本发明属直升机模型旋翼试验技术领域，具体涉及一种模型旋翼声源定位现场标定及图像畸变修正方法。
背景技术：
旋翼桨涡干扰噪声是直升机旋翼产生的一种典型噪声，尤其在小速度前飞和斜下降状态，桨涡干扰噪声的能量占到直升机噪声总能量的80％。因此它是目前直升机降低噪声的主要研究领域。
目前国内外对降低旋翼桨涡干扰噪声的研究普遍采用了声阵列进行声源定位试验的方法，试验时由于模型旋翼直径较大(旋翼直径一般超过4米)，通常声源定位用的声阵列布置在风洞流场外并远离模型旋翼桨盘平面，为保证声源定位效果，要求的声阵列尺寸也较大(不小于3米)。根据声阵列声源定位测量要求，试验前需要利用标准声源进行现场声源定位的标定，现场标定的主要目的是标定出声源在桨盘平面的实际位置和声源定位云图中的位置及像素比例关系。而由于声阵列尺寸大、刚度不够而出现变形，同时声阵列平面和旋翼桨盘平面不平行或两者中心不对中，都会造成声源定位出的位置信息和实际位置信息存在偏差，该偏差最终影响的是试验时的声源定位结果，情况严重时无法得到真实、有效的试验数据，因此必须在进行现场声源定位的标定时对声源定位的图像进行畸变修正。
技术实现要素：
本发明的目的：本方法能够对声源定位现场标定时因声阵列尺寸大、刚度不够而出现变形，或声阵列平面和旋翼桨盘平面不平行或两者中心不对中等造成的声源定位图像畸变进行修正，提高声源定位标定精度和可靠性，从而得到准确、有效的声源定位结果。
本发明的技术方案：为了实现上述发明目的，提供一种模型旋翼声源定位现场标定及图像畸变修正方法，所述模型旋翼声源定位采用声阵列装置接收声源信号，所述声阵列装置由计算机控制；
其特征在于，具体包括如下步骤：
s1：进行声阵列装置平面角调整；将声阵列装置的平面角以及方向调整至与所述模型旋翼桨盘平面一致；
s2：进行声阵列装置中心调整；通过在所述模型旋翼桨毂中心处设置一个喇叭声源，然后在所述控制声阵列装置的计算机上，打开声源定位软件，生成声源云图，实时查看声源定位云图，在声源定位云图中找到最大声源位置，根据所述最大声源位置调整所述声阵列装置，通过调整所述声阵列装置使声源定位云图中的最大声源位置，与声源定位云图中的背景图中所述喇叭声源的位置重合；
s3：获取4个桨尖方位声源定位位置；将所述模型旋翼中的一片设定为0°方位，将所述喇叭声源放置在该片桨叶桨尖位置处，打开声源，然后在所述控制声阵列装置的计算机上，打开声源定位软件，生成声源云图，实时查看声源定位云图，在声源定位云图中找到并记录下最大声源位置，记为[x0,y0]；按照规定方式转动桨叶，分别记录90°、180°、270°桨叶最大声源位置，分别记为[x90,y90]、[x180,y180]、[x270,y270]；
s4：计算声源定位图像畸变修正系数；所述修正系数包括x轴偏转角α、y轴偏转角β、 x轴缩比因子f( x)、 y轴缩比因子f( y)、-x轴缩比因子f(-x)、-y轴缩比因子f(-y)，具体计算步骤如下：
s401，计算x轴偏转角α，计算公式为α＝arctan((y180-y0)/(x180-x0))×180/π；
s402，计算y轴偏转角β，计算公式为β＝arctan((x90-x270)/(y90-y270))×180/π；
s403，计算 x轴缩比因子f( x)，计算公式为f( x)＝r/(x0/cos(α×π/180))；
s404，计算 y轴缩比因子f( y)，公式为f( y)＝r/(y90/cos(β×π/180))；
s405，计算-x轴缩比因子f(-x)，公式为f(-x)＝-r/(x180/cos(α×π/180)；
s406，计算-y轴缩比因子f(-y)，公式为f(-y)＝-r/(y270/cos(β×π/180))
s5：修正计算声源定位畸变图像；
假设未修正前的声源定位图像上某一点的坐标为[xto,yto],修正后的的坐标为[xdo,ydo],修正计算步骤如下：
s501，将偏转xto偏转α角，假设偏转后的值为xao，则xao＝xto/cos(α×π/180)；
