【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及卫星太阳电池阵，具体地，涉及针对卫星太阳电池阵的在轨模态辨识系统及方法。
技术介绍
由于空间微重力环境的存在，使得卫星上大阵面太阳电池阵系统很难保持在地面上的构型，而且太阳电池阵在空间由于冷热交变、振动耦合等原因，其结构外形都会发生一定的变化，因而对其结构在太空中进行实时跟踪和对其动态性能进行实时辨识显得非常的重要，而我国对于太阳电池阵的低频密集模态的理论研究和应用方面还处于最初级的阶段，进行了一点辨识算法的仿真研究工作，地面研究尚不充分。目前卫星太阳电池阵的模态参数辨识，存在以下问题：1)受地面试验条件限制，不能准确可靠的展现太阳电池阵在轨状态，导致整星设计过程中可靠性偏高或者偏低，使得设计过程中参数与在轨实际情况不一致；使得太阳电池阵与整星的模态产生振动耦合，导致姿态稳定度下降，影响载荷和整星的工作和寿命，存在着可靠性问题、薄弱环节以及事故隐患；2)缺乏高精度、低频密集模态辨识方法。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种针对卫星太阳电池阵的在轨模态辨识系统及方法。根据本专利技术提供的针对卫星太阳电池阵的在轨模态辨识系统，包括：脉冲激励模块、信号采集模块、卫星在轨振动监测与模态识别模块、数据传输模块、数据处理模块；-所述脉冲激励模块，用于对卫星太阳电池阵进行脉冲激励；-所述信号采集模块，包括若干传感器，所述若干传感器被设置在卫星太阳电池阵上构成...
【技术保护点】
一种针对卫星太阳电池阵的在轨模态辨识系统，其特征在于，包括：脉冲激励模块、信号采集模块、卫星在轨振动监测与模态识别模块、数据传输模块、数据处理模块；‑所述脉冲激励模块，用于对卫星太阳电池阵进行脉冲激励；‑所述信号采集模块，包括若干传感器，所述若干传感器被设置在卫星太阳电池阵上构成测点，用于采集卫星太阳电池阵上各个测点所在位置的脉冲响应信号；‑所述数据传输模块，用于将各个测点的脉冲响应信号传送到地面；‑所述卫星在轨振动监测与模态识别模块，用于接收和监测各个测点的脉冲响应信号，并采集卫星在轨稳态运行过程中，太阳电池阵受脉冲激励所产生的加速度响应信号，并利用加速度响应信号构造Hankel矩阵来进行模态辨识；‑所述数据处理模块，用于根据各个测点的脉冲响应信号构造特征系统状态方程，并通过构造Hankel矩阵获取太阳电池阵在轨模态参数。
【技术特征摘要】
1.一种针对卫星太阳电池阵的在轨模态辨识系统，其特征在于，包括：脉冲激励
模块、信号采集模块、卫星在轨振动监测与模态识别模块、数据传输模块、数据处理模
块；
-所述脉冲激励模块，用于对卫星太阳电池阵进行脉冲激励；
-所述信号采集模块，包括若干传感器，所述若干传感器被设置在卫星太阳电池阵
上构成测点，用于采集卫星太阳电池阵上各个测点所在位置的脉冲响应信号；
-所述数据传输模块，用于将各个测点的脉冲响应信号传送到地面；
-所述卫星在轨振动监测与模态识别模块，用于接收和监测各个测点的脉冲响应信
号，并采集卫星在轨稳态运行过程中，太阳电池阵受脉冲激励所产生的加速度响应信号，
并利用加速度响应信号构造Hankel矩阵来进行模态辨识；
-所述数据处理模块，用于根据各个测点的脉冲响应信号构造特征系统状态方程，
并通过构造Hankel矩阵获取太阳电池阵在轨模态参数。
2.根据权利要求1所述的针对卫星太阳电池阵的在轨模态辨识系统，其特征在于，
所述信号采集模块还包括：数据采集卡、传输线，所述数据采集卡能够将压电信号转变
为数字信号，所述传输线为抗干扰屏蔽传输线。
3.根据权利要求1所述的针对卫星太阳电池阵的在轨模态辨识系统，其特征在于，
所述脉冲激励模块利用卫星姿轨控的推力器点火对太阳电池阵造成脉冲激励。
