【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海洋工程与航天工程，具体涉及一种海上待发射火箭姿态的预警系统及其预警方法，该系统旨在监测和评估复杂海洋环境下火箭的稳定性，提高海上非牵制发射火箭的安全性。
技术介绍
1、随着卫星通信技术的大规模应用，以太空探索技术公司(简称spacex)等国际航天发射公司为代表的商业航天发射市场增速迅猛，海上火箭发射成为一种重要的备选方式，相比于陆地发射具有更高的计划灵活性和更安全的地理适用性。目前，相对成熟和稳定的是在海上建设发射平台，海上发射平台避免了在发射船上对火箭发射所带来的诸多不确定性因素。
2、例如：我国太原卫星发射中心在某海域使用运载火箭，成功将卫星互联网技术试验卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务获得圆满成功。使得火箭发射逐渐向民用和商用转化。
3、然而，由于海上发射的经验和技术还有很大的发展空间，主要是由于不同海域以及海上发射环境是多变且不固定的，因此，海上发射火箭面临的技术挑战还是十分严峻，其中之一是如何确保火箭在风浪起伏的海面上，尤其是发射点火前自由站立期间保持稳定安全的姿态，以及火箭姿态出现实际偏差前，便能预测并识别潜在的风险因素。其中，过大倾角不仅会影响发射控制精度，还可能发生倾倒导致发射失败甚至发射事故。而陆地上的火箭发射采用固定的发射场地，直接复制到海上会导致对发射船或平台的动态适应性不足。
4、综上所述，现有海上发射火箭时，存在无法在火箭姿态出现实际偏差前，便能预测并识别潜在风险因素的问题。
技术实现思路
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2、本专利技术的技术方案是：
3、一种海上待发射火箭姿态的预警系统包括数据采集装置、火箭姿态分析模块和预警模块；数据采集装置，安装在发射船船体上，用于对发射船船体的时时运动监测，采集发射船船体的位移加速度、风速、风向和火箭站立姿态；火箭姿态分析模块，用于对火箭姿态和稳定性的全面判定；火箭姿态分析模块包括数据处理模块和稳定性及风险评估模块；数据处理模块，用于接收数据采集装置输送的数据，并对采集到的数据进行运动数据转换和风载荷数据分析的处理，再通过数据处理模块中的融合分析模块进行数据融合分析，输送到稳定性及风险评估模块；稳定性及风险评估模块，通过火箭惯性力矩和火箭风倾力矩计算倾覆因子，并评估该倾覆因子是否高于设定阈值，若该倾覆因子高于设定阈值，则输送至预警模块；预警模块，用于激活报警系统并发出报警，采取相应措施停止发射火箭。
4、进一步地，数据采集装置包括加速度传感器、位移传感器、风向风速监测仪和激光位形探测装置，风向风速监测仪安装在船体的桅杆顶部，加速度传感器和位移传感器分别安装在发射台的左右两侧，激光位形探测装置安装在发射台上并位于火箭的四周。
5、进一步地，激光位形探测装置包括多个探测单元，多个探测单元以环形阵列的方式安装在火箭四周的发射台上；其中，每个探测单元均包括激光测距灯、激光发射器、角度可调装置和激光接收器，角度可调装置沿发射台中心的方向滑动安装在发射台上，角度可调装置上安装有激光测距灯和激光发射器，激光接收器安装在火箭上部的外圆周侧壁上。
6、本专利技术还提供了一种海上待发射火箭姿态的预警系统的预警方法，它包括以下步骤：
7、步骤一：发射前的准备阶段：
8、火箭姿态分析模块进行自检，确认数据采集装置、火箭姿态分析模块和预警模块处于工作状态；
9、步骤二：发射程序开始时，数据采集装置实时地向火箭姿态分析模块发送数据并处理数据；
10、步骤二一：数据的预处理：
11、加速度传感器测得的数据通过数字滤波器去除噪声，然后进行采样和量化；
12、位移传感器捕获的数据经过滤波和标定处理；
13、风向风速监测仪的数据则经过矢量分解，得到风速在不同方向上的分量；
14、步骤二二：对步骤二一中的各数据进行转换；
15、步骤二三：转换后的数据一同输入到融合分析模块，融合分析模块综合所有的数据，得出火箭的实时运动状态和周围环境的影响；
16、步骤三：根据融合分析后的数据分析火箭的稳定性和可能的风险；
17、步骤三一：计算出火箭每个时间节点的瞬态风倾力矩；
18、步骤三二：计算出火箭每个时间节点的瞬态惯性力矩；
19、步骤三三：基于多刚体动力学方程，火箭姿态分析模块通过耦合分析，计算出影响火箭稳定性的关键参数，即倾覆因子τ；
20、步骤三四：根据倾覆因子τ进行风险评估；
21、火箭姿态分析模块根据火箭设计和发射条件，设定倾覆因子的安全阈值为τsafe；
22、步骤三五：在火箭姿态分析模块预测的同时，激光位形探测装置也同时工作；实时的监测火箭的姿态以及倾斜幅度，验证火箭姿态分析模块风险评估的结果；
23、若风险评估的结果为火箭不会发生倾斜，继续执行火箭点火程序；
24、若风险评估的结果为火箭可能发生倾斜，则执行步骤四；
