針對衛(wèi)星合成孔徑雷達的在軌模態(tài)辨識方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明涉及SAR天線在軌模態(tài)辨識技術領域，具體地，涉及一種針對衛(wèi)星合成孔徑雷達(SAR天線)的在軌模態(tài)辨識方法，通過隨機子空間法對在軌穩(wěn)態(tài)運行的星上SAR天線受脈沖激勵所產(chǎn)生的加速度響應信號進行辨識，從而實現(xiàn)衛(wèi)星SAR天線在軌模態(tài)辨識。
【背景技術】
[0002]由于高分辨率衛(wèi)星上越來越多用到大陣面的SAR天線，有的SAR天線上百平方的陣面。而空間微重力環(huán)境使得衛(wèi)星上這樣大型的SAR天線很難保持在地面上的構型，同時SAR天線在空間由于冷熱交變、振動耦合等原因，其結構外形都會發(fā)生一定的變化，因而對其結構在太空中進行實時跟蹤和對其動態(tài)性能進行實時辨識顯得非常的重要，而我國對于SAR天線的低頻密集模態(tài)的理論研究和應用方面還處于最初級的階段，進行了一點辨識算法的仿真研究工作，地面研究尚不充分。
[0003]目前衛(wèi)星SAR天線的模態(tài)參數(shù)辨識，存在以下問題:
[0004]I)受地面試驗條件限制，不能準確可靠的展現(xiàn)SAR天線在軌狀態(tài)，導致整星設計過程中可靠性偏高或者偏低，使得設計過程中參數(shù)與在軌實際情況不一致，有時會使得SAR天線與整星產(chǎn)生振動耦合，導致姿態(tài)穩(wěn)定度下降，影響載荷和整星的工作和壽命，存在著可靠性問題、薄弱環(huán)節(jié)以及事故隱患；
[0005]2)缺乏針對大陣面SAR天線的高精度、低頻密集模態(tài)辨識方法。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]針對現(xiàn)有技術中出現(xiàn)的上述缺點和不足，本發(fā)明的目的是提供一種針對衛(wèi)星合成孔徑雷達(SAR天線)的在軌模態(tài)辨識方法。本發(fā)明通過衛(wèi)星在軌振動監(jiān)測與模態(tài)測試系統(tǒng)，獲取衛(wèi)星在軌穩(wěn)態(tài)運行過程中，SAR天線受脈沖激勵所產(chǎn)生的加速度響應信號，然后利用隨機子空間辨識方法對響應信號進行模態(tài)辨識，從而確定在軌狀態(tài)下SAR天線的模態(tài)頻率成分。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的。
[0008]—種針對衛(wèi)星合成孔徑雷達的在軌模態(tài)辨識方法，包括如下步驟:
[0009]通過衛(wèi)星在軌振動監(jiān)測與模態(tài)測試系統(tǒng)，獲取衛(wèi)星在軌穩(wěn)態(tài)運行過程中，SAR天線受脈沖激勵所產(chǎn)生的加速度響應信號并進行數(shù)據(jù)處理，形成數(shù)據(jù)信息，然后利用隨機子空間辨識方法對數(shù)據(jù)信息進行模態(tài)辨識，從而確定在軌狀態(tài)下SAR天線的模態(tài)頻率成分。
[0010]優(yōu)選地，所述脈沖激勵采用多輸入脈沖激勵。
[0011]優(yōu)選地，在衛(wèi)星軌穩(wěn)態(tài)運行過程中，通過推力器點火對SAR天線進行多輸入脈沖激勵。
[0012]優(yōu)選地，所述衛(wèi)星在軌振動監(jiān)測與模態(tài)測試系統(tǒng)，包括在SAR天線上的測點位置布置的傳感器以及數(shù)據(jù)采集卡;其中，所述傳感器用于采集SAR天線受脈沖激勵所產(chǎn)生的加速度響應信號，所述數(shù)據(jù)采集卡用于將傳感器采集到的加速度響應信號進行數(shù)據(jù)處理，形成能夠被隨機子空間辨識方法辨識的數(shù)據(jù)信息。
[0013]優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)采集卡對加速度響應信號進行的數(shù)據(jù)處理包括:信號放大、信號調(diào)理以及模數(shù)轉換。
[0014]優(yōu)選地，所述利用隨機子空間辨識方法對響應信號進行模態(tài)辨識包括如下步驟:
[0015]步驟SSl，給定SSI(隨機子空間)模態(tài)參數(shù)辨識頻率的上下限；
[0016]步驟SS2，根據(jù)數(shù)據(jù)信息長度、通道數(shù)目，構造Hankel矩陣，確定Hankel矩陣的塊行數(shù)目；
[0017]步驟SS3，給定模型階次的計算范圍；
[0018]步驟SS4，利用SSI(隨機子空間)子函數(shù)依次計算不同模型階次下的模態(tài)參數(shù)；
[0019]步驟SS5，利用聚類分析和穩(wěn)定圖，選擇最能反映聚類分析結果的模型階次，繪制相應的振型，確定SAR天線真實的在軌模態(tài)參數(shù)。
