基于遙測(cè)fft的衛(wèi)星低頻共振分析方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種共振分析領(lǐng)域，具體地，涉及基于遙測(cè)數(shù)據(jù)的衛(wèi)星低頻共振分析 方法，其利用FFT分析法分析衛(wèi)星低頻共振導(dǎo)致的異常和故障，并通過(guò)FFT分析結(jié)果輔助異 常或故障定位。
【背景技術(shù)】
[0002] 在衛(wèi)星發(fā)射前測(cè)試和在軌測(cè)試過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的遙測(cè)原碼數(shù)據(jù)。測(cè)試人員往 往要對(duì)這些原碼數(shù)據(jù)中的某個(gè)波道進(jìn)行分析，獲取該波道在一天內(nèi)或者更長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)的 變化趨勢(shì)。衛(wèi)星遙測(cè)一般以〇.5s每幀的速率進(jìn)行下傳，幾分鐘內(nèi)就可以積累上萬(wàn)幀的數(shù)據(jù) 量。測(cè)試人員和在軌監(jiān)測(cè)人員要對(duì)每幀原碼中的各個(gè)波道進(jìn)行物理量解析，并得到某一時(shí) 間段內(nèi)的變化趨勢(shì)。
[0003] 通常使用遙測(cè)解析提取軟件對(duì)某一段時(shí)間內(nèi)保存下來(lái)的遙測(cè)數(shù)據(jù)原碼進(jìn)行數(shù)據(jù) 的解析和提取。此軟件首先要對(duì)遙測(cè)原碼進(jìn)行解析，解析出遙測(cè)波道的具有實(shí)際含義的物 理值。然后根據(jù)衛(wèi)星遙測(cè)數(shù)據(jù)幀下傳的順序，對(duì)測(cè)試人員需要提取的波道進(jìn)行物理量和原 碼的提取，提取完成后形成數(shù)據(jù)圖表，供測(cè)試人員進(jìn)行分析。最后測(cè)試人員根據(jù)衛(wèi)星遙測(cè)數(shù) 據(jù)生成的圖表對(duì)衛(wèi)星的故障進(jìn)行分析，常規(guī)的障分析方法就是在時(shí)域上進(jìn)行遙測(cè)直接識(shí) 另 1J、基本方法識(shí)別等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于遙測(cè)FFT的衛(wèi)星低頻共振 分析方法及系統(tǒng)。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于遙測(cè)FFT的衛(wèi)星低頻共振分析方法，包括：
[0006] 步驟1:對(duì)衛(wèi)星發(fā)生故障時(shí)刻前后的原始遙測(cè)原碼數(shù)據(jù)進(jìn)行排序、去重復(fù)、剔除誤 碼的預(yù)處理操作，生成待處理原碼數(shù)據(jù)；
[0007] 步驟2:對(duì)待處理原碼數(shù)據(jù)進(jìn)行物理量提取處理，將待處理原碼數(shù)據(jù)中的遙測(cè)原碼 解析為物理量數(shù)據(jù)；
[0008] 步驟3:對(duì)故障時(shí)刻前后的物理量數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域分析，得到頻譜圖；
[0009] 步驟4:利用頻譜圖對(duì)偏航軸、滾動(dòng)軸姿態(tài)角速度進(jìn)行快速傅氏變換FFT分析；
[0010] 步驟5:通過(guò)對(duì)偏航軸、滾動(dòng)軸姿態(tài)角速度的FFT分析，將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)化為頻域信 號(hào)，進(jìn)而分辨出原始遙測(cè)原碼數(shù)據(jù)中的異常頻率成分。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于遙測(cè)FFT的衛(wèi)星低頻共振分析系統(tǒng)，包括：
[0012] 預(yù)處理裝置：用于對(duì)衛(wèi)星發(fā)生故障時(shí)刻前后的原始遙測(cè)原碼數(shù)據(jù)進(jìn)行排序、去重 復(fù)、剔除誤碼的預(yù)處理操作，生成待處理原碼數(shù)據(jù)；
[0013] 物理量提取裝置：用于對(duì)待處理原碼數(shù)據(jù)進(jìn)行物理量提取處理，將待處理原碼數(shù) 據(jù)中的遙測(cè)原碼解析為物理量數(shù)據(jù)；
[0014] 頻域分析裝置:用于對(duì)故障時(shí)刻前后的物理量數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域分析，得到頻譜圖；
[0015]變換裝置:用于利用頻譜圖對(duì)偏航軸、滾動(dòng)軸姿態(tài)角速度進(jìn)行快速傅氏變換FFT分 析；
[0016] 分辨裝置：用于通過(guò)對(duì)偏航軸、滾動(dòng)軸姿態(tài)角速度的FFT分析，將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)化為 頻域信號(hào)，進(jìn)而分辨出原始遙測(cè)原碼數(shù)據(jù)中的異常頻率成分。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：
