針對衛星合成孔徑雷達的在軌模態辨識方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及SAR天線在軌模態辨識技術領域，具體地，涉及一種針對衛星合成孔徑雷達(SAR天線)的在軌模態辨識方法，通過隨機子空間法對在軌穩態運行的星上SAR天線受脈沖激勵所產生的加速度響應信號進行辨識，從而實現衛星SAR天線在軌模態辨識。
【背景技術】
[0002]由于高分辨率衛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。而空間微重力環境使得衛星上這樣大型的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]目前衛星SAR天線的模態參數辨識，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SAR天線在軌狀態，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，有時會使得SAR天線與整星產生振動耦合，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；
[0005]2)缺乏針對大陣面SAR天線的高精度、低頻密集模態辨識方法。
【發明內容】
[0006]針對現有技術中出現的上述缺點和不足，本發明的目的是提供一種針對衛星合成孔徑雷達(SAR天線)的在軌模態辨識方法。本發明通過衛星在軌振動監測與模態測試系統，獲取衛星在軌穩態運行過程中，SAR天線受脈沖激勵所產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辨識，從而確定在軌狀態下SAR天線的模態頻率成分。
[0007]為實現上述目的，本發明是通過以下技術方案實現的。
[0008]—種針對衛星合成孔徑雷達的在軌模態辨識方法，包括如下步驟:
[0009]通過衛星在軌振動監測與模態測試系統，獲取衛星在軌穩態運行過程中，SAR天線受脈沖激勵所產生的加速度響應信號并進行數據處理，形成數據信息，然后利用隨機子空間辨識方法對數據信息進行模態辨識，從而確定在軌狀態下SAR天線的模態頻率成分。
[0010]優選地，所述脈沖激勵采用多輸入脈沖激勵。
[0011]優選地，在衛星軌穩態運行過程中，通過推力器點火對SAR天線進行多輸入脈沖激勵。
[0012]優選地，所述衛星在軌振動監測與模態測試系統，包括在SAR天線上的測點位置布置的傳感器以及數據采集卡;其中，所述傳感器用于采集SAR天線受脈沖激勵所產生的加速度響應信號，所述數據采集卡用于將傳感器采集到的加速度響應信號進行數據處理，形成能夠被隨機子空間辨識方法辨識的數據信息。
[0013]優選地，所述數據采集卡對加速度響應信號進行的數據處理包括:信號放大、信號調理以及模數轉換。
[0014]優選地，所述利用隨機子空間辨識方法對響應信號進行模態辨識包括如下步驟:
[0015]步驟SSl，給定SSI(隨機子空間)模態參數辨識頻率的上下限；
[0016]步驟SS2，根據數據信息長度、通道數目，構造Hankel矩陣，確定Hankel矩陣的塊行數目；
[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)子函數依次計算不同模型階次下的模態參數；
[0019]步驟SS5，利用聚類分析和穩定圖，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參數。
[0020]與現有技術相比，本發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辨識。而多輸入多輸出的脈沖激勵對于衛星在軌是比較可行的模態試驗方式。
[0022]2)分辨率高，SAR天線作為低頻密集模態結構，模態頻率不僅低，而且模態頻率間隔比較小，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，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯:
[0024]圖1為本發明針對衛星合成孔徑雷達的在軌模態辨識方法的結構原理圖；
[0025]圖2為本發明針對衛星合成孔徑雷達的在軌模態辨識方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面對本發明的實施例作詳細說明:本實施例在以本發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。
[0027]實施例
[0028]本實施例提供了一種針對衛星合成孔徑雷達的在軌模態辨識方法，包括如下步驟:通過衛星在軌振動監測與模態測試系統，獲取衛星在軌穩態運行過程中，SAR天線受脈沖激勵所產生的加速度響應信號并進行數據處理，形成數據信息，然后利用隨機子空間辨識方法對數據信息進行模態辨識，從而確定在軌狀態下SAR天線的模態頻率成分。
[0029]具體為:
[0030]步驟SI，在衛星穩態控制過程中，通過推力器點火對SAR天線進行多輸入脈沖激振；
[0031]步驟S2，通過在軌振動監測與模態辨識子系統，獲得SAR天線上各個測點的振動響應；
[0032]步驟S3，振動響應信號經數傳通道傳送到地面；
[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，所述衛星在軌振動監測與模態測試系統，包括在SAR天線上最佳測點位置布置的傳感器以及數據采集卡。其中，所述傳感器用于采集SAR天線受脈沖激勵所產生的加速度響應信號，所述數據采集卡用于將傳感器采集到的加速度響應信號進行數據處理，形成能夠被隨機子空間辨識方法辨識的數據信息。
