【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于内流压力测试，具体涉及一种基于压缩感知的五孔压力探针校准方法，适用于航空发动机压气机、涡轮级间三维流场的测量。
技术介绍
1、为了获取航空发动机中压气机、涡轮等部件的性能参数以及内部的流场结构，需要对其级间流场参数进行测量，目前工程应用中常用的测量手段主要是通过接触式压力探针来实现。五孔压力探针由于其尺寸小、结构简单，且能测量三维流场的气动参数而被广泛使用。
2、在使用五孔压力探针开展试验测量前，首先要了解所选用的五孔压力探针的气动特性是否符合要求，因此需要先对五孔压力探针进行气动校准。压力探针的校准通常在校准风洞中进行，经过校准可得到五孔压力探针的校准系数和特性曲线图，以评定探针的性能和精度，并确保实际使用中能准确测出气流方向、速度、总压、静压等流场参数。
3、随着探针测试技术的不断优化改进，五孔压力探针的角度测量范围可以达到±40°甚至更高，这意味着探针也需要开展较宽角度范围的校准试验。常规的五孔压力探针校准采用遍历方式对不同马赫数下的各偏转角和俯仰角站位开展风洞标定实验，以高亚音五孔探针校准为例，需要在马赫数0.1～0.9的每个马赫数状态下，开展偏转角-40°～+40°、俯仰角-30°～+30°范围的校准，若角度间隔均为5°，则每个马赫数需校准221个站位。对于宽角度范围、宽速域范围的探针而言，校准点数则会成倍增加。
4、上述的五孔压力探针在校准方面存在的问题，意味着探针校准过程需要投入大量的时间，导致校准试验成本急剧升高，严重制约了航空发动机部件开展试验测试和科学研究的进
技术实现思路
1、针对现有的五孔压力探针校准方法难以满足快速化、精准化探针校准需求的问题，本专利技术发展了一种基于压缩感知的五孔压力探针校准方法，创造性的提出了一种新型的矢量压缩感知方法，并将其与数据驱动模态分析方法相结合，通过优化校准站位分布，可在较小压缩比(即较少校准站位数)下实现对五孔压力探针校准特性曲线的高精度重构。本专利技术不仅能够有效降低探针校准的试验时间和成本，同时还能快速获得高精度的五孔压力探针特性分布，克服了传统五孔压力探针校准方法存在的缺点。
2、本专利技术的技术方案是：提供一种基于压缩感知的五孔压力探针校准方法，通过构建矢量压缩感知重构及优化问题求解模型，并引入数据驱动模态分析方法中的pod模态作为压缩感知正交基矩阵，提出一种“vec-cs-pod”重构模型；所述的重构模型分为“数据训练(压缩)”和“数据重构(感知)”两部分，通过“数据训练”部分可以在校准试验开展前获得满足不同马赫数校准需求的最优校准站位方案，之后按照此方案开展五孔压力探针校准试验，通过“数据重构”部分可实现基于稀疏站位校准数据重构高精度的五孔压力探针校准曲线。
3、所述的“数据训练”部分，其特征在于包括以下步骤：
4、步骤一：确定基于压缩感知获取五孔压力探针校准曲线相关的输入量；所述的输入量包括校准站位数目m、传统方法校准站位数目n、传统方法校准结果数目p以及重构误差阈值δ；
5、步骤二：选取p组采用传统遍历方式获取的探针校准曲线作为原始校准数据；所述的原始校准数据取自不同探针在不同马赫数下的偏转角系数、俯仰角系数、总压系数和静压系数等校准曲线；将原始校准数据向量化后组合为原始校准矩阵x，所述的矩阵x为n×p的实矩阵；
6、步骤三：对原始校准矩阵x开展svd-pod分解，并将分解得到的左奇异矩阵(n×n)作为压缩感知正交基矩阵ψ；所述的ψ矩阵为正交矩阵，满足压缩感知对基矩阵的要求；
7、步骤四：选取高斯矩阵作为测量矩阵c的形式，该矩阵(m×n)的每一个元素来自均值为零、方差为1/n的高斯概率密度函数的独立分布随机变量；之后，根据y＝cx将原始校准矩阵x进行投影，得到低维校准矩阵y；构造y＝cx＝cψs关系式，通过优化算法求解关于稀疏矩阵s的混合范数，得到满足不同马赫数校准需求的稀疏矩阵，该过程需要不断迭代，迭代终止条件为无量纲均方误差mse不大于重构误差δ；所述的优化算法是通过求解稀疏矩阵s的最小混合范数实现的，其特征在于，首先计算矩阵s每一行的l2范数，然后将其堆叠为一列向量并求解该列向量l1范数；所述的均方误差mse定义为原始校准系数与重构校准系数的frobenius范数，即mse＝||x-ψs||f/||x||f。
8、所述的“数据重构”部分，其特征在于包括以下步骤：
9、步骤一：根据得到的低维校准矩阵y获得基于m个角度站位的校准方案；所述的校准方案，其特征在于探针校准的各角度站位分布于适用范围内的不同偏转角和俯仰角位置处，且具有非等间隔特征；
10、步骤二：开展五孔压力探针校准试验，获得探针在不同站位下的试验数据；
11、步骤三：用基于试验数据计算得到的校准系数构建校准矩阵y’，进一步根据压缩感知原理关系式求解该校准方案所对应的稀疏矩阵s’；
12、步骤四：重构高维校准数据x’，获得五孔压力探针校准曲线；
13、步骤五：重复步骤三和步骤四，获得五孔压力探针不同校准系数的校准曲线，完成五孔压力探针校准。
14、本专利技术的有益效果是：
15、与现有的五孔压力探针校准方法相比，本专利技术一种基于压缩感知的五孔压力探针校准方法可取得以下
16、有益效果：
17、有益效果一：通过本专利技术中的压缩感知方法，可以基于少量的角度站位获得五孔压力探针不同校准系数的校准曲线，不仅节约了校准时间，还大大降低了探针进行校准的试验成本。
18、有益效果二：通过本专利技术的校准方法得到的五孔压力探针校准曲线与采用传统的角度遍历校准方法相比，五孔探针的测量误差没有太大的变化，因此本专利技术的校准方法具有较高的测试精度，能有效用于三维流场的气动参数测量。
19、有益效果三：采用本专利技术中的校准方法获得的不同站位校准方案，可以适应不同探针、不同马赫数、不同校准系数的校准曲线重构。
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1.一种基于压缩感知的五孔压力探针校准方法，通过构建矢量压缩感知重构及优化问题求解模型，并引入数据驱动模态分析方法中的POD模态作为压缩感知正交基矩阵，提出一种“Vec-CS-POD”重构模型；所述的重构模型分为“数据训练(压缩)”和“数据重构(感知)”两部分，通过“数据训练”部分可以在校准试验开展前获得满足不同马赫数校准需求的最优校准站位方案，之后按照此方案开展五孔压力探针校准试验，通过“数据重构”部分可实现基于稀疏站位校准数据重构高精度的五孔压力探针校准曲线；
【技术特征摘要】
1.一种基于压缩感知的五孔压力探针校准方法，通过构建矢量压缩感知重构及优化问题求解模型，并引入数据驱动模态分析方法中的pod模态作为压缩感知正交基矩阵，提出一种“vec-cs-pod”重构模型；所述的重构模型分为“数据训练(压缩)”和...
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