[0018] 本發(fā)明無(wú)需求解微分方程，可從頻域上揭示系統(tǒng)性能并指明改進(jìn)性能的方向和易 于實(shí)驗(yàn)分析。但需要注意的是，由于遙測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔一般為〇.5s，根據(jù)奈奎斯特采樣定 理，采樣頻率要大于實(shí)際信號(hào)頻率的兩倍以上才可以識(shí)別，即只能識(shí)別出低頻分量，對(duì)于高 頻分量無(wú)法識(shí)別。
【附圖說(shuō)明】
[0019]通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、 目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：
[0020] 圖1為本發(fā)明提供方法的步驟流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù) 人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明 的保護(hù)范圍。
[0022] 本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星低頻共振分析方法及系統(tǒng)，本方法首次將快速傅立葉變換 (Fast Fourier Transform)分析應(yīng)用到衛(wèi)星故障遙測(cè)分析。首先對(duì)原始的遙測(cè)原碼進(jìn)行剔 除野值，然后將剔除野值后的遙測(cè)源碼進(jìn)行物理量解析;最后利用FFT對(duì)衛(wèi)星故障遙測(cè)數(shù)據(jù) 在頻域上進(jìn)行模式識(shí)別;對(duì)FFT處理出來(lái)的結(jié)果圖進(jìn)行分析和總結(jié)。方法內(nèi)容主要包括遙測(cè) 原碼預(yù)處理、物理量提取、快速傅立葉變換(FFT)分析三個(gè)步驟。
[0023] 對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)部件類故障，通過(guò)直接遙測(cè)識(shí)別、基本方法識(shí)別等時(shí)域或統(tǒng)計(jì)方法難以 識(shí)別出異變，必須借助頻域分析方法，才能識(shí)別出問(wèn)題。頻域分析具有明顯的優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需求 解微分方程，可揭示系統(tǒng)性能并指明改進(jìn)性能的方向和易于實(shí)驗(yàn)分析。頻域分析自變量是 頻率，即橫軸是頻率，縱軸是該頻率信號(hào)的幅度，也就是通常說(shuō)的頻譜圖。頻譜圖描述了信 號(hào)的頻率結(jié)構(gòu)及頻率與該頻率信號(hào)幅度的關(guān)系。對(duì)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域分析時(shí)，有時(shí)一些信號(hào)的 時(shí)域參數(shù)相同，但并不能說(shuō)明信號(hào)就完全相同。因?yàn)樾盘?hào)不僅隨時(shí)間變化，還與頻率、相位 等信息有關(guān)，這就需要進(jìn)一步分析信號(hào)的頻率結(jié)構(gòu)，并在頻率域中對(duì)信號(hào)進(jìn)行描述。動(dòng)態(tài)信 號(hào)從時(shí)間域變換到頻率域主要通過(guò)傅立葉級(jí)數(shù)和傅立葉變換實(shí)現(xiàn)。周期信號(hào)靠傅立葉級(jí) 數(shù)，非周期信號(hào)靠傅立葉變換。
[0024] 確定信號(hào)雖然可以用一個(gè)確定的時(shí)間函數(shù)來(lái)表示，但是一般說(shuō)來(lái)，信號(hào)形式相當(dāng) 復(fù)雜，直接對(duì)他進(jìn)行分析和處理比較困難。為了克服這種困難，一般將復(fù)雜信號(hào)分解成某種 類型的基本信號(hào)之和，只要把這種基本信號(hào)的性質(zhì)研究清楚了，那么復(fù)雜信號(hào)的性質(zhì)也就 清楚了。這里說(shuō)的基本信號(hào)除了必須滿足一定的數(shù)學(xué)條件外，最主要的特點(diǎn)在于其簡(jiǎn)單性： 或者實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單，或者分析起來(lái)比較簡(jiǎn)單，或者二者兼而有之。
[0025]確定信號(hào)分為周期信號(hào)和非周期信號(hào)，下面對(duì)這兩種信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。
[0026] (1)周期信號(hào)的離散頻譜
[0027] 設(shè)f(t)是一個(gè)周期為T的周期信號(hào)，即，f(t)=f(t+T)。在一個(gè)周期內(nèi)，信號(hào)f(t)只 有有限個(gè)不連續(xù)點(diǎn)，而且積分存在，則信號(hào)f(t)可用富氏級(jí)數(shù)展開(kāi)：
[0031] 上式也可改為另一種形式：[0032] .(:2).