s502，将偏转yto偏转β角，假设偏转后的值为yao，则yao＝yto/cos(β×π/180)；
s503，对经偏转后xao的进行判断，如果xao≥0，则利用缩比因子f( x)进行缩比，计算公式为xdo＝xao×f( x)；如果xao<0，则利用缩比因子f(-x)进行缩比，公式为xdo＝xao×f(-x)；
s504，对经偏转后yao的进行判断，判断如果yao≥0，则利用缩比因子f( y)进行缩比，计算公式为ydo＝yao×f( y)，如果yao<0，则利用缩比因子f(-y)进行缩比，计算公式为ydo＝yao×f(-y)。
在一个可能的实施例中，在所述步骤s1中，根据试验任务书规定的旋翼桨盘倾斜角度将阵列平面朝相同方向倾斜相同的角度，选取所述模型旋翼所有旋转状态中的倾转角度的中间值。
在一个可能的实施例中，在所述步骤s2中，所述喇叭声源选用小型全向喇叭。
在一个可能的实施例中，在所述步骤s2中，所述喇叭声源与周围环境颜色对比反差大，选择亮色，可选择红色、绿色、橙色中的一种。
在一个可能的实施例中，在所述步骤s2中，所述喇叭声源声压级必须比标定现场背景噪声至少大20dba。
在一个可能的实施例中，在所述步骤s3中，所述步骤s3中，所述喇叭声源放置在该片桨叶1/4弦线桨尖位置处。
在一个可能的实施例中，在所述步骤s2中，所述喇叭声源声频为1000hz。
在一个可能的实施例中，在所述步骤s3中，所述喇叭声源声频为1000hz。
本发明的有益效果：本发明然后在桨毂中心放置定向喇叭发出定频声音，通过实时监测声源定位云图来移动声阵列支架让云图中的声源位置和背景图中的桨毂中心重合；再将某一片桨叶转到0°方位，定向喇叭放置在该片桨叶的桨尖位置发出定频声音，采集并定位出此时的声云图，并记录最大声源位置信息；然后将该片桨叶分别转到90°方位、180°方位和270°方位，转到某个方位时，定向喇叭放置在该片桨叶的桨尖位置发出定频声音，采集并定位出此时的声云图，并记录最大声源位置信息；最后根据获得的4个方位最大声源位置平面坐标和4个桨尖位置的实际坐标，通过矩阵计算得到图像畸变修正系数，最终得到经过修正的且准确、有效的声源定位图，从而提高声源定位标定精度和可靠性。
附图说明
图1为本发明方法流程图
图2为本发明实施例未修正前声源示意图
图3为本发明实施例修正后声源示意图
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
如图1所示，一种模型旋翼声源定位现场标定及图像畸变修正方法，所述模型旋翼声源定位采用声阵列装置接收声源信号，所述声阵列装置由计算机控制；
具体包括如下步骤：
(1)声阵列平面角调整
如图1所示，首先，将旋翼桨盘平面倾转到试验任务书规定的角度，然后将声阵列固定在安装支架上，将该安装支架移至桨盘正下方，再通过安装支架的上部安装平面绕中心俯仰转轴旋转到试验任务书规定的角度，使声阵列平面角以及方向和旋翼桨盘平面一致(即声阵列平面和桨盘平面平行)；
(2)声阵列中心调整
在桨毂中心处放置一个与周围环境颜色对比反差大(如亮红色)的小型全向喇叭，让其发出1000hz的单频声音，喇叭声压级必须比标定现场背景噪声至少大20dba。然后打开声源定位软件，实时查看声源定位云图，在声源定位云图中找到最大声源位置。如果最大声源位置和喇叭位置不重合，根据声源定位云图中两者位置关系，移动安装支架，直到声源定位云图中最大声源位置和喇叭位置重合位置。找到两者重合位置后，将安装支架所有可调位置的关节全部锁死并做好画线标记；
(3)4个方位桨尖声源定位位置获取
将某片桨叶(假设为1号桨叶)转动到旋翼桨盘平面0°方位(风洞中心轴线气流方向)，然后将上述小型全向喇叭放置在该片桨叶1/4弦线桨尖位置处(假设桨尖位置到桨毂中心距离为r)，让其发出1000hz的单频声音。然后打开声源定位软件，实时查看声源定位云图，在声源定位云图中找到并记录下最大声源位置(假设为[x0,y0]＝[1970,24])；
