Методы косвенных измерений в ракетомоделизме.

Позволю себе открыть новую тему.
Во-первых, потому, что не знаю в какую другую это подойдет.
А, во-вторых, вроде повод есть.

Выкладываю две картинки из бортового видео первого и второго полета. Цвета отретушированы. Картинки перевернуты (съемка то шла через зеркало).
Моменты перед апогеем (за несколько кадров до начала переворота) . По вращению видно, что наклон к вертикали малый.
Считаю (допуск) визирование вертикальным.
Яркая зеленая полоска – канал до мостика (3 закопанных бетонных трубы), ряска на другую сторону не переходит. (Последнее фото – этот канал, сравните цвета).
У товарища сохранился трек на GPSе, и там есть участок вдоль канала до поворота -406м.
Угол зрения камеры – 40град по горизонтали. Я это сегодня еще раз проверил.
Выполнив несложные вычисления, получаю высоту первого полета примерно 1200м, второго -1500м. (с точностью 10-20м)
На кусочке карты красным отметил этот участок канала. Железная дорога хорошо видна на втором фото.

Если заметили методологические ошибки, подскажите.

40 градусов угла зрения - это ж ещё не всё. Как вы померили то, что получилось на снимке? То есть основание равнобедренного треугольника угла зрения камеры чему равно? по каким критериям? По всему отношению к полному полю зрения?

Извини, не понял.

У меня есть известная длина элемента картинки. Из этого считаю ширину всей картинки, из этого считаю высоту.

Или я не том?

То есть просто пропорция? Двух равнобедренных треугольников?
Я сам не понял метода, вот и уточнял.

Просто сперва подумал, что вы как-то пересчитали пиксели на сантиметр в метры на пиксель, хотел уточнить, каким образом.
Но уже понял, что это не так.

Тут используется предположение что объектив не вносит нелинейных искажений. А это вообще говоря вопрос. Можно нарисовать сетку на листе ватмана и сфотографировать (на худой конец кирпичную стену снять).
Только чтоб настройка на резкость стояла такая-же как в полете.

Думаю, что расчет достаточно хороший. Проверить можеш еще одним способом. На фото виден стабилизатор. Его нижная кромка известной длиньi, расстояние до обектива ( зеркала) тоже. И когда знаеш длину канала 406м...подобие треугольников тебе ясно.
Вообще то , молодец! Додумался

А вот еще вспомнил! Кадр для измерений можно брать только такой где нет сильного движения. А то камера искажает форму быстродвигающегося предмета.

Молодец RLAN.
Именно так делаются оптические расчёты для бортовой оптики. Это правда делается наооборот, из размера пикселя приёмника, фокусного расстояния обьектива и FOV (плоского угла поля зрения) камеры (желающим могу прислать алгоритм). Но ты абсолютно правильно использовал наземные ориентиры для калибровки снимка (фотограмметрия) и определения высоты с которой был сделан снимок. Параллакс, как правильно заметил Андрей, здесь пренебрежимо мал, поэтому можно считать ось снимка вертикальной. И "метеро" (браво, Петр) абсолютно правильно предложил использовать для повышения точности реперные данные размеров ракеты.На самом деле тема использования бортовой оптики в вычислениях реальной траектории полёта чрезвычайно интересна. Как интересны оптические дивайсы в качестве сенсоров апогея или акселерометров. Успехов тебе. Но только не останавливайся на сделанном наспех эксперименте. Тебе по силам вполне заделать настоящую ракету-зонд с бортовой полезной нагрузкой и телеметрией.

Конечно, завидный результат, могу только поздравить и пожелать всеразличных успехов. Однако, совмещение фотографий с реальной топологией - задача весьма непростая... Особенно, когда параметры оптики заранее не промерены. Да, и когда промерены, тоже не сахер.

Какой хороший учебник по фотограметрии был у меня в армии

Wyvern-2> Что интересно, именно таким способом ориентировались в пространстве Вояджеры

Дык, звёзды и поверхность Земли - две большие разницы.

Не вали все в кучу. Межпланетные станции в основном ориентируются в системе Солнце-Земля- Реперная Звезда известной звёздной величины находящяяся в ближайшем секторе небесной полусферы, привязанной к системе собственных координат станции. Случай с ракетой отнесём к привязке к местной вертикали. То есть координаты положения обьекта исчисляются по положению известного ориентира, находящегося на земной поверхности и вертикали. являющейся продолжением главной оси ракеты.

Да, я согласен что нужна была эта тема. Потому что вот еще результат, который кроме нее вроде некуда посылать.

Тестировался самодельный доплеровский радар 23см диапазона. В качестве цели использовалась простейшая "ракета", состоящая из промышленного двигателя С 6-0 (импульс 6,5 Нс, время работы 1,7 с) и стабилизатора в виде палки (ок 50 см, 5 гр). К ракете прикреплены скочем горизонтально в двух перпендикулярных плоскостях и на 2 уровнях 3 рассеивателя - кусочка стальной проволки диам 0,5 мм, длиной 11,55 см (половина длины волны).

