机载分布式POS用光纤光栅传感器数据拟合方法和装置制造方法及图纸

本公开提供了机载分布式POS用光纤光栅传感器数据拟合方法，获取柔性基线上布设的光纤光栅传感器输出的波长变化量数据的振动分量，根据振动分量的瞬时振动频率和幅值将全程波长变化量数据分为若干小振动段。通过振动力学建立机翼振动时形变位移的数学模型，并基于此模型在分析波长变化量与机翼挠度之间的转换关系的基础上建立振动时波长变化量数据的数学模型。基于振动时波长变化量数据的数学模型结合机翼模态分析对波长变化量数据拟合，获得更符合机翼振动规律的更高精度的光纤光栅全程波长变化量数据，减小光纤光栅传感器分辨率有限导致的测量误差。本公开还提出机载分布式POS用光纤光栅传感器数据拟合装置。

【技术实现步骤摘要】
机载分布式POS用光纤光栅传感器数据拟合方法和装置
本公开涉及航空航天
，具体而言，涉及机载分布式POS用光纤光栅传感器数据拟合方法和装置。
技术介绍
集成多任务遥感载荷的综合对地观测系统是目前机载对地观测的发展方向之一。对于装备多个或多种遥感载荷的高性能航空遥感系统，需要同时对位于机翼等柔性基线上的多个遥感载荷安装点的运动参数进行高精度测量。机载分布式位置姿态测量系统(PositionandOrientationSystem，POS)是目前用于多点高精度运动参数测量的有效手段。机载分布式POS由高精度POS系统(主节点)和多个安装于机翼下方的惯性测量单元(InertialMeasurementUnit，IMU)(子节点)组成。主节点由高精度IMU与卫星导航系统组成。由于子节点位于机翼下方，受安装方式及体积重量等限制，往往采用体积小、重量轻的中低精度IMU。因此，子IMU依赖于通过主POS的高精度导航信息以及主子节点间的高精度相对运动信息进行传递对准来获取所在节点处的高精度运动信息。然而，飞机机翼存在的复杂弹性变形导致各节点间的相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.机载分布式POS用光纤光栅传感器数据拟合方法，其特征在于，所述方法包括：/n滤除光纤光栅传感器全程输出的波长变化量数据中的缓变分量，获取全程波长变化量中的振动分量，并计算全程波长变化量中振动分量的瞬时振动频率和幅值；/n根据计算的瞬时振动频率和幅值，将光纤光栅波长变化量数据分为不同的振动时间段，并基于此从全程波长变化量振动分量中提取出前述时间段的数据；其中，定义每个振动时间段内机翼受到的气动外力近似恒定；/n根据振动力学建立机翼振动时形变位移的数学模型，其中，机翼振动时形变位移即挠度；/n建立波长变化量与机翼挠度之间的转换关系，进而基于前述模型建立机翼振动时光纤光栅传感器波长变化量的数学模...

【技术特征摘要】
1.机载分布式POS用光纤光栅传感器数据拟合方法，其特征在于，所述方法包括：
滤除光纤光栅传感器全程输出的波长变化量数据中的缓变分量，获取全程波长变化量中的振动分量，并计算全程波长变化量中振动分量的瞬时振动频率和幅值；
根据计算的瞬时振动频率和幅值，将光纤光栅波长变化量数据分为不同的振动时间段，并基于此从全程波长变化量振动分量中提取出前述时间段的数据；其中，定义每个振动时间段内机翼受到的气动外力近似恒定；
根据振动力学建立机翼振动时形变位移的数学模型，其中，机翼振动时形变位移即挠度；
建立波长变化量与机翼挠度之间的转换关系，进而基于前述模型建立机翼振动时光纤光栅传感器波长变化量的数学模型用于后续数据拟合操作；
使用结合机翼模态分析的最小二乘拟合方法基于建立的振动时波长变化量的数学模型对提取的各个振动时间段的波长变化量振动分量进行拟合，以便获得更高精度的波长变化量数据。


