基于卫星振动试验数据的星上斜面倾角计算方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于卫星振动试验数据的星上斜面倾角计算方法及系统，包括：步骤1：在斜面上布置三向加速度传感器，并使传感器的一个测量轴垂直于斜面，一个测量轴平行于卫星坐标系中两个轴形成的平面；步骤2：当卫星沿垂直于所述步骤1中与传感器测量轴平行的卫星坐标系平面的方向进行正弦扫频振动试验时，利用传感器采集三个正交方向上的振动响应频谱；步骤3：对采集到的振动响应频谱，利用其中近似线性响应频段的数据，计算得到斜面与振动方向的夹角，即所求的斜面法线与垂直于所述步骤1中与传感器测量轴平行的卫星坐标系平面的坐标轴的夹角。本发明专利技术也可用于星上大部件上斜面倾角的计算。本发明专利技术经济、便捷，无需额外的测量设备和测量操作。和测量操作。和测量操作。

【技术实现步骤摘要】
基于卫星振动试验数据的星上斜面倾角计算方法及系统


[0001]本专利技术涉及星上斜面与卫星坐标系的角度测量的
，具体地，涉及基于卫星振动试验数据的星上斜面倾角计算方法及系统。

技术介绍

[0002]目前测量星上斜面与卫星坐标系夹角一般采用经纬仪，该测量方法主要基于光路测量原理。采用经纬仪这种基于光路测量原理的方法进行角度测量时，要求光路可达，即被测面与测量设备之间无遮挡。对于一些存在遮挡的部位，测量前需要移除遮挡物，这将增加测量难度，并且有时是难以实现的。此外，采用该方法进行测量，需要经纬仪等专业测量设备、专业操作人员，测量过程费时、费力。
[0003]目前针对“基于振动试验数据的斜面倾角计算方法”没有查到相关专利，中国专利技术专利，申请号为CN108692667A，名称为“混凝土砌体圆弧表面半径和斜面倾角的测量方法”的专利技术，是一种混凝土墙体圆弧表面半径的测量方法，其优点在于实现快速准确对混凝土砌体圆弧表面半径的测量，从而达到施工现场快速、准确地对支吊架立柱和槽道进行弯曲加工目的，提高支吊架安装施工效率，与本专利技术没有相关性。中国专利技术专利，申请号为CN102438251A，名称为“移动通信基站天线下倾角的计算方法”是一种移动通信基站天线下倾角的计算方法，其核心是移动通信基站的覆盖面怎么才能做到最优，其专利技术具有全局性统一计算，自动化程度高的特点，显著提高下倾角计算的准确性以及速度的优点，但与本专利技术没有相关性。经文献检索，陈立伟，孙立明，杨博，冯伟等在论文“正弦扫描振动试验数据后处理方法研究”(见《强度与环境》2015年，201504期)中提出了一种正弦扫描振动试验数据的后处理方法，此方法不依赖振动控制仪和数据采集系统的COLA功能，也不依赖同步振动控制仪驱动信号作为参考信号，可基于满足一定条件的参考信号对试验数据进行后处理，并通过实例进行了验证；与本专利的方法没有相同点，也就是说是两种完全不同的方法。
[0004]因此，需要提出一种新的技术方案。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于卫星振动试验数据的星上斜面倾角计算方法及系统。
[0006]根据本专利技术提供的一种基于卫星振动试验数据的星上斜面倾角计算方法，所述方法包括如下步骤：
[0007]步骤1：在斜面上布置三向加速度传感器，并使传感器的一个测量轴垂直于斜面，一个测量轴平行于卫星坐标系中两个轴形成的平面；
[0008]步骤2：当卫星沿垂直于所述步骤1中与传感器测量轴平行的卫星坐标系平面的方向进行正弦扫频振动试验时，利用传感器采集三个正交方向上的振动响应频谱；
[0009]步骤3：对采集到的振动响应频谱，利用其中近似线性响应频段的数据，计算得到
斜面与振动方向的夹角，即所求的斜面法线与垂直于所述步骤1中与传感器测量轴平行的卫星坐标系平面的坐标轴的夹角。
[0010]优选地，所述步骤1中记斜面法线为L，卫星坐标系为O
L
X
L
Y
L
Z
L
，在斜面上布置同时获取O
M
X
M
、O
M
Y
M
、O
M
Z
M
三个正交方向上的振动响应的加速度传感器，安装传感器时使传感器的测量轴O
M
Z
M
垂直于斜面，测量轴O
M
X
M
平行于卫星坐标系中除O
L
Z
L
轴外的另两个轴所形成的平面，即O
L
X
L
Y
L
平面。
[0011]优选地，所述步骤2中当卫星沿垂直于所述步骤1中与传感器测量轴平行的卫星坐标系平面的方向进行正弦扫频振动试验时，利用传感器采集三个正交方向上的振动响应频谱，该频谱表示为实部频谱和虚部频谱的形式，记三向振动响应频谱分别为：
[0012][0013][0014][0015]式中，f为正弦扫描频率，i为虚数，为实部频谱，为实部频谱，为虚部频谱，则三向幅值谱分别为：
[0016][0017][0018][0019]式中，分别为O
M
X
M
、O
M
Y
M
、O
M
Z
M
三个正交方向上的振动响应幅值谱，简记为f为正弦扫描频率，为振动响应的实部频谱，为振动响应的虚部频谱；
[0020]三向相位谱分别为：
[0021][0022][0023][0024]式中，分别为O
M
X
M