再将该片桨叶按试验任务书规定的桨叶旋转方向转动90°到旋翼桨盘平面90°方位，将上述小型全向喇叭放置在该片桨叶1/4弦线桨尖位置处，让其发出1000hz的单频声音。然后打开声源定位软件，实时查看声源定位云图，在声源定位云图中找到并记录下最大声源位置(假设为[x90,y90]＝[-13,2053])。完成后再依次转到180°方位和270°方位，分别在声源定位云图中找到并记录下最大声源位置(假设分别为[x180,y180]＝[-1960,-47]、[x270,y270]＝[29,-1934])；
(4)声源定位图像畸变修正系数计算
第一步，计算x轴偏转角α，公式为α＝arctan((y180-y0)/(x180-x0))×180/π＝arctan((-47-24)/(-1960-1970))×180/π＝1.035°；
第二步，计算y轴偏转角β，公式为β＝arctan((x90-x270)/(y90-y270))×180/π＝arctan((-13-29)/(2053 1934))×180/π＝-0.60354°；
第三步，计算 x轴缩比因子f( x)，公式为f( x)＝r/(x0/cos(α×π/180))＝2000/(1970/cos(1.035×π/180))＝1.01506；
第四步，计算 y轴缩比因子f( y)，公式为f( y)＝r/(y90/cos(β×π/180))＝2000/(2053/cos(-0.60354×π/180))＝0.97413；
第五步，计算-x轴缩比因子f(-x)，公式为f(-x)＝-r/(x180/cos(α×π/180)＝-2000/(-1960/cos(1.035×π/180))＝1.02024；
第六步，计算-y轴缩比因子f(-y)，公式为f(-y)＝-r/(y270/cos(β×π/180))＝-2000/(-1934/cos(-0.60354×π/180))＝1.03407；
(5)声源定位畸变图像修正计算
如图2、3所示，假设未修正前的图像上某一像素点的坐标为[xto,yto]＝[1730,-150],修正后的像素点的坐标为[xdo,ydo],修正计算步骤如下：
第一步，将偏转xto偏转α＝1.035°，假设偏转后的值为xao，则xao＝xto/cos(α×π/180)＝1730/cos(1.035×π/180)＝1730.2328；
第二步，将偏转yto偏转β＝-0.60354°，假设偏转后的值为yao，则yao＝yto/cos(β×π/180)＝-150/cos(-0.60354×π/180)＝-150.00832；
第三步，判断xao＝1730.2328≥0，则利用缩比因子f( x)进行缩比，公式为xdo＝xao×f( x)＝1730.2328×1.01506＝1756.29011；
第四步，判断yao＝-150.00832<0，则利用缩比因子f(-y)进行缩比，公式为ydo＝yao×f(-y)＝-150.00832×1.03407＝-155.11911
从图2、3中可以看出，未修正前的桨尖畸变图像点[xto,yto]经过本方法修正后的位置坐标[xdo,ydo]回到了桨尖位置，说明本方法修正过程准确，有效。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，对本发明进行详细描述，未详尽部分为常规技术。但本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
1.一种模型旋翼声源定位现场标定及图像畸变修正方法，所述模型旋翼声源定位采用声阵列装置接收声源信号，所述声阵列装置由计算机控制；
其特征在于，具体包括如下步骤：
s1：进行声阵列装置平面角调整；将声阵列装置的平面角以及方向调整至与所述模型旋翼桨盘平面一致；
s2：进行声阵列装置中心调整；通过在所述模型旋翼桨毂中心处设置一个喇叭声源，然后在所述控制声阵列装置的计算机上，打开声源定位软件，生成声源云图，实时查看声源定位云图，在声源定位云图中找到最大声源位置，根据所述最大声源位置调整所述声阵列装置，通过调整所述声阵列装置使声源定位云图中的最大声源位置，与声源定位云图中的背景图中所述喇叭声源的位置重合；
