[發(fā)明專利]航天器在軌泄漏定位方法和系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811438542.1
• 申請日: 2018-11-28
• 公開（公告）號: CN109870276A
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 樊程廣;趙勇;楊磊;陳勇;劉賢鋒;趙光玖
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號: G01M3/24
• 分類號: G01M3/24
• 代理公司: 長沙智嶸專利代理事務(wù)所(普通合伙) 43211
• 代理人: 劉宏

本發(fā)明公開了一種航天器在軌泄漏定位方法及系統(tǒng)，該方法包括：在加強(qiáng)筋薄板結(jié)構(gòu)上設(shè)置陣列傳感器以接收泄漏源位置產(chǎn)生的聲波信號并采集聲波信號；對采集的聲波信號進(jìn)行時(shí)域處理；對經(jīng)時(shí)域處理后的聲波信號執(zhí)行時(shí)間反轉(zhuǎn)過程以輸出可視化圖像；根據(jù)圖像中的特征確定泄漏源的位置。本發(fā)明通過基于聲學(xué)時(shí)間反轉(zhuǎn)的接觸式檢測方式，在加強(qiáng)筋薄板結(jié)構(gòu)上設(shè)置陣列傳感器，利用陣列傳感器實(shí)時(shí)接收聲波信號并采集聲波信號，通過對所采集的聲波信號進(jìn)行信號處理實(shí)現(xiàn)對泄漏源的成像定位，可解決航天器加強(qiáng)筋薄板結(jié)構(gòu)受高速運(yùn)行空間碎片撞擊發(fā)生泄漏無法快速檢測和準(zhǔn)確定位的問題，檢測結(jié)果更直觀、更精確，從而提高航天器在軌運(yùn)行的安全性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航天器聲學(xué)檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別地，涉及一種航天器在軌泄漏定位方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著人類航天活動(dòng)的蓬勃發(fā)展，在軌航天器數(shù)目不斷增多，在政治、經(jīng)濟(jì)、軍事、社會(huì)等領(lǐng)域帶來了巨大的效益和影響，然而，航天器失效、退役、解體后會(huì)產(chǎn)生大量的空間碎片。在軌運(yùn)行的航天器，尤其是空間站這種大型的載人航天器，受到高速運(yùn)行空間碎片撞擊發(fā)生泄漏的概率顯著增大，嚴(yán)重威脅航天器的穩(wěn)定運(yùn)行和航天員的生命安全，進(jìn)而影響航天器在通信、導(dǎo)航等領(lǐng)域發(fā)揮作用。近年來，空間碎片和航天器撞擊的事件時(shí)有發(fā)生。長期在軌運(yùn)行的航天器都將面臨由于空間碎片撞擊而發(fā)生泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，因此，在不斷提高航天器結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)的同時(shí)，需要重點(diǎn)提升在軌泄漏檢測的能力，在泄漏發(fā)生時(shí)進(jìn)行快速檢測和準(zhǔn)確定位。

已有的航天器在軌泄漏定位方法是航天員通過便攜式超聲檢漏設(shè)備，對航天器結(jié)構(gòu)進(jìn)行非接觸式檢測。其基本原理是航天員利用設(shè)備，將氣體泄漏產(chǎn)生的聲波信號轉(zhuǎn)換為人耳可聽的音頻信號，通過配套的耳機(jī)聽到這些聲音，并通過直觀的方式看到強(qiáng)度指示，判斷是否有泄漏產(chǎn)生。非接觸式檢測方法需要航天員進(jìn)行手動(dòng)操作，通過不斷調(diào)整航天員的位置與設(shè)備的探頭指向來查找泄漏位置。雖然該方法經(jīng)過了在軌測試，但是存在容易受到艙內(nèi)背景噪聲的干擾、檢測區(qū)域小、檢測效率低、無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)并定位泄漏源等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種航天器在軌泄漏定位方法和系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有檢測方式效率低、無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)并定位泄漏源的技術(shù)問題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一方面，本發(fā)明提供了一種航天器在軌泄漏定位方法，用于對航天器的加強(qiáng)筋薄板結(jié)構(gòu)的泄漏源位置進(jìn)行接觸式檢測，該方法包括：

在加強(qiáng)筋薄板結(jié)構(gòu)上設(shè)置陣列傳感器以接收泄漏源位置產(chǎn)生的聲波信號并采集聲波信號；

對采集的聲波信號進(jìn)行時(shí)域處理；

對經(jīng)時(shí)域處理后的聲波信號執(zhí)行時(shí)間反轉(zhuǎn)過程以輸出可視化圖像；

根據(jù)圖像中的特征確定泄漏源的位置。

進(jìn)一步地，在加強(qiáng)筋薄板結(jié)構(gòu)上設(shè)置陣列傳感器以接收泄漏源位置產(chǎn)生的聲波信號并采集聲波信號的步驟包括：

在加強(qiáng)筋薄板結(jié)構(gòu)上與加強(qiáng)筋相反的表面設(shè)置多個(gè)陣列傳感器形成分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)，利用多個(gè)陣列傳感器接收泄漏源位置產(chǎn)生的聲波信號；

采集陣列傳感器接收到的聲波信號。

進(jìn)一步地，對采集的聲波信號進(jìn)行時(shí)域處理的步驟包括：

基于不同模態(tài)、不同頻率聲波與加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)的作用機(jī)理，確定聲波信號的傳播模態(tài)和頻率范圍；

對陣列傳感器接收到的聲波信號進(jìn)行時(shí)域加窗函數(shù)處理，提取S0模態(tài)的蘭姆波。

進(jìn)一步地，對經(jīng)時(shí)域處理后的聲波信號執(zhí)行時(shí)間反轉(zhuǎn)過程以輸出可視化圖像的步驟包括：

將經(jīng)時(shí)域處理后的聲波信號轉(zhuǎn)換為頻域信號；

選擇頻率范圍，構(gòu)建多態(tài)響應(yīng)矩陣；