[發明專利]利用衛星陀螺數據辨識整星撓性振動模態阻尼方法與系統

在審

• 申請號: 201910020518.4
• 申請日: 2019-01-09
• 公開（公告）號: CN109917797A
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: 呂旺;周徐斌;董瑤海;信思博;向明江;宋效正
• 申請（專利權）人: 上海衛星工程研究所
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國中

本發明提供了一種利用衛星陀螺數據辨識整星撓性振動模態阻尼的方法，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)；阻尼計算步驟：根據計算獲得i軸振動模態的阻尼ξ_i。相應地，本發明還提供了一種利用衛星陀螺數據辨識整星撓性振動模態阻尼的系統。本發明不需要在撓性附件上其他安裝傳感器，僅利用衛星平臺現有慣性姿態敏感器的測量數據進行分析處理。

技術領域

本發明涉及衛星監控領域，具體地，涉及一種利用衛星陀螺數據辨識整星撓性振動模態阻尼的方法與系統。尤其涉及一種用于撓性衛星在軌振動模態的在軌辨識方法與系統，具體地說是一種對衛星在軌撓性振動模態阻尼的辨識方法與系統。

背景技術

隨著航天技術的不斷發展，大型空間結構已經是航天領域中的一個重要發展方向，也將是空間開發必備的基礎設施【于登云,夏人偉,孫國江.在軌航天器動力學參數辨識技術研究.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參數。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。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參數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。撓性衛星結構動力學參數包括模態頻率、模態阻尼、陣型、耦合系數等，這些參數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【CN102982196A】。如【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，以對撓性模態阻尼和模態頻率作為模型輸入。

目前在結構動力學領域的模態參數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參數在軌辨識研究.哈爾濱工業大學碩士學位論文，2013年6月】研究了撓性附件上傳感器的最小配置數量和最優布局方案；【CN105486474A】介紹了一種衛星撓性部件的在軌模態辨識的實現系統及方法，需要對撓性附件進行脈沖激勵，接收和監測各個測點的脈沖響應信號，并采集衛星在軌穩態運行過程中衛星撓性部件所產生的加速度響應信號；【CN106557633A】和【CN107609296A】介紹了衛星太陽陣傳感器布局的兩種方法。【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，進而通過工作模態分析技術實時獲取結構的動態特性，實現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角速度數據對撓性衛星模態參數的在軌辨識方法：【CN103970964A】介紹了一種撓性衛星模態參數在軌辨識方法，需要采集到執行機構施加到撓性衛星體上的力矩和撓性衛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參數與力矩到角速度的傳遞函數。【CN105157728A】提出了一種可抑制陀螺噪聲影響的撓性衛星模態參數辨識方法，也是利用衛星在軌飛行時衛星本體角速度的測量數據辨識整星的模態頻率和模態阻尼參數，對陀螺數據進行差分處理抑制這兩部分噪聲引起的辨識誤差。