[0020]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0021]I)針對性強，該隨機子空間算法適合多輸入多輸出的脈沖激勵模式下的模態(tài)辨識。而多輸入多輸出的脈沖激勵對于衛(wèi)星在軌是比較可行的模態(tài)試驗方式。
[0022]2)分辨率高，SAR天線作為低頻密集模態(tài)結構，模態(tài)頻率不僅低，而且模態(tài)頻率間隔比較小，隨機子空間算法分辨率較高。
【附圖說明】
[0023]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0024]圖1為本發(fā)明針對衛(wèi)星合成孔徑雷達的在軌模態(tài)辨識方法的結構原理圖；
[0025]圖2為本發(fā)明針對衛(wèi)星合成孔徑雷達的在軌模態(tài)辨識方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明:本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0027]實施例
[0028]本實施例提供了一種針對衛(wèi)星合成孔徑雷達的在軌模態(tài)辨識方法，包括如下步驟:通過衛(wèi)星在軌振動監(jiān)測與模態(tài)測試系統(tǒng)，獲取衛(wèi)星在軌穩(wěn)態(tài)運行過程中，SAR天線受脈沖激勵所產(chǎn)生的加速度響應信號并進行數(shù)據(jù)處理，形成數(shù)據(jù)信息，然后利用隨機子空間辨識方法對數(shù)據(jù)信息進行模態(tài)辨識，從而確定在軌狀態(tài)下SAR天線的模態(tài)頻率成分。
[0029]具體為:
[0030]步驟SI，在衛(wèi)星穩(wěn)態(tài)控制過程中，通過推力器點火對SAR天線進行多輸入脈沖激振；
[0031]步驟S2，通過在軌振動監(jiān)測與模態(tài)辨識子系統(tǒng)，獲得SAR天線上各個測點的振動響應；
[0032]步驟S3，振動響應信號經(jīng)數(shù)傳通道傳送到地面；
[0033]步驟S4，利用隨機子空間算法對振動響應信號進行模態(tài)辨識。
[0034]進一步地，所述脈沖激勵是多輸入脈沖激勵。
[0035]進一步地，所述衛(wèi)星在軌振動監(jiān)測與模態(tài)測試系統(tǒng)，包括在SAR天線上最佳測點位置布置的傳感器以及數(shù)據(jù)采集卡。其中，所述傳感器用于采集SAR天線受脈沖激勵所產(chǎn)生的加速度響應信號，所述數(shù)據(jù)采集卡用于將傳感器采集到的加速度響應信號進行數(shù)據(jù)處理，形成能夠被隨機子空間辨識方法辨識的數(shù)據(jù)信息。
[0036]進一步地，所述數(shù)據(jù)采集卡對加速度響應信號進行的數(shù)據(jù)處理包括:信號放大、信號調(diào)理以及模數(shù)轉換。
[0037]進一步地，所述利用隨機子空間辨識方法對響應信號進行模態(tài)辨識包括如下步驟:
[0038]步驟SSl，給定SSI(隨機子空間)模態(tài)參數(shù)辨識頻率的上下限；
[0039]步驟SS2，根據(jù)數(shù)據(jù)信息長度、通道數(shù)目，構造Hankel矩陣，確定Hankel矩陣的塊行數(shù)目；
[0040]步驟SS3，給定模型階次的計算范圍；
[0041]步驟SS4，利用SSI(隨機子空間)子函數(shù)依次計算不同模型階次下的模態(tài)參數(shù)；
[0042]步驟SS5，利用聚類分析和穩(wěn)定圖，選擇最能反映聚類分析結果的模型階次，繪制相應的振型，確定SAR天線真實的在軌模態(tài)參數(shù)。
[0043]下面結合附圖對本實施例進一步詳細說明。
[0044]如圖1和圖2所示，本實施例提供的針對衛(wèi)星合成孔徑雷達的在軌模態(tài)辨識方法，具體包括如下步驟:
[0045]布置測點
[0046]衛(wèi)星上天前，在SAR天線上最佳測點位置布置傳感器。
[0047]給予激勵
[0048]在衛(wèi)星穩(wěn)態(tài)控制過程中，通過推力器點火對SAR天線進行脈沖激振。
[0049]測得響應
[0050]通過在軌振動監(jiān)測與模態(tài)辨識子系統(tǒng)獲得SAR天線上各個測點的振動響應。
[0051 ]傳輸數(shù)據(jù)
[0052]振動響應信號經(jīng)數(shù)傳通道傳送到地面，作為衛(wèi)星在軌振動監(jiān)測與模態(tài)辨識系統(tǒng)的輸入。
[0053]設定辨識頻率上下限
[0054]給定隨機子空間法模態(tài)參數(shù)辨識頻率的上下限。
[0055]構造Hanke I矩陣
[0056]根據(jù)數(shù)據(jù)長度，通道數(shù)目，構造Hankel矩陣。
[0057]設定階數(shù)
[0058]給定模型階次的計算范圍。
