[發(fā)明專利]用衛(wèi)星陀螺數(shù)據(jù)辨識整星撓性振動模態(tài)頻率的方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910017072.X
• 申請日: 2019-01-08
• 公開（公告）號: CN109655218B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發(fā)明（設計）人: 呂旺;董瑤海;周徐斌;王皓;蘇若斌;宋效正
• 申請（專利權）人: 上海衛(wèi)星工程研究所
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國中

本發(fā)明提供了一種用衛(wèi)星陀螺數(shù)據(jù)辨識整星撓性振動模態(tài)頻率的方法及系統(tǒng)，包括：選取衛(wèi)星在軌噴氣閉環(huán)控制后的欠阻尼自由振動區(qū)的姿態(tài)角速度測量數(shù)據(jù)；對姿態(tài)角速度測量數(shù)據(jù)進行關注頻帶的帶通濾波，得到濾波后的姿態(tài)角速度；分析濾波后姿態(tài)角速度的功率譜密度，計算關注模態(tài)的在軌振動頻率。本發(fā)明滿足撓性衛(wèi)星在軌結構動力學特性辨識的需求，不需要在撓性附件上其他安裝傳感器，僅利用衛(wèi)星平臺現(xiàn)有慣性姿態(tài)敏感器的測量數(shù)據(jù)進行分析處理。避免了因安裝其他振動傳感器而增加的衛(wèi)星設計、制造難度和在軌運行的風險。

技術領域

本發(fā)明涉及測量測試技術領域，具體地，涉及利用衛(wèi)星陀螺數(shù)據(jù)辨識整星撓性振動模態(tài)頻率的方法及系統(tǒng)。

背景技術

隨著航天技術的不斷發(fā)展，大型空間結構已經(jīng)是航天領域中的一個重要發(fā)展方向，也將是空間開發(fā)必備的基礎設施，可參考(于登云,夏人偉,孫國江.在軌航天器動力學參數(shù)辨識技術研究.中國空間科學技術，2008年2月，第1期)。為獲取撓性衛(wèi)星結構動力學特性，常采用有限元建模、地面試驗和在軌辨識等方法計算振動模態(tài)參數(shù)。有限元建模過程中的模型簡化、條件假設等影響了模型精度，特別是難以對鉸鏈等接觸式機構精確建模。由于重力和大氣阻力等因素的影響，大型撓性結構很難在地面進行組裝并實施全尺寸的動力學參數(shù)辨識試驗。因此，對于帶有大型撓性附件的航天器，難以通過有限元建模或地面試驗得到精確的結構動力學參數(shù)。基于上述因素，對太陽陣、空間展開天線等大撓性結構進行在軌模態(tài)參數(shù)辨識研究是十分迫切和必要的，同時也具有較高的理論意義和實際應用價值。撓性衛(wèi)星結構動力學參數(shù)包括模態(tài)頻率、模態(tài)阻尼、陣型、耦合系數(shù)等，這些參數(shù)具有重要的物理意義，可以為空間撓性部件的結構設計、結構健康監(jiān)測、結構故障診斷、結構振動控制等方面的應用提供必要的支持，可參考專利CN102982196A。如專利CN103926840A介紹了一種利用ZVD成型器主動抑制太陽帆板撓性振動的方法，以對撓性模態(tài)阻尼比和模態(tài)頻率作為模型輸入。

目前在結構動力學領域的模態(tài)參數(shù)辨識方法主要包括頻域方法、時域方法和近年興起的時頻域方法三種。大多數(shù)方法需要利用在軌激勵和在撓性附件上布置傳感器獲取信息，如(李逍然.大型太陽能帆板模態(tài)參數(shù)在軌辨識研究.哈爾濱工業(yè)大學碩士學位論文，2013年6月)研究了撓性附件上傳感器的最小配置數(shù)量和最優(yōu)布局方案；專利CN105486474A介紹了一種衛(wèi)星撓性部件的在軌模態(tài)辨識的實現(xiàn)系統(tǒng)及方法，需要對撓性附件進行脈沖激勵，接收和監(jiān)測各個測點的脈沖響應信號，并采集衛(wèi)星在軌穩(wěn)態(tài)運行過程中衛(wèi)星撓性部件所產(chǎn)生的加速度響應信號；專利CN106557633A和專利CN107609296A介紹了衛(wèi)星太陽陣傳感器布局的兩種方法。專利CN106408570A基于雙目視覺測量的太陽帆展開結構動特性在軌辨識方法，從圖像中直接提取結構振動位移信息，進而通過工作模態(tài)分析技術實時獲取結構的動態(tài)特性，實現(xiàn)結構動特性的在軌辨識。也有兩項專利提出了利用陀螺測量的姿態(tài)角速度數(shù)據(jù)對撓性衛(wèi)星模態(tài)參數(shù)的在軌辨識方法：專利CN103970964A介紹了一種撓性衛(wèi)星模態(tài)參數(shù)在軌辨識方法，需要采集到執(zhí)行機構施加到撓性衛(wèi)星體上的力矩和撓性衛(wèi)星體相對慣性坐標系的角速度信息，利用子空間辨識算法獲得模態(tài)參數(shù)與力矩到角速度的傳遞函數(shù)。專利CN105157728A提出了一種可抑制陀螺噪聲影響的撓性衛(wèi)星模態(tài)參數(shù)辨識方法，也是利用衛(wèi)星在軌飛行時衛(wèi)星本體角速度的測量數(shù)據(jù)辨識整星的模態(tài)頻率和模態(tài)阻尼比參數(shù)，對陀螺數(shù)據(jù)進行差分處理抑制這兩部分噪聲引起的辨識誤差。

以上撓性衛(wèi)星在軌動力學參數(shù)辨識方法在工程應用方面有兩個約束：一是在軌航天器難于施加動力學參數(shù)辨識所需要的已知激勵，只能利用在軌航天結構的展開和收攏，結構的對接和分離、發(fā)動機的點火等產(chǎn)生激勵源進行激勵，而這些激勵源信號都難于測量，可參考(于登云,夏人偉,孫國江.在軌航天器動力學參數(shù)辨識技術研究.中國空間科學技術，2008年2月，第1期)。二是在撓性附件上安裝振動傳感器的數(shù)量收到工程實施的限制。一般的撓性附件均需要在軌展開，各類速度、加速度、位移傳感器的安裝固定、電纜鋪設等均對展開機構產(chǎn)生不利影響，增加了設計難度。此外，對于太陽陣等旋轉撓性部件還需要增加驅(qū)動機構滑環(huán)信號通道數(shù)量。

發(fā)明內(nèi)容