本發(fā)明屬于非電量計(jì)量測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用星載加速度計(jì)間接測(cè)量微振動(dòng)物理量參數(shù)的方法。

背景技術(shù)：

衛(wèi)星空間資源有著嚴(yán)格的限制，以盡可能少的資源實(shí)現(xiàn)任務(wù)目標(biāo)是工程設(shè)計(jì)的基本原則。采用高精度加速度計(jì)測(cè)量航天器微振動(dòng)是通用技術(shù)手段，獲取微振動(dòng)速度和位移通常通過(guò)對(duì)加速度一次積分和二次積分獲得，由此則帶來(lái)積分常數(shù)誤差，如圖3、圖4和圖5所示，存在明顯圖像畸變；同理，對(duì)時(shí)域角加速度進(jìn)行一次積分和二次積分也可以得到時(shí)域角速度和角位移，存在的問(wèn)題也是同樣的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種利用星載加速度計(jì)間接測(cè)量微振動(dòng)物理量參數(shù)的方法，本發(fā)明僅適用兩個(gè)加速度計(jì)就能進(jìn)行微振動(dòng)物理量的測(cè)量，且采用時(shí)頻域轉(zhuǎn)換的方式進(jìn)行計(jì)算，大大減小了誤差。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種利用星載加速度計(jì)間接測(cè)量微振動(dòng)物理量參數(shù)的方法，用于對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行微振動(dòng)物理量參數(shù)的測(cè)量，其中微振動(dòng)物理量參數(shù)包括被測(cè)對(duì)象的線速度、線位移、角速度和角位移；

步驟如下：

步驟(1)在被測(cè)對(duì)象上選定一個(gè)安裝平面，確定坐標(biāo)系；

步驟(2)在所述安裝平面上選擇p和q兩點(diǎn)分別設(shè)置加速度計(jì)，p和q兩點(diǎn)相距l(xiāng)，加速度計(jì)的敏感軸與p和q兩點(diǎn)間的連線相垂直、并在同一平面內(nèi)；

步驟(3)2個(gè)加速度計(jì)敏感所在環(huán)境的加速度，輸出兩組加速度模擬信號(hào)，兩組加速度模擬信號(hào)經(jīng)處理后以數(shù)字信號(hào)的形式下傳到地面；

步驟(4)對(duì)下傳的兩組加速度數(shù)字信號(hào)解析后進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理包括：零偏修正、物理量變換、添加時(shí)間序列，得兩組微振動(dòng)線加速度時(shí)域數(shù)據(jù)：ap(kδt)和aq(kδt)；

其中k為采樣序號(hào)，k＝0,l,2,…,n-1；δt為采樣時(shí)間間隔；n為樣本量；

步驟(5)分別對(duì)測(cè)量得到的兩組微振動(dòng)線加速度時(shí)域數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉變換fft，得到加速度幅度譜，進(jìn)而計(jì)算出線速度和線位移的幅度譜，分別對(duì)線速度和線位移的幅度譜進(jìn)行快速傅里葉逆變換ifft，得到線速度和線位移的時(shí)域數(shù)據(jù)；

步驟(6)求出時(shí)間t＝kδt時(shí)被測(cè)對(duì)象繞p,q兩點(diǎn)確定的轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的相對(duì)角加速度時(shí)域數(shù)據(jù)β(kδt)：

步驟(7)對(duì)步驟(6)計(jì)算得到的角加速度時(shí)域數(shù)據(jù)β(kδt)進(jìn)行fft，得到角加速度幅度譜，進(jìn)而計(jì)算出角速度和角位移的幅度譜，分別對(duì)角速度和角位移的幅度譜進(jìn)行ifft得到角速度和角位移的時(shí)域數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步地，步驟(1)中所選安裝平面具備被測(cè)對(duì)象的角振動(dòng)特征。