s3：获取4个桨尖方位声源定位位置；将所述模型旋翼中的一片设定为0°方位，将所述喇叭声源放置在该片桨叶桨尖位置处，打开声源，然后在所述控制声阵列装置的计算机上，打开声源定位软件，生成声源云图，实时查看声源定位云图，在声源定位云图中找到并记录下最大声源位置，记为[x0,y0]；按照规定方式转动桨叶，分别记录90°、180°、270°桨叶最大声源位置，分别记为[x90,y90]、[x180,y180]、[x270,y270]；
s4：计算声源定位图像畸变修正系数；所述修正系数包括x轴偏转角α、y轴偏转角β、 x轴缩比因子f( x)、 y轴缩比因子f( y)、-x轴缩比因子f(-x)、-y轴缩比因子f(-y)，具体计算步骤如下：
s401，计算x轴偏转角α，计算公式为α＝arctan((y180-y0)/(x180-x0))×180/π；
s402，计算y轴偏转角β，计算公式为β＝arctan((x90-x270)/(y90-y270))×180/π；
s403，计算 x轴缩比因子f( x)，计算公式为f( x)＝r/(x0/cos(α×π/180))；
s404，计算 y轴缩比因子f( y)，公式为f( y)＝r/(y90/cos(β×π/180))；
s405，计算-x轴缩比因子f(-x)，公式为f(-x)＝-r/(x180/cos(α×π/180)；
s406，计算-y轴缩比因子f(-y)，公式为f(-y)＝-r/(y270/cos(β×π/180))
s5：修正计算声源定位畸变图像；
假设未修正前的声源定位图像上某一点的坐标为[xto,yto],修正后的的坐标为[xdo,ydo],修正计算步骤如下：
s501，将偏转xto偏转α角，假设偏转后的值为xao，则xao＝xto/cos(α×π/180)；
s502，将偏转yto偏转β角，假设偏转后的值为yao，则yao＝yto/cos(β×π/180)；
s503，对经偏转后xao的进行判断，如果xao≥0，则利用缩比因子f( x)进行缩比，计算公式为xdo＝xao×f( x)；如果xao<0，则利用缩比因子f(-x)进行缩比，公式为xdo＝xao×f(-x)；
s504，对经偏转后yao的进行判断，判断如果yao≥0，则利用缩比因子f( y)进行缩比，计算公式为ydo＝yao×f( y)，如果yao<0，则利用缩比因子f(-y)进行缩比，计算公式为ydo＝yao×f(-y)。
2.根据权利要求1所述的一种模型旋翼声源定位现场标定及图像畸变修正方法，其特征在于，在所述步骤s1中，选取所述模型旋翼所有旋转状态中的倾转角度的中间值。
3.根据权利要求1所述的一种模型旋翼声源定位现场标定及图像畸变修正方法，其特征在于，在所述步骤s2中，所述喇叭声源选用小型全向喇叭。
4.根据权利要求1所述的一种模型旋翼声源定位现场标定及图像畸变修正方法，其特征在于，在所述步骤s2中，所述喇叭声源与周围环境颜色对比反差大，选择亮色，可选择红色、绿色、橙色中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种模型旋翼声源定位现场标定及图像畸变修正方法，其特征在于，在所述步骤s2中，所述喇叭声源声压级必须比标定现场背景噪声至少大20dba。
6.根据权利要求1所述的一种模型旋翼声源定位现场标定及图像畸变修正方法，其特征在于，在所述步骤s3中，所述步骤s3中，所述喇叭声源放置在该片桨叶1/4弦线桨尖位置处。
7.根据权利要求1所述的一种模型旋翼声源定位现场标定及图像畸变修正方法，其特征在于，在所述步骤s2中，所述喇叭声源声频为1000hz。
8.根据权利要求1所述的一种模型旋翼声源定位现场标定及图像畸变修正方法，其特征在于，在所述步骤s3中，所述喇叭声源声频为1000hz。
技术总结