[發(fā)明專利]利用衛(wèi)星陀螺數(shù)據(jù)辨識(shí)整星撓性振動(dòng)模態(tài)參數(shù)的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911060913.1
• 申請(qǐng)日: 2019-11-01
• 公開（公告）號(hào): CN110929386A
• 公開（公告）日: 2020-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周徐斌;董瑤海;呂旺;沈毅力;滿孝穎;薛景賽
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海衛(wèi)星工程研究所
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G01C25/00
• 代理公司: 上海段和段律師事務(wù)所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國(guó)中

本發(fā)明提供了一種利用衛(wèi)星陀螺數(shù)據(jù)辨識(shí)整星撓性振動(dòng)模態(tài)參數(shù)的方法，利用衛(wèi)星在軌噴氣控制后欠阻尼自由振動(dòng)時(shí)期陀螺測(cè)量的姿態(tài)角速度數(shù)據(jù)辨識(shí)整星撓性振動(dòng)模態(tài)參數(shù)。整星撓性振動(dòng)模態(tài)參數(shù)包括在軌撓性振動(dòng)模態(tài)頻率和模態(tài)阻尼比。辨識(shí)過程僅利用衛(wèi)星平臺(tái)裝載的陀螺測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，不使用撓性附件上安裝的位移、速度、加速度振動(dòng)傳感器。本方法僅利用衛(wèi)星平臺(tái)現(xiàn)有慣性姿態(tài)敏感器的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。避免了因安裝其他振動(dòng)傳感器而增加的衛(wèi)星設(shè)計(jì)、制造難度和在軌運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。辨識(shí)出的整星撓性振動(dòng)模態(tài)參數(shù)可以為空間撓性部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)、結(jié)構(gòu)故障診斷、結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制等方面的應(yīng)用提供必要的支持。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及衛(wèi)星數(shù)據(jù)辨識(shí)領(lǐng)域，具體地，涉及一種利用衛(wèi)星陀螺數(shù)據(jù)辨識(shí)整星撓性振動(dòng)模態(tài)參數(shù)的方法。

背景技術(shù)

隨著航天技術(shù)的不斷發(fā)展，大型空間結(jié)構(gòu)已經(jīng)是航天領(lǐng)域中的一個(gè)重要發(fā)展方向，也將是空間開發(fā)必備的基礎(chǔ)設(shè)施【于登云,夏人偉,孫國(guó)江.在軌航天器動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)技術(shù)研究.中國(guó)空間科學(xué)技術(shù)，2008年2月，第1期】。為獲取撓性衛(wèi)星結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性，常采用有限元建模、地面試驗(yàn)和在軌辨識(shí)等方法計(jì)算振動(dòng)模態(tài)參數(shù)。有限元建模過程中的模型簡(jiǎn)化、條件假設(shè)等影響了模型精度，特別是難以對(duì)鉸鏈等接觸式機(jī)構(gòu)精確建模。由于重力和大氣阻力等因素的影響，大型撓性結(jié)構(gòu)很難在地面進(jìn)行組裝并實(shí)施全尺寸的動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)試驗(yàn)。因此，對(duì)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(yàn)得到精確的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)參數(shù)。基于上述因素，對(duì)太陽陣、空間展開天線等大撓性結(jié)構(gòu)進(jìn)行在軌模態(tài)參數(shù)辨識(shí)研究是十分迫切和必要的，同時(shí)也具有較高的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。撓性衛(wèi)星結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)、結(jié)構(gòu)故障診斷、結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制等方面的應(yīng)用提供必要的支持【CN102982196A】。如【CN103926840A】介紹了一種利用ZVD成型器主動(dòng)抑制太陽帆板撓性振動(dòng)的方法，以對(duì)撓性模態(tài)阻尼比和模態(tài)頻率作為模型輸入。

目前在結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域的模態(tài)參數(shù)辨識(shí)方法主要包括頻域方法、時(shí)域方法和近年興起的時(shí)頻域方法三種。大多數(shù)方法需要利用在軌激勵(lì)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(shí)研究.哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)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；【CN105486474A】介紹了一種衛(wèi)星撓性部件的在軌模態(tài)辨識(shí)的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)及方法，需要對(duì)撓性附件進(jìn)行脈沖激勵(lì)，接收和監(jiān)測(cè)各個(gè)測(cè)點(diǎn)的脈沖響應(yīng)信號(hào)，并采集衛(wèi)星在軌穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過程中衛(wèi)星撓性部件所產(chǎn)生的加速度響應(yīng)信號(hào)；【CN106557633A】和【CN107609296A】介紹了衛(wèi)星太陽陣傳感器布局的兩種方法。【CN106408570A】基于雙目視覺測(cè)量的太陽帆展開結(jié)構(gòu)動(dòng)特性在軌辨識(shí)方法，從圖像中直接提取結(jié)構(gòu)振動(dòng)位移信息，進(jìn)而通過工作模態(tài)分析技術(shù)實(shí)時(shí)獲取結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)動(dòng)特性的在軌辨識(shí)。也有兩項(xiàng)專利提出了利用陀螺測(cè)量的姿態(tài)角速度數(shù)據(jù)對(duì)撓性衛(wèi)星模態(tài)參數(shù)的在軌辨識(shí)方法：【CN103970964A】介紹了一種撓性衛(wèi)星模態(tài)參數(shù)在軌辨識(shí)方法，需要采集到執(zhí)行機(jī)構(gòu)施加到撓性衛(wèi)星體上的力矩和撓性衛(wèi)星體相對(duì)慣性坐標(biāo)系的角速度信息，利用子空間辨識(shí)算法獲得模態(tài)參數(shù)與力矩到角速度的傳遞函數(shù)。【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(shí)方法，也是利用衛(wèi)星在軌飛行時(shí)衛(wèi)星本體角速度的測(cè)量數(shù)據(jù)辨識(shí)整星的模態(tài)頻率和模態(tài)阻尼比參數(shù)，對(duì)陀螺數(shù)據(jù)進(jìn)行差分處理抑制這兩部分噪聲引起的辨識(shí)誤差。

以上撓性衛(wèi)星在軌動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)方法在工程應(yīng)用方面有兩個(gè)約束：一是在軌航天器難于施加動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)所需要的已知激勵(lì)，只能利用在軌航天結(jié)構(gòu)的展開和收攏，結(jié)構(gòu)的對(duì)接和分離、發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火等產(chǎn)生激勵(lì)源進(jìn)行激勵(lì)，而這些激勵(lì)源信號(hào)都難于測(cè)量【于登云,夏人偉,孫國(guó)江.在軌航天器動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)技術(shù)研究.中國(guó)空間科學(xué)技術(shù)，2008年2月，第1期】。二是在撓性附件上安裝振動(dòng)傳感器的數(shù)量收到工程實(shí)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(shè)等均對(duì)展開機(jī)構(gòu)產(chǎn)生不利影響，增加了設(shè)計(jì)難度。此外，對(duì)于太陽陣等旋轉(zhuǎn)撓性部件還需要增加驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)滑環(huán)信號(hào)通道數(shù)量。