進(jìn)一步地，兩個(gè)加速度計(jì)的測(cè)量方向平行，不平行度不大于0.5°。

進(jìn)一步地，步驟(5)中，針對(duì)線加速度時(shí)域數(shù)據(jù)a(kδt)的處理具體分為如下步驟：

其中a(kδt)可以為ap(kδt)和aq(kδt)；

step501、針對(duì)線加速度時(shí)域數(shù)據(jù)a(kδt)進(jìn)行fft得到線加速度幅度譜：

式中：j為虛數(shù)單位；i為加速度幅度值序列的序號(hào)；δf為頻率間隔，單位為hz；單位為rad；x(iδf)為被測(cè)對(duì)象頻率在頻率f＝iδf處的加速度f(wàn)ft函數(shù)；

step502、依據(jù)所述線加速度幅度譜，計(jì)算出線速度幅度譜和線位移幅度譜：

a(iδf)為被測(cè)對(duì)象頻率在f＝iδf處的加速度幅度值，為x(iδf)的共軛復(fù)數(shù)；ph(iδf)為x(iδf)在頻率f＝iδf處的相位；re(x(iδf)為x(iδf)在頻率f＝iδf處的實(shí)部；im(x(iδf)為x(iδf)在頻率f＝iδf處的虛部；

式中：v(iδf)為被測(cè)對(duì)象在頻率f＝iδf處的速度幅度值；s(iδf)為被測(cè)對(duì)象在頻率f＝iδf處的位移幅度值；phv(iδf)為v(iδf)在頻率f＝iδf處的相位；phs(iδf)為s(iδf)在頻率f＝iδf處的相位；

step503、分別使用iδf、v(iδf)、phv(iδf)和iδf、s(iδf)、phs(iδf)進(jìn)行ifft，可得到速度和位移的時(shí)域數(shù)據(jù)v(kδt)和s(kδt),：

k＝0,1,2,...,n-1

所述樣本量n為2的整數(shù)次冪。

有益效果：

本發(fā)明通過(guò)設(shè)置加速度計(jì)的位置，并以?xún)蓚€(gè)加速度計(jì)檢測(cè)得到的加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行反演計(jì)算，就能夠得到全參數(shù)(速度、位移、角加速度以及角速度，角位移)的時(shí)頻域的數(shù)據(jù)，并且在計(jì)算的過(guò)程中摒棄了傳統(tǒng)的時(shí)域積分算法，而采用時(shí)頻域轉(zhuǎn)換的方式進(jìn)行計(jì)算，大大減小了誤差，且由于僅使用了兩個(gè)加速度計(jì)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明流程圖；

圖2為采用加速度計(jì)測(cè)量剛體角加速度的原理示意圖；

圖3為微振動(dòng)加速度測(cè)量時(shí)域結(jié)果；

圖4為速度量時(shí)域結(jié)果；

圖5為位移量時(shí)域結(jié)果；

圖6為ifft運(yùn)算后得到的時(shí)域速度結(jié)果；

圖7為ifft運(yùn)算后得到的時(shí)域位移結(jié)果。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

實(shí)施例1、一種利用星載加速度計(jì)間接測(cè)量微振動(dòng)物理量參數(shù)的方法，用于對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行微振動(dòng)物理量參數(shù)的測(cè)量，其中微振動(dòng)物理量參數(shù)包括被測(cè)對(duì)象的線速度、線位移、角速度和角位移；

如圖2所示，本發(fā)明方法流程如下：

步驟(1)在被測(cè)對(duì)象上選定一個(gè)安裝平面，確定坐標(biāo)系；被測(cè)對(duì)象可以為衛(wèi)星或其有效載荷，可視為剛體；所選安裝平面代表被測(cè)對(duì)象的角振動(dòng)特征。

步驟(2)在安裝平面上選擇p和q兩點(diǎn)，p和q兩點(diǎn)可以隨機(jī)選擇分別設(shè)置加速度計(jì)，p和q兩點(diǎn)相距l(xiāng)，加速度計(jì)的敏感軸與p和q兩點(diǎn)間的連線相垂直、并在同一平面內(nèi)。安裝方式如圖2所示。

兩個(gè)加速度計(jì)的測(cè)量方向平行，不平行度不大于0.5°。

步驟(3)2個(gè)加速度計(jì)敏感所在環(huán)境的加速度，輸出兩組加速度模擬信號(hào)，兩組加速度模擬信號(hào)經(jīng)處理后以數(shù)字信號(hào)的形式下傳到地面。