[0036]進一步地，所述數據采集卡對加速度響應信號進行的數據處理包括:信號放大、信號調理以及模數轉換。
[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辨識包括如下步驟:
[0038]步驟SSl，給定SSI(隨機子空間)模態參數辨識頻率的上下限；
[0039]步驟SS2，根據數據信息長度、通道數目，構造Hankel矩陣，確定Hankel矩陣的塊行數目；
[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)子函數依次計算不同模型階次下的模態參數；
[0042]步驟SS5，利用聚類分析和穩定圖，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參數。
[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星合成孔徑雷達的在軌模態辨識方法，具體包括如下步驟:
[0045]布置測點
[0046]衛星上天前，在SAR天線上最佳測點位置布置傳感器。
[0047]給予激勵
[0048]在衛星穩態控制過程中，通過推力器點火對SAR天線進行脈沖激振。
[0049]測得響應
[0050]通過在軌振動監測與模態辨識子系統獲得SAR天線上各個測點的振動響應。
[0051 ]傳輸數據
[0052]振動響應信號經數傳通道傳送到地面，作為衛星在軌振動監測與模態辨識系統的輸入。
[0053]設定辨識頻率上下限
[0054]給定隨機子空間法模態參數辨識頻率的上下限。
[0055]構造Hanke I矩陣
[0056]根據數據長度，通道數目，構造Hankel矩陣。
[0057]設定階數
[0058]給定模型階次的計算范圍。
[0059]進行模態辨識
[0060]利用隨機子空間子函數依次計算不同模型階次下的模態參數。
[0061 ]確定真實模態
[0062]利用聚類分析和穩定圖，確定SAR天線真實的在軌模態參數。
[0063]本實施例提供的針對衛星合成孔徑雷達(SAR天線)的在軌模態辨識方法，通過衛星在軌振動監測與模態測試系統，獲取衛星在軌穩態運行過程中，SAR天線受脈沖激勵所產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辨識，從而確定在軌狀態下SAR天線的模態頻率成分。解決了 SAR天線地面上模態頻率測不準且模態頻率分辨率低的問題，確保衛星在軌模態分析的準確度。
[0064]以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發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做出各種變形或修改，這并不影響本發明的實質內容。
【主權項】
1.一種針對衛星合成孔徑雷達的在軌模態辨識方法，其特征在于，包括如下步驟:通過衛星在軌振動監測與模態測試系統，獲取衛星在軌穩態運行過程中，SAR天線受脈沖激勵所產生的加速度響應信號并進行數據處理，形成數據信息，然后利用隨機子空間辨識方法對數據信息進行模態辨識，從而確定在軌狀態下SAR天線的模態頻率成分。2.根據權利要求1所述的針對衛星合成孔徑雷達的在軌模態辨識方法，其特征在于，所述脈沖激勵采用多輸入脈沖激勵。3.根據權利要求2所述的針對衛星合成孔徑雷達的在軌模態辨識方法，其特征在于，在衛星軌穩態運行過程中，通過推力器點火對SAR天線進行多輸入脈沖激勵。4.根據權利要求1所述的針對衛星合成孔徑雷達的在軌模態辨識方法，其特征在于，所述衛星在軌振動監測與模態測試系統，包括在SAR天線上的測點位置布置的傳感器以及數據采集卡;其中，所述傳感器用于采集SAR天線受脈沖激勵所產生的加速度響應信號，所述數據采集卡用于將傳感器采集到的加速度響應信號進行數據處理，形成能夠被隨機子空間辨識方法辨識的數據信息。5.根據權利要求4所述的針對衛星合成孔徑雷達的在軌模態辨識方法，其特征在于，所述數據采集卡對加速度響應信號進行的數據處理包括:信號放大、信號調理以及模數轉換。6.根據權利要求1所述的針對衛星合成孔徑雷達的在軌模態辨識方法，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辨識包括如下步驟: 步驟SSl，給定SSI模態參數辨識頻率的上下限； 步驟SS2，根據數據信息長度、通道數目，構造Hankel矩陣，確定Hankel矩陣的塊行數目； 步驟SS3，給定模型階次的計算范圍； 步驟SS4，利用SSI子函數依次計算不同模型階次下的模態參數； 步驟SS5，利用聚類分析和穩定圖，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參數。
【專利摘要】本發明提供了一種針對衛星合成孔徑雷達的在軌模態辨識方法，包括如下步驟：通過衛星在軌振動監測與模態測試系統，獲取衛星在軌穩態運行過程中，SAR天線受脈沖激勵所產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辨識，從而確定在軌狀態下SAR天線的模態頻率成分。本發明提供的針對衛星合成孔徑雷達的在軌模態辨識方法，解決了SAR天線地面上模態頻率測不準且模態頻率分辨率低的問題，確保衛星在軌模態分析的準確度。
【IPC分類】G01S7/40
【公開號】CN105510891
【申請號】CN201510860889
【發明人】周宇, 趙發剛, 趙海斌, 周春華
【申請人】上海衛星工程研究所
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年11月30日