[0028]
[0029]
[0030]
[0033] 〇
[0034] 當(dāng)對(duì)信號(hào)頻譜的幅度和相位特性感興趣時(shí)，通常采用指數(shù)展開(kāi)形式：
[0035] ⑶
[0036] ,、 (4)
[0037]從上述公式可以看出，當(dāng)滿足一定條件時(shí)，任何一個(gè)周期信號(hào)都可以展開(kāi)成無(wú)限 ^ Jf 多個(gè)正弦型基本信號(hào)之和。上述信號(hào)展開(kāi)式中都包含直流項(xiàng)，％ 的基波項(xiàng)以及±2·， ±3·，…等諧波項(xiàng)。把直流項(xiàng)，基波項(xiàng)以及各次諧波的幅度與頻率的關(guān)系成為信號(hào)的頻譜。 顯然，周期信號(hào)的頻譜是不連續(xù)的，因此成為離散頻譜。這樣，根據(jù)上述公式，如果給出周期 信號(hào)，就可以導(dǎo)出其頻譜;反過(guò)來(lái)，如果知道了某一信號(hào)之頻譜，也可以導(dǎo)出相應(yīng)的信號(hào)。這 樣就有了兩種描述信號(hào)的方法:將信號(hào)表示成時(shí)間函數(shù)的時(shí)間域表示方法以及用頻譜描述 信號(hào)的頻率域表示法。
[0038] 周期性矩形脈沖信號(hào)可表示為：
[0039]
(.5)
[0040] 式中，τ為周期矩形脈沖寬度。
[0041]為了方便計(jì)算，選擇積分限為-Τ/2~Τ/2,得出指數(shù)展開(kāi)形式為：
[0042]
C6)
[0043]方括號(hào)里的函數(shù)是sinx/x型函數(shù)，稱為采樣函數(shù)，簡(jiǎn)記為Sa(x)，即：
[0044] Sa(x)=sinx/x (7)
[0045] 把采樣函數(shù)帶入式(6)中，得到：
[0046]
(8)
[0047] 因而
[0048]
(.9)
[0049] 令α = ΤΛ，并稱為脈沖序列的空度比，則式(9)很容易寫成下列以后常用的形式：
[0050]
C1Θ)
[0051] (2)非周期信號(hào)的連續(xù)頻譜
[0052] 以上對(duì)周期信號(hào)的離散頻譜分析可以推廣到非周期信號(hào)的頻譜分析。例如，令周 期Τ-%，則頻譜變密而趨于連續(xù)，但其包絡(luò)的形狀并不改變。從數(shù)學(xué)上處理這個(gè)極限問(wèn)題 2jt 也簡(jiǎn)單。根據(jù)式(3)和(4)，將，w = nAw，w〇 ? Aw代入得：
[0053] (11)
[0054]
[0055] (12)
[0056]
[0057] (13)
[0058] (14)
[0059] 則稱F(w)為信號(hào)f(t)的富式變換，則f(t)稱為F(w)的富式反變換。f(t)和F(w)構(gòu) 成一對(duì)富式變換。
[0060] 從式（10)可以看出，非周期信號(hào)的頻譜不再是離散的了，而是在從到+~的整 個(gè)頻率范圍內(nèi)的分布的連續(xù)頻譜。通常F(w)為復(fù)數(shù)，可表示為
[0061] F(w) = | F(w) I (15)
[0062] 其中|F(w) I與頻率的關(guān)系稱為振幅頻譜，簡(jiǎn)稱幅度譜；Φ (w)與頻率的關(guān)系稱為相 位頻譜，簡(jiǎn)稱相位譜。
[0063] 式（13)和（14)也可以寫成：
[0