25、步骤四：启动预警模块；
26、如果火箭可能发生倾斜，此时，预警模块会迅速的激活报警装置并采取措施中止发射，至此，完成了海上待发射火箭姿态的预警。
27、更进一步地，步骤一中还包括对数据采集程序、转换算法、融合分析工具、风险评估系统以及紧急响应控制的准备；同时，输入加载火箭和发射环境的具体参数，包括火箭的质量、形状、尺寸以及发射船的稳定性特性。
28、进一步地，步骤二二中数据的转换包括：利用动力学模型将船体的加速度和位移数据转换为火箭的加速度和位移数据；同时将风速转换为作用于火箭上的风载荷。
29、进一步地，步骤三五中，验证火箭姿态分析模块风险评估结果的步骤为：
30、s1：调节激光测距灯的角度α，使激光测距灯的发射口与火箭之间的垂直距离l3，并瞄准火箭；
31、s2：激光位形探测装置启动后；布置在火箭周围的激光测距灯发射出激光束，激光束准确的照射到火箭的激光接收器上，然后测量激光束返回的时间；
32、s3：随后激光位形探测装置计算出火箭的多个位置点到激光接收器的距离，以及它们与激光接收器的角度；
33、其中，激光射速为s(m/s)，t1为火箭未发生偏移时的测量时间，t2为火箭发生偏移时的测量时间：则
34、l1表示激光测距灯到激光接收器的直线距离；指火箭在垂直状态时从激光测距灯的激光发射点到激光接收器的距离；
35、l2表示火箭倾斜后，激光测距灯沿火箭轴向延伸至激光接收器的延长距离，该距离因火箭倾斜而产生；
36、s4：利用三角测量技术，根据每个激光测距灯的位置、角度和距离数据，计算出火箭的多个位置点的坐标；
37、s5：基于计算得到的多个位置点的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种海上待发射火箭姿态的预警系统，其特征在于：它包括数据采集装置、火箭姿态分析模块和预警模块；
2.根据权利要求1所述的一种海上待发射火箭姿态的预警系统，其特征在于：数据采集装置包括加速度传感器(1)、位移传感器(2)、风向风速监测仪(3)和激光位形探测装置(4)，风向风速监测仪(3)安装在船体的桅杆顶部，加速度传感器(1)和位移传感器(2)分别安装在发射台的左右两侧，激光位形探测装置(4)安装在发射台上并位于火箭的四周。
3.根据权利要求2所述的一种海上待发射火箭姿态的预警系统，其特征在于：激光位形探测装置(4)包括多个探测单元，多个探测单元以环形阵列的方式安装在火箭四周的发射台上；其中，每个探测单元均包括激光测距灯(41)、角度可调装置(42)、可调距轨道(43)和激光接收器(44)，可调距轨道(43)沿发射台中心的方向滑动安装在发射台上，可调距轨道(43)上安装有激光测距灯(41)和角度可调装置(42)，激光接收器(44)安装在火箭上部的外圆周侧壁上。
4.一种使用权利要求3所述的海上待发射火箭姿态的预警系统的预警方法，其特征在于：它
5.根据权利要求4所述的一种海上待发射火箭姿态的预警方法，其特征在于：步骤一中还包括对数据采集程序、转换算法、融合分析工具、风险评估系统以及紧急响应控制的准备；同时，输入加载火箭和发射环境的具体参数，包括火箭的质量、形状、尺寸以及发射船的稳定性特性。
6.根据权利要求5所述的一种海上待发射火箭姿态的预警方法，其特征在于：步骤二二中数据的转换包括：
7.根据权利要求6所述的一种海上待发射火箭姿态的预警方法，其特征在于：步骤三五中，验证火箭姿态分析模块风险评估结果的步骤为：
8.根据权利要求7所述的一种海上待发射火箭姿态的预警方法，其特征在于：步骤四中止发射的措施为采用卡死牵制装置锁住火箭或将火箭抛入海中。
...【技术特征摘要】
1.一种海上待发射火箭姿态的预警系统，其特征在于：它包括数据采集装置、火箭姿态分析模块和预警模块；
2.根据权利要求1所述的一种海上待发射火箭姿态的预警系统，其特征在于：数据采集装置包括加速度传感器(1)、位移传感器(2)、风向风速监测仪(3)和激光位形探测装置(4)，风向风速监测仪(3)安装在船体的桅杆顶部，加速度传感器(1)和位移传感器(2)分别安装在发射台的左右两侧，激光位形探测装置(4)安装在发射台上并位于火箭的四周。
3.根据权利要求2所述的一种海上待发射火箭姿态的预警系统，其特征在于：激光位形探测装置(4)包括多个探测单元，多个探测单元以环形阵列的方式安装在火箭四周的发射台上；其中，每个探测单元均包括激光测距灯(41)、角度可调装置(42)、可调距轨道(43)和激光接收器(44)，可调距轨道(43)沿发射台中心的方向滑动安装在发射台上，可调距轨道(43)上安装有激光测距灯(41)和角度可...
【专利技术属性】
技术研发人员：闫发锁，耿城，康济川，王宏伟，康庄，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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