单层翼伞应用于航天器返回回收领域具有独特的优势,为了研究单层翼伞的工作性能,对单层翼伞进行飞行空投试验是最直接有效的测试方法。本文以NASA进行的某双龙骨单层翼伞空投试验的录像资料为研究对象,使用数字图像处理方法,研究单层翼伞的飞行特性,并根据航天器返回回收单层翼伞的特点设计一套伞载设备的测试系统虚拟样机。本文首先研究了单层翼伞在开伞过程中伞衣的投影面积变化规律。为了研究翼伞的开伞特性,用伞衣的投影面积变化表征翼伞伞衣的变化情况。通过对伞载录像进行逐帧分析,使用数字图像处理技术,排除干扰因素,识别伞衣区域,提取并修补伞衣轮廓,得到了该单层翼伞在开伞过程中的投影面。其次研究了单层翼伞的伞-物之间相对运动情况。由于伞衣上具有标记的识别点,通过基于颜色的Mean Shift算法,分别对视频录像中的标记点进行识别追踪,得到了翼伞伞衣相对于载荷(回收物)的x方向和y方向的位移变化以及伞-物之间的相对转角的变化。最后根据航天器返回回收的试验特点,初步设计了一套单层翼伞伞载测试系统虚拟样机。通过对测试系统所需的各种元件进行分析研究,选取合适的测试元件,设计了测试系统封装外壳。