、O
M
Y
M
、O
M
Z
M
三个正交方向上的振动响应相位谱，简记为f为正弦扫描频率，为振动响应的实部频谱，为振动响应的虚部频谱。
[0025]优选地，所述步骤3中对采集到的振动响应频谱，其中1/2共振频率附近近似为线性响应频段，利用该频段数据，利用公式(7)计算得到斜面与振动方向的夹角，即所求的斜面法线L与卫星坐标系O
L
Z
L
轴的夹角α：
[0026][0027]式中，分别为O
M
Y
M
、O
M
Z
M
方向上的振动响应幅值谱，分别为O
M
Y
M
、O
M
Z
M
方向上的振动响应相位谱。
[0028]优选地，取1/2共振频率附近的一段频段频率点，分别利用公式(7)计算夹角α，然后取算术平均作为最终结果。
[0029]本专利技术还提供一种基于卫星振动试验数据的星上斜面倾角计算系统，所述系统包括如下模块M：
[0030]模块M1：在斜面上布置三向加速度传感器，并使传感器的一个测量轴垂直于斜面，一个测量轴平行于卫星坐标系中两个轴形成的平面；
[0031]模块M2：当卫星沿垂直于所述模块M1中与传感器测量轴平行的卫星坐标系平面的方向进行正弦扫频振动试验时，利用传感器采集三个正交方向上的振动响应频谱；
[0032]模块M3：对采集到的振动响应频谱，利用其中近似线性响应频段的数据，计算得到斜面与振动方向的夹角，即所求的斜面法线与垂直于所述模块M1中与传感器测量轴平行的卫星坐标系平面的坐标轴的夹角。
[0033]优选地，所述模块M1中记斜面法线为L，卫星坐标系为O
L
X
L
Y
L
Z
L
，在斜面上布置同时获取O
M
X
M
、O
M
Y
M
、O
M
Z
M
三个正交方向上的振动响应的加速度传感器，安装传感器时使传感器的测量轴O
M
Z
M
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于卫星振动试验数据的星上斜面倾角计算方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1：在斜面上布置三向加速度传感器，并使传感器的一个测量轴垂直于斜面，一个测量轴平行于卫星坐标系中两个轴形成的平面；步骤2：当卫星沿垂直于所述步骤1中与传感器测量轴平行的卫星坐标系平面的方向进行正弦扫频振动试验时，利用传感器采集三个正交方向上的振动响应频谱；步骤3：对采集到的振动响应频谱，利用其中近似线性响应频段的数据，计算得到斜面与振动方向的夹角，即所求的斜面法线与垂直于所述步骤1中与传感器测量轴平行的卫星坐标系平面的坐标轴的夹角。2.根据权利要求1所述的基于卫星振动试验数据的星上斜面倾角计算方法，其特征在于，所述步骤1中记斜面法线为L，卫星坐标系为O
L
X
L
Y
L
Z
L
，在斜面上布置同时获取O
M
X
M
、O
M
Y
M
、O
M
Z
M
三个正交方向上的振动响应的加速度传感器，安装传感器时使传感器的测量轴O
M
Z
M
垂直于斜面，测量轴O
M
X
M
平行于卫星坐标系中除O
L
Z
L
轴外的另两个轴所形成的平面，即O
L
X
L
Y
L
平面。3.根据权利要求1所述的基于卫星振动试验数据的星上斜面倾角计算方法，其特征在于，所述步骤2中当卫星沿垂直于所述步骤1中与传感器测量轴平行的卫星坐标系平面的方向进行正弦扫频振动试验时，利用传感器采集三个正交方向上的振动响应频谱，该频谱表示为实部频谱和虚部频谱的形式，记三向振动响应频谱分别为：示为实部频谱和虚部频谱的形式，记三向振动响应频谱分别为：示为实部频谱和虚部频谱的形式，记三向振动响应频谱分别为：式中，f为正弦扫描频率，i为虚数，为实部频谱，为实部频谱，为虚部频谱，则三向幅值谱分别为：为虚部频谱，则三向幅值谱分别为：为虚部频谱，则三向幅值谱分别为：式中，分别为O
M
X
M
、O
M
Y
M
、O
M
Z
M
三个正交方向上的振动响应幅值谱，简记为f为正弦扫描频率，为振动响应的实部频谱，为振动响应的虚部频谱；三向相位谱分别为：
式中，分别为O
M
X
M
、O
M
Y
M
、O
M
Z
M
三个正交方向上的振动响应相位谱，简记为f为正弦扫描频率，为振动响应的实部频谱，为振动响应的虚部频谱。4.根据权利要求1所述的基于卫星振动试验数据的星上斜面倾角计算方法，其特征在于，所述步骤3中对采集到的振动响应频谱，其中1/2共振频率附近近似为线性响应频段，利用该频段数据，利用公式(7)计算得到斜面与振动方向的夹角，即所求的斜面法线L与卫星坐标系O
L
Z
L
轴的夹角α：式中，分别为O
M
Y
M
、O
M
Z
M
方向上的振动响应幅值谱，分别为O
M
Y
M
、O
M
Z
M
方向上的振动响应相位谱。5.根据权利要求1所述的基于卫星振动试验数据的星上斜面倾角计算方法，其特征在于，取1/2共振频率附近的一段频段频率点，分别利用公式(7)计算夹角α，然后取算术平均...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖文斌，李强，陈婳怡，靳浩，张红英，谷涛，李庆，林小艳，
申请(专利权)人：上海卫星工程研究所，
类型：发明
国别省市：