衛星撓性部件的在軌模態辨識的實現系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及衛星撓性部件的在軌模態試驗方法，具體地，涉及衛星撓性部件的在軌模態辨識的實現系統及方法。
【背景技術】
[0002]當前的衛星平臺為適應高功率以及高分辨率的任務要求，普遍采用了大尺度大撓性的太陽電池陣或展開天線，這些撓性附件使得衛星結構動力特性尤其是低頻特性復雜化。在某些有效載荷轉動機構的影響下，由于地面模態預估不足，極有可能引發明顯的姿態振蕩。這必然將降低星載遙感設備的探測精度甚至可能引起衛星姿態角出現較大的變化，因此有必要對在軌模態進行監測分析。
[0003]目前衛星模態參數辨識，存在以下問題:
[0004]1)受地面試驗條件和仿真參數設置的限制，不能準確可靠的展現整星在軌運行狀態，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與在軌實際情況不一致，導致姿軌控出現控制偏差；
[0005]2)另一方面使得某些部件與整星的模態產生振動耦合，導致姿態穩定度下降，影響載荷和整星的工作和壽命，存在著可靠性問題、薄弱環節以及事故隱患；
[0006]3)缺乏有效地在軌模態試驗方法，尤其是在軌模態試驗激勵方式的選擇，一直是個空白。
【發明內容】
[0007]針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種衛星撓性部件的在軌模態辨識的實現系統及方法。
[0008]根據本發明提供衛星撓性部件的在軌模態辨識的實現系統，包括:脈沖激勵模塊、信號采集模塊、數據傳輸模塊、衛星在軌振動監測與模態識別模塊、數據處理模塊；
[0009]-所述脈沖激勵模塊，用于對衛星撓性部件進行脈沖激勵；
[0010]-所述信號采集模塊，包括若干傳感器，所述若干傳感器被設置在衛星撓性部件上構成測點，用于采集衛星撓性部件上各個測點所在位置的脈沖響應信號；
[0011]-所述數據傳輸模塊，用于將各個測點的脈沖響應信號傳送到地面；
[0012]-所述衛星在軌振動監測與模態識別模塊，用于接收和監測各個測點的脈沖響應信號；
[0013]-所述數據處理模塊，用于根據各個測點的脈沖響應信號進行模態頻率及模態振型的辨識。
[0014]優選地，所述脈沖激勵模塊利用衛星姿軌控的推力器點火對衛星撓性部件造成脈沖激勵。
[0015]優選地，所述推力器點火的方式是正、負向推力器先后順序工作的工況，且根據實際要求，通過動力學仿真分析確定推力器的點火時間，正噴和反噴時兩次點火時間的間隔，以及推力器點火的工況。
[0016]優選地，所述信號采集模塊還包括:數據采集卡、傳輸線，所述數據采集卡能夠將壓電信號轉變為數字信號，所述傳輸線為抗干擾屏蔽傳輸線。
[0017]一種衛星撓性部件的在軌模態辨識的實現方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0018]步驟1:對整星進行動力學剛柔耦合分析，建立整星的有限元模型；
[0019]步驟2:經過動力學剛柔親合分析后，通過使用Effective Independence，簡稱EI法確定撓性部件上模態測試所需最佳測點，并在所述最佳測點處布置傳感器；
[0020]步驟3:在衛星穩態控制過程中，通過使姿態控制用和軌道控制用的推力器點火的方法對衛星撓性部件進行脈沖激勵；
[0021]步驟4:通過傳感器測得各個測點振動響應信號，并通過數傳通道傳送到地面；
[0022]步驟5:振動響應信號輸入在軌振動監測與模態辨識系統，進行模態頻率及模態振型的辨識。
[0023]優選地，所述衛星撓性部件包括太陽電池陣、衛星SAR天線等，其中所述步驟3中利用推力器點火的方法對衛星撓性部件進行脈沖激勵時，所述脈沖足夠激起撓性部件的模態變化，所述模態包括撓性部件的頻率和振型
[0024]優選地，所述步驟3中的推力器點火的方式是正、負向推力器先后順序工作的工況，且根據實際要求，通過動力學仿真分析確定推力器的點火時間，正噴和反噴時兩次點火時間的間隔，以及推力器點火的工況。
[0025]優選地，所述步驟3中的脈沖激勵為300ms的脈沖寬度，且所述推力器正噴和反噴兩次點火時間間隔需大于5s。
[0026]與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果:
[0027]1、本發明提供的方法能夠為在軌模態試驗提供切實有效地激勵，得到可靠的數據結果，真實反應衛星撓性部件在軌狀態下的真實模態。
[0028]2、本發明提供的系統及方法通用性強，適用于其它擾動部件在軌模態試驗。
[0029]3、利用本發明提供的方法能夠得到衛星撓性部件在軌模態參數，所述在軌模態參數輸入到衛星耦合振動特性分析系統后可以用于對平臺結構設計及衛星控制系統模型修正。
【附圖說明】
[0030]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，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯:
[0031 ]圖1為本發明提供的針對衛星撓性部件的在軌模態辨識系統框圖；
[0032]圖2為本發明提供的針對衛星撓性部件的在軌模態辨識系統結構示意圖。
【具體實施方式】
[0033]下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。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。這些都屬于本發明的保護范圍。
[0034]根據本發明提供衛星撓性部件的在軌模態辨識的實現系統，包括:脈沖激勵模塊、信號采集模塊、數據傳輸模塊、衛星在軌振動監測與模態識別模塊、數據處理模塊；
[0035]-所述脈沖激勵模塊，用于對衛星撓性部件進行脈沖激勵；
[0036]-所述信號采集模塊，包括若干傳感器，所述若干傳感器被設置在衛星撓性部件上構成測點，用于采集衛星撓性部件上各個測點所在位置的脈沖響應信號；
[0037]具體地，所傳感器為加速度傳感器，當受到點火器的脈沖激勵時，會測得相應測點位置的振動響應。
[0038]-所述數據傳輸模塊，用于將各個測點的脈沖響應信號傳送到地面；
[0039]-所述衛星在軌振動監測與模態識別模塊，用于接收和監測各個測點的脈沖響應信號；
[0040]-所述數據處理模塊，用于根據各個測點的脈沖響應信號進行模態頻率及模態振型的辨識。
[0041]具體地，如圖1所示，本發明通過衛星在軌振動監測與模態測試系統的信號采集器，獲取衛星在軌穩態運行過程中，衛星撓性部件受脈沖激勵所產生的加速度響應信號，然后利用基于時域響應的模態辨識技術將傳感器測得的信號進行模態辨識，從而確定在軌狀態下撓性部件的模態頻率成分，解決了撓性部件地面上模態頻率測不準的問題。本發明提出了一種衛星撓性部件在軌模態辨識可行、可靠的激勵處理方法，通過推力器點火進行脈沖激勵，由在軌振動監測與模態辨識系統對采集信號進行分析、識別，從而完成衛星在軌模態分析的功能。
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