无人机遥测飞行中振动测试探讨
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摘 要 介绍遥测技术发展现状，对无人机探测技术进行简介。提供一种航天器微振动测试的研究方法，为无人机飞行中的振动测试以及成像质量的影响分析提供参考。对比分析实际飞行中进行振动测试和利用振动测试系统进行振动测试两种测试方法，得出利用振动测试系统进行测试更加方便实用。
关键词 无人机探测技术;振动测试;成像质量
引言
随着人们对图像分辨率的要求逐渐增加，使敏感设备对振动的敏感度也越来越高，诸如包括光学相机等。这些设备的成像质量受到振动的影响，并且高分辨率遥感卫星等高性能航天器的发展受到严重制约。因此，无人机摄像时成像模糊的问题亟待解决。
当前的研究成果多局限于微振动对成像质量影响的檢测、分析及抑制方法等，而在航空拍摄过程中，无人机受到其飞行过程中的振动和气流波动影响，使遥感摄像机成像模糊。因此，为确保成像质量，无人机需安装一套良好的减振装置，保证其正常工作。为了验证减振装置的效果，就需要对无人机在飞行过程中的振动情况进行分析。据此，本文针对无人机飞行中的振动问题进行探讨。
1 无人机简介
我国遥感探测技术中的航空遥感技术，对我国环境监测、资源勘查、地图测绘等领域的发展及研究具有重要意义。遥感技术是一种目标探测技术，具有远距离、非接触性的特点，该技术通过对目标进行探测，获取探测数据，并对数据进行处理，实现对目标的定位、定性、定量和变化规律的描述。航空遥感指的是借助无人机等飞行设备作为传感器载体在高、中、低三种不同的空中距离中进行的遥感对地探测。
无人机指用于航空遥感的各类飞机，根据飞机翼型氛围固定翼、旋转翼（直升）飞机;根据飞机作业高度分为高空或中、低空飞机等。无人机主要作为遥感平台，根据实际需求安装相应传感器及摄像设备。一般情况下，为了便于对地观测，在机腹设置大小、形状不同的窗口。比如，用于航拍的多种类型摄像机，各种型号扫描仪、辐射计、测高仪等等。
中科院两架“奖状S/Ⅱ”型遥感飞机，是1986年由美国塞斯纳飞机公司生产的小型公务机改装而成的专业科学试验飞机。飞机的改装设计，在经过国内外全面调研基础上，立足创新和高起点发展。利用有限的资金在小型飞机上建成了在国外大型飞机才能够实现的综合性航空遥感平台。现今，无人机渐渐进入了人们的视野，各种基于无人机改装设计的探测装置也逐渐运用到军用、民用中，帮助探测和跟踪目标物体并作出相应动作，其综合技术性能优势在国内的探测监控技术保持领先地位。无人机的主要任务是充分发挥遥感飞机先进的技术性能与机载遥感技术系统配套组合，形成机载空间遥感信息获取技术的综合优势，为国家和产业部门及地方提供广泛的航空遥感技术与应用服务[1-3]。
2 微振动对成像质量影响分析
微振动是指航天器在轨运行期间，由航天器上的部件正常工作时造成的航天器频带较宽、幅度较小往复运动，这些部件主要包括动量轮等等高速转动部件，太阳电池阵驱动机构等步进部件，红外相机摆镜等的摆动部件，等等。
微振动对成像质量的影响可按照微振动源分析——建立微振动传递路径数学模型——建立光学元件运动与视轴晃动关系数学模型——微振动对相机视轴影响的仿真分析的思路进行分析。可参考此方法对遥感飞机飞行中的振动进行测试以及对成像质量的影响进行分析。
3 飞行中的振动测试方法
飞行中的振动是一种复杂的气动弹性不稳定现象。检验无人机在飞行中的振动，需在无人机飞行过程中测试其振动情况。
3.1 实际飞行中测试
现有科研成果用INV智能信号采集分析系统，分别按照高、中、低频段和机舱内不同的位置进行测试分析，由于实际试验难度较大，故该测试结果格外珍贵，具有非常重要的指导价值。
该测试试验所需设备包括：信号采集处理分析系统，数据自动采集处理软件，加速度拾振器，垂直拾振器，水平拾振器，直流电源等。试验需测试并观测以下数据：无人机在飞行时引起的振动加速度、速度和位移幅值，观测其振动频率。
试验还需测试：水平方向和垂直方向数值。测试该数值需根据飞机实际结构情况，在飞机起飞前，沿飞机的纵向和横向分别放传感器，测水平、竖直方向数值。测试前将所有传感器按照要求安装，操控手控制飞机待飞机飞行平稳后开始测试。根据多个振动频率段加速度、速度和位移值的要求，该试验采用不同的采样频率、滤波频率、积分档位和放大档位，将试验数据逐一进行记录。分别测试了飞机自身和遥感器减振装置的震动情况。该试验对效果较好的测试结果进行对比分析，得出各频段的加速度、速度和位移的极值，对信号进行频谱分析。
该试验方法，由于涉及上飞机并随飞机飞行过程进行试验、数据采集，申报部门较多，涉及领域较广，故本试验方法操作难度较大，不能得到广泛应用[4]。
3.2 利用振动测试系统
目前，对飞机振动测试系统的设计技术已趋成熟。飞机振动测试原理如下式，大地坐标为参考点，其中，m为质量块，u为相对大地坐标的运动，z、x分别为质量块对大地坐标和传感器基座的运动。在压电式加速度传感器力学模型中，质量块与传感器基座通过弹簧连接，当传感器的振动输入为u时，质量块随之运动。
飞机振动测试系统，经信号采集处理分析系统后，将采集到的编码信号输出。分别对飞机振动测试系统方案以及滤波器的设计，并对设计好的振动测试系统进行可行性分析，验证其测试结果的准确性。
根据参考文献[5]对飞机振动测试系统的设计，可参考其方法设计一套遥感飞机飞行中振动测试的测试系统。这种方法既减少了试验流程，又降低了试验操作难度，亦无需经多部门审批。同时，设计成果还可为同行业提供参考。
4 结束语
本文对无人机探测技术进行了简要的介绍，通过对比分析实际飞行中进行振动测试和利用振动测试系统进行振动测试两种测试方法，得出利用振动测试系统进行测试更加方便实用。
参考文献
[1] 庞世伟，郭倩蕊，贺玮，等.某遥感卫星微振动对成像质量影响分析[J].航天器环境工程，2019，（1）：47-55.
[2] 董斌，丁亚林，田海英，等.新型航空光学遥感器减振结构设计[J].光学精密工程，2018，（12）：2454-2459.
[3] 苏立红.中国航空遥感的应用现状与发展趋势[J].中国新技术新产品，2015，（11）：6.
[4] 赵增欣，应怀樵，刘文峰.遥感飞机飞行中振动测试分析.中国力学学会会议论文集，2007，（10）：1767-1772.
[5] 张朵，彭瑞元.一种飞机振动测试系统设计[J].中国科技信息，2019，（5）：31-32.
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