[发明专利]一种基于近似积分法空间微振动测试方法及其装置

说明书

本发明涉及航天器微振动测试领域，具体涉及一种基于近似积分法空间微振动测试方法及装置。该方法基于近似积分法计算加速度积分，利用加速度传感器得到的加速度信号在时域内精确积分到位移信号，通过在软件中模拟出高通滤波器与两个积分器构建连续系统来去除在积分过程中的趋势项误差所在的低频部分，形成了近似积分的效果来避免在计算过程中出现直接积分环节减少积分误差和趋势项，提升了积分精度和积分效率；采用该方法的装置也具有同样的技术效果。

技术领域

本发明涉及航天器微振动测试领域，具体而言，涉及一种基于近似积分法空间微振动测试方法及应用该方法的测试装置。

背景技术

对地观测对光学卫星的分辨率和指向精度都越来越高。有效载荷对轨道上卫星活动部分的微振动越来越敏感。为保证航天器的正常工作，需要控制力矩陀螺、制冷机等组件，但在工作条件下不可避免地会产生扰动，这些微振动会导致光学载荷成像时出现相差，导致卫星指向精度降低，成像性能下降。微振动很难测量，因为它们的振幅很小。通过光学成像测试来判断扰动的影响是一种可行的方案。然而，空间相机恶劣的应用环境和较长的前置时间极大地限制了该方案的应用。因此，结合微振动进行光学成像推断，在微振动控制方面具有重要意义。

虽然目前理论上已经有很多种测试位移和速度的设备和方法，但是在实际测试过程中，这些方法仍然遇到很多困难，比如由于结构的空间的限制有时很难找到合适的位移传感器安装位置，即使结构内部有足够的空间进行位移传感器的布置，位移传感器测试得到的也只是安装位置与待测点之间的相对位移，光学载荷一般要求十分精密，位移传感器体积一般较大，成本较高，无法满足振动测试实验当中的需求。

在进行微振动测试时，加速度测试相对容易，无需选择相对于结构静止的安装位置，直接刚性连接即可，并且加速度传感器的体积小，在工程布置中相对容易，测试技术也比较成熟，因此利用加速度传感器测量光学载荷微振动的方案是一种较好的手段之一。

虽然理论上可以对加速度信号进行积分求得位移信号，但是在实际应用过程中由于信号特性的限制无法实现对加速度信号的有效积分，积分信号会发生漂移，进行滤波后会造成有用信号丢失误差较大。

软件积分算法一般为时域积分和频域积分两种，时域积分一般采用梯形公式和辛普森公式求积分的方法，受到波形基线的影响较大，需要进行消除趋势和滤波处理，目前采用的大多是多项式拟合和高通滤波的方法相结合的算法，但是信号的趋势项不同完全去除，残余的误差会逐渐累计，造成结果的较大偏差，虽然目前的方法在去除趋势项方面有了很大的提高，但是经过多次滤波，造成了大量的有用信号的丢失，波形与实际的波形有较大的差距。此外频域内积分也是常用的算法之一，通过在时域和频域内的傅里叶变换和反变换，在频域内进行幅值控制，在频域内进行正弦余弦的积分互换进行处理，避开在时域积分对微小误差的累积放大效应，但是幅值控制函数设计困难，且在实际的应用过程当中傅里叶变换和反变换不可避免的造成误差。且在频域中无法达到实时性对整个光学系统而言达不到光学载荷实验中微振动位移测试的目的。因此现有技术存在不足。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于近似积分法空间微振动测试方法及其装置，以至少解决在光学载荷微振动测试实验时利用加速度信号进行积分求得位移信号时积分精度低、效率低的技术问题。

根据本发明的一实施例，提供了一种基于近似积分法空间微振动测试方法，包括以下步骤：

s1、通过加速度传感器采集光学载荷中各个光学镜片上微振动的加速度信号，记录测量时长；

s2、通过傅里叶变化，将时域内的所述加速度信号变换转化到频域内；保留对所述光学载荷成像的误差影响最大的谐波信号；

s3、将所述加速度信号转化成连续正弦信号叠加的形式构成理想信号作为输入源，并通过带通滤波器滤除噪声信号；

s4、设计高通滤波器以及两个积分器构建连续系统，通过连续系统传递函数得到利用二阶振荡环节代替积分器的近似积分器；