4.一种针对卫星太阳电池阵的在轨模态辨识方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：在卫星发射升空之前，在太阳电池阵上布置若干传感器，所述若干传感器
构成测点；
步骤2：在卫星稳态控制过程中，通过使姿态控制用和轨道控制用的推力器点火的
方法对太阳电池阵进行脉冲激振；
步骤3：由数传通道发送指令，打开数据采集器，采集太阳电池阵上各个测点位置
的振动响应，该振动响应信号为加速度信号；
步骤4：振动响应信号经数传通道传送到地面，作为卫星在轨振动监测与模态辨识
系统的输入；
步骤5：根据特征系统实现算法，即ERA法，由各个测点的脉冲响应信号构造Hankel
矩阵；
步骤6：对Hankel矩阵进行奇异值分解，获取矩阵的特征值，从而获取太阳电池阵
在轨模态参数。
5.根据权利要求4所述的针对卫星太阳电池阵的在轨模态辨识方法，其特征在于，
所述步骤5中提到的特征系统实现算法，具体如下：
假设给定系统的输入-输出特性为传递函数G(s)，寻找系统的状态空间描述矩阵
(A,B,C)，使得该矩阵满足：
C(sI-A)-1B＝G(s)，
其中，I表示单位矩阵，
则称矩阵(A,B,C)为系统G(s)的一个特征系统实现；
当T为与系统矩阵A同阶非奇异方阵时，(T-1AT,T-1B,CT)同样是系统的一个实
现，在系统的各种实现中，系统矩阵A阶次最低的实现称之为最小实现，也称之为特征
系统实现。
6.根据权利要求5所述的针对卫星太阳电池阵的在轨模态辨识方法，其特征在于，
所述步骤5中包括：
步骤5.1：构造特征系统实现算法的连续与离散时间系统状态方程；
设M为n×n阶质量阵，K为n×n阶刚度阵，D为n×n阶阻尼阵，f(t)为l维输入
向量，Bf为n×l阶输入分配矩阵，w为n维位移向量，表示w关于时间的二阶向
量，表示w关于时间的一阶向量，则系统二阶振动微分方程如下：
Mw··(t)+Dw·(t)+Kw(t)=Bff(t)---(1)]]>取状态变量x
x=ww·---(2)]]>令
A^=0I-M-1K-M-1D,B^=0M-1Bf]]>则振动方程用状态向量可表示为：
x·(t)=A^x(t)+B^f(t)y(t)=Cx(t)---(3)]]>上式为连续系统的状态方程，x为2n×1阶状态向量，为系统矩阵，是2n×2n
阶矩阵，为控制矩阵，是2n×l阶矩阵，y为m维输出向量，C为m×2n阶测量矩
阵，表示x关于时间的一阶状态向量；
当矩阵和为时间的函数时，所述特征系统是时变的；
当和为常矩阵，式(3)为一阶常微分方程组，假定t＝t0时初始条件为x(t0)，
则式(3)的解为
x(t)=eA^(t-t0)x(t0)+∫t0teA^(t-τ)B^f(τ)dτ,t≥t0---(4)]]>式中：τ表示时间变量，e表指数运算，表示在t-t0的系统矩阵；
假定以时间间隔Ts等间隔采样，即采样点为t＝t0+kTs，k＝0,1,2,...，由式(4)得：
x(kTs)=eA^kTsx(t0)+∫t0t0+kTseA^(t0+kTs-τ)B^f(τ)dτ]]>x[(k+1)Ts]=eA^(k+1)Tsx(t0)+∫t0t0+(k+1)TseA^[t0+(k+1)Ts-τ]B^f(τ)dτ=eA^TseA^kTsx(t0)+eA^Ts∫t0t0+kTseA^(t0+kTs-τ)B^f(τ)d&...
【专利技术属性】
技术研发人员：周宇，赵发刚，姚赛金，
申请(专利权)人：上海卫星工程研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31
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