[0059]進行模態(tài)辨識
[0060]利用隨機子空間子函數(shù)依次計算不同模型階次下的模態(tài)參數(shù)。
[0061 ]確定真實模態(tài)
[0062]利用聚類分析和穩(wěn)定圖，確定SAR天線真實的在軌模態(tài)參數(shù)。
[0063]本實施例提供的針對衛(wèi)星合成孔徑雷達(SAR天線)的在軌模態(tài)辨識方法，通過衛(wèi)星在軌振動監(jiān)測與模態(tài)測試系統(tǒng)，獲取衛(wèi)星在軌穩(wěn)態(tài)運行過程中，SAR天線受脈沖激勵所產(chǎn)生的加速度響應信號，然后利用隨機子空間辨識方法對響應信號進行模態(tài)辨識，從而確定在軌狀態(tài)下SAR天線的模態(tài)頻率成分。解決了 SAR天線地面上模態(tài)頻率測不準且模態(tài)頻率分辨率低的問題，確保衛(wèi)星在軌模態(tài)分析的準確度。
[0064]以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。
【主權項】
1.一種針對衛(wèi)星合成孔徑雷達的在軌模態(tài)辨識方法，其特征在于，包括如下步驟:通過衛(wèi)星在軌振動監(jiān)測與模態(tài)測試系統(tǒng)，獲取衛(wèi)星在軌穩(wěn)態(tài)運行過程中，SAR天線受脈沖激勵所產(chǎn)生的加速度響應信號并進行數(shù)據(jù)處理，形成數(shù)據(jù)信息，然后利用隨機子空間辨識方法對數(shù)據(jù)信息進行模態(tài)辨識，從而確定在軌狀態(tài)下SAR天線的模態(tài)頻率成分。2.根據(jù)權利要求1所述的針對衛(wèi)星合成孔徑雷達的在軌模態(tài)辨識方法，其特征在于，所述脈沖激勵采用多輸入脈沖激勵。3.根據(jù)權利要求2所述的針對衛(wèi)星合成孔徑雷達的在軌模態(tài)辨識方法，其特征在于，在衛(wèi)星軌穩(wěn)態(tài)運行過程中，通過推力器點火對SAR天線進行多輸入脈沖激勵。4.根據(jù)權利要求1所述的針對衛(wèi)星合成孔徑雷達的在軌模態(tài)辨識方法，其特征在于，所述衛(wèi)星在軌振動監(jiān)測與模態(tài)測試系統(tǒng)，包括在SAR天線上的測點位置布置的傳感器以及數(shù)據(jù)采集卡;其中，所述傳感器用于采集SAR天線受脈沖激勵所產(chǎn)生的加速度響應信號，所述數(shù)據(jù)采集卡用于將傳感器采集到的加速度響應信號進行數(shù)據(jù)處理，形成能夠被隨機子空間辨識方法辨識的數(shù)據(jù)信息。5.根據(jù)權利要求4所述的針對衛(wèi)星合成孔徑雷達的在軌模態(tài)辨識方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集卡對加速度響應信號進行的數(shù)據(jù)處理包括:信號放大、信號調(diào)理以及模數(shù)轉換。6.根據(jù)權利要求1所述的針對衛(wèi)星合成孔徑雷達的在軌模態(tài)辨識方法，其特征在于，所述利用隨機子空間辨識方法對響應信號進行模態(tài)辨識包括如下步驟: 步驟SSl，給定SSI模態(tài)參數(shù)辨識頻率的上下限； 步驟SS2，根據(jù)數(shù)據(jù)信息長度、通道數(shù)目，構造Hankel矩陣，確定Hankel矩陣的塊行數(shù)目； 步驟SS3，給定模型階次的計算范圍； 步驟SS4，利用SSI子函數(shù)依次計算不同模型階次下的模態(tài)參數(shù)； 步驟SS5，利用聚類分析和穩(wěn)定圖，選擇反映聚類分析結果的模型階次，繪制相應的振型，確定SAR天線真實的在軌模態(tài)參數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種針對衛(wèi)星合成孔徑雷達的在軌模態(tài)辨識方法，包括如下步驟：通過衛(wèi)星在軌振動監(jiān)測與模態(tài)測試系統(tǒng)，獲取衛(wèi)星在軌穩(wěn)態(tài)運行過程中，SAR天線受脈沖激勵所產(chǎn)生的加速度響應信號，然后利用隨機子空間辨識方法對響應信號進行模態(tài)辨識，從而確定在軌狀態(tài)下SAR天線的模態(tài)頻率成分。本發(fā)明提供的針對衛(wèi)星合成孔徑雷達的在軌模態(tài)辨識方法，解決了SAR天線地面上模態(tài)頻率測不準且模態(tài)頻率分辨率低的問題，確保衛(wèi)星在軌模態(tài)分析的準確度。
【IPC分類】G01S7/40
【公開號】CN105510891
【申請?zhí)枴緾N201510860889
【發(fā)明人】周宇, 趙發(fā)剛, 趙海斌, 周春華
【申請人】上海衛(wèi)星工程研究所
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年11月30日