[發明專利]利用陀螺數據辨識衛星撓性附件在軌振動狀態方法與系統

有效

• 申請號: 201910017079.1
• 申請日: 2019-01-08
• 公開（公告）號: CN109612664B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 呂旺;董瑤海;鄧泓;劉培玲;宋效正;曾擎
• 申請（專利權）人: 上海衛星工程研究所
• 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

1.一種利用陀螺數據辨識衛星撓性附件在軌振動狀態的方法，其特征在于，包含以下步驟：

姿態角速度獲取步驟：獲取衛星在軌噴氣閉環控制后的欠阻尼自由振動區的i軸對應的姿態角速度測量數據ω_i(t)，其中i軸為空間直角坐標系中的X軸、Y軸、Z軸中的任一個軸；

濾波步驟：對ω_i(t)進行濾波獲得濾波后的i軸姿態角速度數據ω′_i(t)；

時間序列計算步驟：根據ω′_i(t)計算獲得模態變量的時間序列η_i(t)；

整體位移獲取步驟：根據η_i(t)與振動模態陣型數據D_i，計算得到撓性附件上各結點的整體位移情況；

端部位移計算步驟：根據η_i(t)與端部結點陣型數據d_i，計算得到衛星撓性附件在軌振動端部位移m_i(t)；

相對位移計算步驟：根據η_i(t)與撓性附件上任意兩結點的陣型數據，計算得到撓性附件上任意兩結點的相對位移m₁₂(t)；

時間序列計算步驟包含以下步驟：

一階導數轉化步驟：根據如下公式對ω′_i(t)進行處理：

式中：為i軸對應的模態變量的一階導數；

J_i為衛星在i軸方向的轉動慣量；

B_i為i軸對應的撓性附件振動模態的轉動耦合系數；

積分步驟：對進行積分計算，獲得η_i(t)；

相對位移m₁₂(t)通過如下計算公式得到：

m₁₂(t)＝(d₁-d₂)η_i(t)；

式中：d₁、d₂分別為所求相對位移對應的撓性附件上兩結點的陣型數據。

2.根據權利要求1所述的利用陀螺數據辨識衛星撓性附件在軌振動狀態的方法，其特征在于，在姿態角速度獲取步驟中，ω_i(t)是衛星在軌噴氣控制后欠阻尼自由振動時期，通過衛星陀螺測量得到的。

3.根據權利要求1所述的利用陀螺數據辨識衛星撓性附件在軌振動狀態的方法，其特征在于，所述濾波步驟包含以下步驟：

關注振動頻帶設置步驟：設置i軸方向的關注振動頻帶為[f₁,f₂]Hz；

剝離步驟：令帶通濾波器對ω_i(t)行濾波處理，剝離ω_i(t)中的超過設定值的周期運動和高頻振動分量，僅保留關振動注頻帶內的振動信息，得到ω′_i(t)。

4.根據權利要求3所述的利用陀螺數據辨識衛星撓性附件在軌振動狀態的方法，其特征在于，整體位移獲取步驟中，將η_i(t)與振動模態陣型數據D_i相乘，獲得撓性附件上各結點在設定時期的整體位移情況。

5.根據權利要求4所述的利用陀螺數據辨識衛星撓性附件在軌振動狀態的方法，其特征在于，還包含主振動模態判斷步驟：根據所述整體位移情況，判斷撓性附件在每個振動方向上是否僅有一個主振動模態；若是，則繼續執行端部位移計算步驟與相對位移計算步驟；若否，則返回執行濾波步驟并調整關注振動頻帶。

6.根據權利要求3所述的利用陀螺數據辨識衛星撓性附件在軌振動狀態的方法，其特征在于，關注振動頻帶設置步驟中，根據地面整星結構動力學分析計算結果，設置i軸方向的關注振動頻帶。

7.根據權利要求1所述的利用陀螺數據辨識衛星撓性附件在軌振動狀態的方法，其特征在于，m_i(t)通過如下計算公式得到：

m_i(t)＝d_iη_i(t)。

8.一種利用陀螺數據辨識衛星撓性附件在軌振動狀態的系統，其特征在于，包含以下模塊：

姿態角速度獲取模塊：獲取衛星在軌噴氣閉環控制后的欠阻尼自由振動區的i軸對應的姿態角速度測量數據ω_i(t)，其中i軸為空間直角坐標系中的X軸、Y軸、Z軸中的任一個軸；

濾波模塊：對ω_i(t)進行濾波獲得濾波后的i軸姿態角速度數據ω′_i(t)；

時間序列計算模塊：根據ω′_i(t)計算獲得模態變量的時間序列η_i(t)；

整體位移獲取模塊：根據η_i(t)與振動模態陣型數據D_i，計算得到撓性附件上各結點的整體位移情況；

端部位移計算模塊：根據η_i(t)與端部結點陣型數據d_i，計算得到衛星撓性附件在軌振動端部位移m_i(t)；

相對位移計算模塊：根據η_i(t)與撓性附件上任意兩結點的陣型數據，計算得到撓性附件上任意兩結點的相對位移m₁₂(t)；

時間序列計算模塊包含：

一階導數轉化：根據如下公式對ω′_i(t)進行處理：

式中：為i軸對應的模態變量的一階導數；

J_i為衛星在i軸方向的轉動慣量；

B_i為i軸對應的撓性附件振動模態的轉動耦合系數；

積分：對進行積分計算，獲得η_i(t)；

相對位移m₁₂(t)通過如下計算公式得到：

m₁₂(t)＝(d₁-d₂)η_i(t)；

式中：d₁、d₂分別為所求相對位移對應的撓性附件上兩結點的陣型數據。