Радар ипользует 2 антенны "волновой канал" с усилением в главном луче 15 дБи и шириной ДН (диаграммы направленности) около ±15 градусов по уровню -3 дБ. Левая по рисунку антенна (с толстым кабелем) использовалась в качестве передающей. Частота кварцевого задающего генератора (первый сверху вниз) 36 МГц учетверялась (144МГц), далее следуют утроитель (432 МГц), и еще один (1296,623 МГц). Выходная мощность последнего утроителя (+5дБм) усиливалась резонансным каскадом на BFP450 до +16 дБм, далее выходным каскадом на BFG591 до 23 дБм (200 мВт). Излучение - непрерывное. Приемная часть (на рисунке сверху) состояла из такой же антенны, фильтра на двух спиральных резонаторах (полоса 30 МГц, потери -1 дБ), входного малошумящего усилителя на BFP420 (к нему идет белый провод от отдельных батареек), далее блока детектора приемника, собранного специально для этого применения. Блок состоит из детектора-смесителя на диодах Шоттки BAT17-04, малошумящего УНЧ на ВС549, выходного УНЧ на LM386. Запись доплеровской частоты производилась стареньким компьютером. Измерение скорости автомобилей этим радаром было тестировано на дистанциях превышающих 250 м сквозь листву деревьев. Транспортировка радара была возможна даже на велосипеде.

Результаты.
Сопровождение ракеты проведено на участке траектории длиной 31,3 м в течении 0.419c, который был ограничен входом цели в пределы и выходом за пределы узкой ДН, поскольку запуск производился на отдалении от радара с наклоном в сторону радара. Скорость цели изменялась немонотонно, с тенденцией к насыщению при 70 м/c. В момент времени t=0,314 с произошло скачкообразное изменение ускорения цели, вызванное предположительно частичным разрушением конструкции закрепления рассеивателей (скоч). Это разрушение сопровождалось резким спадом ЭПР (эффективной поверхности рассеяния) цели в течении 10 мс после начала разрушения, с наблюдаемой закруткой траектории, а также уменьшением лобового сопротивления. В дальнейшем установилась новая предельная скорость около 90-100 м/с (М=0,28) с медленным спадом из-за постепенного уменьшения тяги двигателя. Максимальная перегрузка при разгоне 45g. Файл с записью доплеровской частоты для желающих его еще проанализировать прилагается.

Выводы.
Плохая аэродинамика ракеты (торчащие рассеиватели, скоч, отсутствие обтекателя) объясняют низкую предельную скорость цели в этом тесте. ЭПР цели был достаточен для сопровождения на начальном участке траектории даже после частичного разрушения закрепления рассеивателей. Исходя из предельной скорости и времени работы двигателей предполагаемая высота подъема 200 м.
Преимущества радара - отсутствие электроники на борту ракеты. Недостаток - необходимость широких отражателей (которые впрочем могут быть выполнены в виде стабилизатора ракеты, покрытого фольгой шириной 11.6 см) и сложность конструкции. Кварцевый возбудитель может быть заменен обычным генератором с некоторым ухудшением точности из-за нестабильности частоты.Остается также проблема удержания ракеты в пределах относительно узкого луча радара.

ikono> Да, я согласен что нужна была эта тема. Потому что вот еще результат, который кроме нее вроде некуда посылать.

Да такой результат можно в любую тему посылать! ;^))
Тем более, что это вроде бы прямое измерение, а не косвенное. Или как это считается?

ikono> Недостаток - необходимость широких отражателей (которые впрочем могут быть выполнены в виде стабилизатора ракеты, покрытого фольгой шириной 11.6 см)

Так всю ракету не нужно покрывать фольгой, достаточно стабилизаторов? Это хорошо.

ikono> Остается также проблема удержания ракеты в пределах относительно узкого луча радара.

Если ракета летит более-менее вертикально, а радар стоит возле старта и направлен вверх, этого будет достаточно?

Какая погрешность этих измерений? Насколько точно можно расчитать высоту полёта по таким данным?

Что касается отражателя. Если РАЗМАХ стабилизаторов ракеты + 1,5 диаметра корпуса близок к 11 см или больше, проблем вообще нет. Т.е. достаточно, если высота стабилизаторов над корпусом 5 см. Нужно только делать отражатель, проходящий с одного стабилизатора на другой по корпусу. Полоски в 2 см достаточно. Ширина полоски влияет в первую очередь на широкополосность вибратора. Если конструктивно неудобно делать непрерывную полоску, можно соединить половинки проводом, но частота при этом изменится, провод имеет относительно малый поперечник, и поэтому является сосредоточенной индуктивностью. В принципе, всё решается подгонкой, поэтому длину полосок надо взять с небольшим запасом
Если ширина одного стабилизатора близка к 10 см, то вибраторы нужно делать отдельно на каждый стабилизатор, но, при этом, придётся учитывать их взаимовлияние.

ikono, 16.10.2005 15:10:35:

А.С.> Для правильного определения высоты нужно переходить от непрерывного излучения к модулированному.
Это не так просто. Треугольная ЧМ подходит плохо из-за доплера, модуляция псевдослучайным кодом довольно сложна, хороша импульсная модуляция, но цель слишком близко... Импульс должен быть ну хоть 100 колебаний, а длина такого пакета под 10 метров! Такая точность, похоже, нам не нужна.

 

Нет, не треугольная ЧМ, а пилообразная! Тогда сигнал разностной частоты получается столь же просто, но несёт информацию о некоем функционале скорости и частоты, который раскладывается на составляющие за счёт временнОй привязки к скачку частоты в записанном сигнале!

ikono, 16.10.2005 15:10:35:

А.С.> Попытка определения высоты по профилю скорости упрётся в неточность аэродинамической модели ракеты.
Не согласен. Путь это интеграл скорости по времени, по определению. Высота - интеграл проекции скорости на вертикаль. Аэродинамика здесь не при чем, я уверен.

 

Как известно, интеграл известен с точностью до константы :), а чтобы эту константу определить, нужно либо следить за ракетой с момента отрыва от стола, либо точно знать её аэродинамику.