步驟(4)對(duì)下傳的兩組加速度數(shù)字信號(hào)解析后進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理包括：零偏修正、物理量變換、添加時(shí)間序列，得兩組微振動(dòng)線加速度時(shí)域數(shù)據(jù)：ap(kδt)和aq(kδt)；如圖3為微振動(dòng)加速度測(cè)量時(shí)域結(jié)果。

其中k為采樣序號(hào)，k＝0,l,2,…,n-1；δt為采樣時(shí)間間隔，s；n為樣本量；

步驟(5)分別對(duì)測(cè)量得到的兩組加速度時(shí)域數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉變換fft，得到加速度幅度譜，進(jìn)而計(jì)算出線速度和線位移的幅度譜，分別對(duì)線速度和線位移的幅度譜進(jìn)行快速傅里葉逆變換ifft，得到線速度和線位移的時(shí)域數(shù)據(jù)；

針對(duì)線加速度時(shí)域數(shù)據(jù)a(kδt)的處理具體分為如下步驟：

其中a(kδt)可以為ap(kδt)和aq(kδt)；

step501、針對(duì)線加速度時(shí)域數(shù)據(jù)a(kδt)進(jìn)行fft得到線加速度幅度譜：

式中：j為虛數(shù)單位；i為加速度幅度值序列的序號(hào)；δf為頻率間隔，單位為hz；單位為rad；x(iδf)為被測(cè)對(duì)象頻率在頻率f＝iδf處的加速度f(wàn)ft函數(shù)；

step502、依據(jù)線加速度幅度譜，計(jì)算出線速度幅度譜和線位移幅度譜：

a(iδf)為被測(cè)對(duì)象頻率在f＝iδf處的加速度幅度值，為x(iδf)的共軛復(fù)數(shù)；ph(iδf)為x(iδf)在頻率f＝iδf處的相位；re(x(iδf)為x(iδf)在頻率f＝iδf處的實(shí)部；im(x(iδf)為x(iδf)在頻率f＝iδf處的虛部；如圖4為速度量時(shí)域結(jié)果。

式中：v(iδf)為被測(cè)對(duì)象在頻率f＝iδf處的速度幅度值；s(iδf)為被測(cè)對(duì)象在頻率f＝iδf處的位移幅度值；phv(iδf)為v(iδf)在頻率f＝iδf處的相位；phs(iδf)為s(iδf)在頻率f＝iδf處的相位；圖5為位移量時(shí)域結(jié)果。

step503、分別使用iδf、v(iδf)、phv(iδf)和iδf、s(iδf)、phs(iδf)進(jìn)行ifft，可得到速度和位移的時(shí)域數(shù)據(jù)v(kδt)和s(kδt),：

k＝0,1,2,...,n-1

樣本量n為2的整數(shù)次冪。

步驟(6)求出時(shí)間t＝kδt時(shí)被測(cè)對(duì)象繞p,q兩點(diǎn)確定的轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的相對(duì)角加速度時(shí)域數(shù)據(jù)β(kδt)：

當(dāng)p、q兩點(diǎn)間的線加速度相反時(shí)，轉(zhuǎn)軸線位于p、q兩點(diǎn)之間；當(dāng)p、q的線加速度相同時(shí)，如圖2所示，轉(zhuǎn)軸線位于p、q兩點(diǎn)連線的延長(zhǎng)線上。

步驟(7)對(duì)計(jì)算得到的角加速度時(shí)域數(shù)據(jù)采用步驟(5)的方法進(jìn)行fft，得到角加速度幅度譜，進(jìn)而計(jì)算出角速度和角位移的幅度譜，分別對(duì)角速度和角位移的幅度譜進(jìn)行ifft得到角速度和角位移的時(shí)域數(shù)據(jù)。

其中圖6為ifft運(yùn)算后得到的時(shí)域速度結(jié)果；圖7為ifft運(yùn)算后得到的時(shí)域位移結(jié)果。

綜上，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。