2.根据权利要求1所述的机载分布式POS用光纤光栅传感器数据拟合方法，其特征在于，所述滤除光纤光栅传感器全程输出的波长变化量数据中的缓变分量，获取全程波长变化量中的振动分量，并计算全程波长变化量中振动分量的瞬时振动频率和幅值包括：
将光纤光栅传感器测量的波长变化量数据按照时间分为n段，每段100秒，逐段进行处理；
对于已分出的数据段xi(t,k)(i＝1,2,3…n)，通过求导确定xi(t,k)的所有极值点，并用三次样条插值法对极小值点形成下包络emini(t,k)，对极大值形成上包络emaxi(t,k)；其中，n指的是处理第n段时间段，k指的是执行处理的次数，k的初值为零；
计算上述操作中得到的上下包络的均值从正在处理的信号段xi(t,k)中去掉均值分量，即di(t,k)＝xi(t,k)-mi(t,k)；
判断di(t,k)是否为内涵模态分量(IntrinsicModeFunctions,IMF)，其中，判断标准为是否满足两个条件：在整个数据段内，极值点的个数和过零点的个数必须相等或相差最多不能超过一个；在任意时刻，由局部极大值点形成的上包络线和由局部极小值点形成的下包络线的平均值为零；
若是，则从信号段xi(t,k)中去掉该分量并得到新信号xi(t,k+1)＝xi(t,k)-di(t,k)；
若不是，则重复上述操作直至di(t,k)为IMF分量序列，计算残余新信号xi(t,k+1)＝xi(t,k)-di(t,k)；
对xi(t,k+1)重复上述操作，直至无法提取出IMF分量序列；
最终得到缓变的残余分量xi(t,m)和处理的原始数据段xi(t,0)含有的所有IMF序列di(t,k),k＝1，2，3，…,m，其中，m为原始数据段xi(t,0)含有的IMF序列的个数；
对于按照时间划分的每个数据段xi(t,k)(i＝1,2,3…n)及对应的IMF序列di(t,k),k＝1，2，3，…，m，将di(t,k),k＝1，2，3，…，m按照频率由高到低排列；
并将di(t,k),k＝1，2，3，…，m中频率较低的几个IMF序列合并，即为每个数据段的主要振动分量yi(t)(i＝1,2,3…n)；
对于每个数据段的主要振动分量yi(t)(i＝1,2,3…n)分别执行后续操作；
将yi(t)按照时间划分为p段信号yi(t,k)(i＝1,2,3…n；k＝1,2,3…p)，此处选定为50ms，即计算的瞬时频率和幅值为以50ms为单位的变化的瞬时频率和幅值；对于p段信号，分别执行后续操作；
选择一个小波函数基其中ai,k为尺度因子，bi,k为伸缩因子，将ai,k和bi,k作为初始值；这里的小波函数基是由同一小波母函数经过伸缩和平移得到的同一组函数序列；小波母函数是在有限时间范围内变化且平均值为零的函数；
计算与yi(t,k)之间的相似程度；
这里用小波系数CWTfi,k(ai,k,bi,k)(i＝1,2,3…n；k＝1,2,3…p)衡量该相似程度，小波系数的计算公式如下：积分区间为50ms；



判断CWTfi,k(ai,k,bi,k)是否达到极大值，若不满足，改变平移因子bi和尺度因子ai值，重复判断CWTfi,k(ai,k,bi,k)是否达到极大值，直至得到对于yi,k(t)而言CWTfi,k(ai,k,bi,k)达到极大值的尺度因子ai,k和伸缩因子bi,k；
根据上述操作得到的CWTfi,k(ai,k,bi,k)达到极大值的尺度因子ai,k和伸缩因子bi,k计算yi,k(t)的瞬时振幅、瞬时频率；计算方法如下：CWTfi,k(ai,k,bi,k)可分解为实部SRi,k(t)和虚部SIi,k(t)两部分；信号的瞬时振幅可由下式确定：



信号的瞬时频率可由下式确定：



对于各通道的光纤光栅波长变化量yi(t)，均按照将yi(t)按照时间划分为p段信号时间划分为p段信号yi(t,k)(i＝1,2,3…n；k＝1,2,3…p)，并对p段信号均执行选择一个小波函数基、计算与yi(t,k)之间的相似程度，判断CWTfi,k(ai,k,bi,k)是否达到极大值以及根据判断结果得到的CWTfi,k(ai,k,bi,k)达到极大值的尺度因子ai,k和伸缩因子bi,k计算yi,k(t)的瞬时振幅、瞬时频率，直至所有信号处理完成。
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【专利技术属性】
技术研发人员：宫晓琳，孙一弘，刘刚，房建成，田珂珂，符倚伦，丁孝双，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11