[發(fā)明專利]一種多損傷特征重構(gòu)的空間碎片防護構(gòu)型損傷評估方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910373516.3
• 申請日: 2019-05-07
• 公開（公告）號: CN110298061B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃雪剛;殷春;張昊楠;李毅;石安華;姜林;文雪忠;鞏德興;陳曉輝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國空氣動力研究與發(fā)展中心超高速空氣動力研究所
• 主分類號: G06V10/80
• 分類號: G06V10/80;G06V20/40;G06V10/26;G06V10/34;G06V10/30;G06V10/52;G06V10/762;G06V10/764;G06F30/15;G06F30/20
• 代理公司: 綿陽遠卓弘睿知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 51371
• 代理人: 賈曉燕

本發(fā)明公開了一種多損傷特征提取的超高速撞擊損傷檢測方法，通過建立多稀疏模型，并運用獨立成分分析重構(gòu)待檢測試件表面及亞表面的損傷信息；之后，通過圖像平滑和分割算法去除圖像中與損傷無關(guān)的信息；最終通過圖像融合算法實現(xiàn)對于損傷情況的準確描述。本發(fā)明將數(shù)學(xué)模型與超高速撞擊損傷特性結(jié)合在一起，提出新的損傷檢測模型。不僅能夠重構(gòu)表面損傷，同時能夠重構(gòu)待檢測試件的亞表面的損傷情況；本發(fā)明提出了對于超高速撞擊損傷檢測的整體算法框架，其中包括：碎片云圖像的處理；表面損傷和亞表面損傷信息的重構(gòu)；平滑和分割來去除非損傷噪聲；圖像融合實現(xiàn)損傷的可視化準確描述。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航天器空間碎片撞擊防護技術(shù)領(lǐng)域，更為具體的講，涉及一種針對空間碎片超高速撞擊防護結(jié)構(gòu)緩沖屏產(chǎn)生的二次碎片云及其對后墻損傷狀態(tài)的綜合評估方法。

背景技術(shù)

微流星體和地球軌道垃圾等空間碎片的超高速撞擊是導(dǎo)致在軌航天器表面物理損傷的主要原因之一，空間碎片超高速撞擊速度通常達到每秒幾公里甚至幾十公里。對于質(zhì)量較大的空間碎片國際上統(tǒng)一進行編目和跟蹤預(yù)警以實現(xiàn)航天器在軌調(diào)整規(guī)避，然而對于厘米級以下的空間碎片則需要有效的被動防護手段。因此，暴露于空間碎片環(huán)境中的各類航天器必須進行空間碎片防護設(shè)計以及地面超高速撞擊防護性能考核評估。

經(jīng)典的空間碎片Whipple防護構(gòu)型由具有間隔的兩層鋁合金薄板組成，其中前板(也稱為緩沖屏)主要作用是在超高速初始撞擊過程中對空間碎片進行有效地破碎而產(chǎn)生二次碎片云，通過碎片云的動能分散作用而顯著減少對防護結(jié)構(gòu)后板(也稱為后墻)的損傷。基于上述基本防護原理，國內(nèi)外開發(fā)出了很多用于空間碎片防護構(gòu)型的新型緩沖屏材料，以增強緩沖屏對超高速空間碎片的破碎能力，從而提高防護構(gòu)型的空間碎片防護能力。為了評價這些新型緩沖屏材料的空間碎片超高速撞擊防護能力，需要結(jié)合碎片云結(jié)構(gòu)特征(既緩沖屏對彈丸的破碎形態(tài))及其對后墻損傷狀態(tài)進行綜合評價。由于碎片云特殊的結(jié)構(gòu)特征造成了后墻會出現(xiàn)多種不同的損傷模式，既包括表面可見的撞擊坑、穿孔等，也包括表面不可見的內(nèi)部層裂、背面剝落等損傷模式，它們可能同時存在也可能部分存在，因此對其進行損傷評價具有很大難度。

目前針對航天器防護結(jié)構(gòu)的不同緩沖屏材料防護性能進行評估，主要是依靠多次超高速撞擊試驗以測得防護結(jié)構(gòu)后墻發(fā)生可見穿孔損傷時的臨界彈丸直徑。上述損傷評價方法需要開展不同撞擊參數(shù)下的大量超高速撞擊試驗，不僅試驗測試成本較高，而且受人為主觀因素影響較大。更為關(guān)鍵的是，上述損傷評估方法僅僅依靠觀察后墻是否發(fā)生穿孔損傷，忽略了其它的碎片云撞擊后墻損傷特征，沒有將后墻的類型損傷、損傷程度與碎片云特征結(jié)合起來，從而也無法對不同緩沖屏材料的空間碎片超高速撞擊損傷進行準確評估，因此需要發(fā)展針對碎片云超高速撞擊損傷的具有較高可視化和自動化程度的綜合評估技術(shù)。為此，本發(fā)明基于均值漂移算法對碎片云圖像進行處理，基于模糊C均值(FCM)和獨立成分分析(ICA)提取碎片云撞擊后墻的多類型損傷特征圖像，結(jié)合碎片云結(jié)構(gòu)特征與后墻多損傷融合圖像綜合評估不同緩沖屏材料防護構(gòu)型的超高速撞擊損傷行為。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有防護構(gòu)型性能評估技術(shù)的不足，提出一種基于碎片云結(jié)構(gòu)特征及其對后墻損傷圖像的超高速撞擊損傷評估方法，具有合理性強，結(jié)果更加準確，可視化效果好等優(yōu)點。

為了實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點，提供了一種多損傷特征重構(gòu)的空間碎片防護構(gòu)型緩沖屏損傷評估方法，包括以下步驟：

步驟一、將待評估緩沖屏材料前板與航天用鋁合金后墻板組成Whipple防護構(gòu)型；利用超高速彈道靶設(shè)備發(fā)射鋁合金彈丸超高速撞擊Whipple防護構(gòu)型，用于模擬空間碎片超高速撞擊防護構(gòu)型過程，鋁合金彈丸直徑與緩沖屏厚度基本相當(dāng)；

步驟二、利用多站光電探測器測得鋁合金彈丸撞擊速度，利用超高速序列激光陰影成像設(shè)備記錄鋁合金彈丸超高速撞擊緩沖屏產(chǎn)生的二次碎片云陰影圖像序列；同時獲取碎片云撞擊后墻的損傷樣品；

步驟三、通過均值漂移算法對碎片云序列激光陰影圖像進行平滑和分割，以消除噪聲干擾，提取碎片云主要特征信息；