[發明專利]基于智能蒙皮的復雜曲面高動態形變測量系統及測量方法

有效

• 申請號: 201910390048.0
• 申請日: 2019-05-10
• 公開（公告）號: CN110053787B
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 于瑞航;曹聚亮;吳美平;蔡劭琨
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G06F17/40
• 分類號: G06F17/40;B64F5/60;G01B7/16
• 代理公司: 國防科技大學專利服務中心 43202
• 代理人: 王文惠

1.基于智能蒙皮的復雜曲面高動態形變測量系統，其特征在于，包括以下各分系統：智能蒙皮、信號源發生器、信號接收終端、射頻線纜、調制解調器；

所述信號源發生器用于產生特定偽隨機碼載波信號；

所述智能蒙皮通過粘膠貼附于飛機機翼表面各處，智能蒙皮用于接收信號源發生器發來的偽隨機碼載波信號，并在原有載波信號中加入自身ID識別信息后以無線電波形式發出；

所述信號接收終端用于接收智能蒙皮天線發射的載波信號；

所示調制解調器用于將信號接收終端接收的載波信號進行解調解析處理，計算由每個智能蒙皮發射的信號達到接收終端時間，完成高精度測距和復雜曲面形變測量功能；

所述射頻線纜用于連接信號源發生器、智能蒙皮、信號接收終端分系統，完成信號流通功能。

2.基于智能蒙皮的復雜曲面高動態形變測量方法，其特征在于，采用權利要求1所述的基于智能蒙皮的復雜曲面高動態形變測量系統進行測量，包括以下步驟：

步驟一，柔性智能蒙皮貼合曲面結構表面：

將非金屬柔性薄壁復合材料制成的電子蒙皮貼合在曲面結構的內外表面，不改變飛行器結構，以保持飛行器理想氣動外形；

步驟二，信號源發生器產生載波信號：

利用信號源發生器生成特定的偽隨機碼載波信號S，利用相同材質、相同長度的射頻線纜將偽隨機碼載波信號發送至貼附在飛行器機翼上不同位置的智能蒙皮，使得信號到達每個智能蒙皮的時間處于同步狀態；智能蒙皮天線將帶有自身ID識別信息的載波信號S_i以無線電信號形式發出；

步驟三，接收終端捕獲信號并進行解調處理：

采用射頻線纜將信號源發生器與信號接收終端連接，以實現通信互聯；每個智能蒙皮天線均發出帶有自身ID識別信息的載波信號S_i，接收終端在收到載波信號后，根據預設協議進行快速解調處理；利用偽隨機信號良好的自相關特性，利用式(1)進行相關計算，其中，自相關函數計算式為：

其中，S(t)為信號源發生器生成特定的偽隨機碼載波信號，S_i(t-τ)為接收終端接收的來自第i個智能蒙皮接收碼，由FLL鎖頻環完成對接收信號載波的快速頻率捕獲，再由PLL鎖相環完成對載波相位的精確跟蹤，計算得到每個蒙皮所發信號到達終端的傳輸間隔τ_i；

步驟四，精確計算每個智能蒙皮位置信息：

根據步驟三得到每個智能蒙皮信號到達接收終端的時間τ_i，根據電波在均勻媒質中等速直線傳播的特點，兩點間距離與電波傳播的時間成正比，計算得到每個蒙皮的精確位置，即

r_i＝c·τ_i (2)

式中，c為電波傳播的速度，τ_i為電波在兩點間傳播的時間；

步驟五，基于海量數據，利用機器學習方法進行處理，實現復雜曲面形變測量：

通過步驟一至步驟四，實現每個智能蒙皮距離接收終端的精確位置測量，通過與靜止時機翼上蒙皮位置的標定數據作比較，實現復雜曲面的高動態形變測量；隨著不同機型、不同曲面試驗次數的增多，利用智能蒙皮采集的數據形成不斷增多的海量數據庫；進一步，對海量數據特別是出現故障的設備表面采集的測量數據進行不斷挖掘和學習，采用機器學習方法對數據進行統計、分類、建模和預測，實現對復雜表面關鍵位置的全面數據分析；其中，對測量數據進行分類和預測采用邏輯回歸模型的方法，并使用Sigmoid函數作為假設模型：

其中n表示該樣本共有n維特征，f_i表示x這個樣本第i個特征，θ_i表示x這個樣本第i個特征權重，通過邏輯回歸訓練實現權重θ的學習，并確定測量值x判斷故障y的概率為：

P(y|x；θ)＝h_θ(x)^y+(1-h_θ(x))^1-y (4)

確定損失函數為：

Loss(h_θ(x),y_i)＝log(P(y_i|x；θ))＝-[log(h_θ(x))·y_i+log(1-h_θ(x))·(1-y_i)] (5)

其中y_i為第i個蒙皮發生故障；共有m個蒙皮樣本參與訓練，函數整體損失為：

利用梯度下降法，確定θ的迭代表達式為：

其中，m為數據集中點的個數，α為步長，上角標(i)表示第i個訓練樣本，表示的是第i個訓練記錄的第j個特征；通過計算迭代求解當損失函數最小時的θ向量，求解從而實現復雜曲面形變測量數據分析。