù)期軌跡的平面內(nèi)，通過(guò)高速攝影采集到的第一幀照片進(jìn)行距離標(biāo)定，從而得出拍攝平面的像素靈敏度，并采取分次拍攝合并分析的方法，解決了這一問(wèn)題，通過(guò)分析得出了浮標(biāo)的分離速度。

某發(fā)射器在進(jìn)行投放試驗(yàn)時(shí)，可以僅安裝1個(gè)投放器到投放臺(tái)上。當(dāng)單個(gè)發(fā)射器進(jìn)行投放試驗(yàn)時(shí)，可以通過(guò)預(yù)定義初始標(biāo)定的方法，得到單筒的浮標(biāo)離機(jī)速度。利用高速攝影方法測(cè)量分離速度的步驟如下：①粘貼標(biāo)定點(diǎn)。在1條長(zhǎng)度適宜的木板上布置1點(diǎn)和2點(diǎn)，投放前先在視景內(nèi)與浮標(biāo)投放預(yù)期軌跡同平面內(nèi)放置帶有目標(biāo)點(diǎn)的平板，并進(jìn)行第一次拍攝。②拍攝分離過(guò)程。在浮標(biāo)模擬件的底部布置3點(diǎn)，保持高速攝影機(jī)所有參數(shù)不變，同步拍攝分離過(guò)程中目標(biāo)點(diǎn)3的運(yùn)動(dòng)軌跡。③長(zhǎng)度標(biāo)定。取第一次拍攝帶有目標(biāo)點(diǎn)的一幀靜態(tài)圖像，利用1點(diǎn)和2點(diǎn)對(duì)測(cè)量平面進(jìn)行長(zhǎng)度標(biāo)定。④運(yùn)動(dòng)分析。通過(guò)軌跡捕捉系統(tǒng)軟件分析高速攝影機(jī)的拍攝結(jié)果。

3 多位置浮標(biāo)投放分離參數(shù)測(cè)量方法

3.1 解決方案

當(dāng)多個(gè)發(fā)射器器安裝在浮標(biāo)投放臺(tái)上進(jìn)行投放試驗(yàn)時(shí)，浮標(biāo)離機(jī)速度的拍攝與單筒的拍攝有所不同。某發(fā)射器是由多個(gè)發(fā)射器組成，導(dǎo)致其在投放臺(tái)上有多種安裝方式，進(jìn)而對(duì)浮標(biāo)離機(jī)速度的拍攝造成影響，因此，多位置浮標(biāo)的排布主要分為多位置浮標(biāo)橫向排布和多位置浮標(biāo)縱向排布等情況。

當(dāng)測(cè)量平面和標(biāo)定平面不是同一平面時(shí)，可以根據(jù)高速攝影機(jī)成像原理，通過(guò)標(biāo)定平面的像素靈敏度，通過(guò)以下計(jì)算方法得到測(cè)量平面的靈敏度。

3.2 多位置浮標(biāo)橫向排布時(shí)的測(cè)量方法

多位置浮標(biāo)橫向排布就是多個(gè)發(fā)射器在浮標(biāo)投放臺(tái)上安裝在一個(gè)平面內(nèi)，即從高速攝影機(jī)的拍攝方向看，浮標(biāo)投放后的投放軌跡在一個(gè)平面內(nèi)。當(dāng)通過(guò)高速攝影機(jī)對(duì)其進(jìn)行拍攝時(shí)，由于浮標(biāo)離機(jī)后的軌跡在同一個(gè)平面內(nèi)，只需要對(duì)該測(cè)量平面進(jìn)行標(biāo)定，就可以得到該平面的像素靈敏度，從而得出橫向排布的多個(gè)發(fā)射器的浮標(biāo)離機(jī)速度。

3.3 多位置浮標(biāo)縱向排布時(shí)的測(cè)量方法

多位置浮標(biāo)縱向排布就是多個(gè)發(fā)射器在浮標(biāo)投放臺(tái)上的安裝方式為“一前一后”，即從高速攝影機(jī)的拍攝方向看，發(fā)射器投放后浮標(biāo)的投放軌跡是多個(gè)平行的平面。當(dāng)通過(guò)高速攝影機(jī)對(duì)其進(jìn)行拍攝時(shí)，浮標(biāo)離機(jī)后的軌跡在多個(gè)平行的平面內(nèi)，需要對(duì)其中一個(gè)平面進(jìn)行標(biāo)定，得到該標(biāo)定平面的像素靈敏度；根據(jù)之前得出的標(biāo)定平面與測(cè)量平面之間的關(guān)系，計(jì)算出其他測(cè)量平面的像素靈敏度，進(jìn)而得出縱向排布的多個(gè)發(fā)射器的浮標(biāo)離機(jī)速度。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)多位置浮標(biāo)投放分離參數(shù)的光學(xué)測(cè)量方法的研究，可以得出以下結(jié)論：當(dāng)懸掛物在初始狀態(tài)不可見(jiàn)時(shí)，會(huì)因缺少標(biāo)定數(shù)據(jù)而無(wú)法測(cè)量，而采用本文所述的預(yù)定義標(biāo)定點(diǎn)的方法，可以很好地解決這一問(wèn)題。當(dāng)被測(cè)目標(biāo)不在同一個(gè)拍攝平面時(shí)，利用光學(xué)測(cè)量的基本原理，可采用一次標(biāo)定，通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算可得到多個(gè)測(cè)量平面內(nèi)的像素靈敏度，從而解決了多平面目標(biāo)的測(cè)量問(wèn)題。