噪声环境下舱体外部设备超高速撞击感知与定位研究

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1、硕士学位论文噪声环境下舱体外部设备超高速撞击感知与定位研究PERCEPTIONANDLOCATIONOFEXTERNALEQUIPMENTOFSPACECRAFTHYPERVELOCITYIMPACTEDINNOISEENVIRONMENT李金炜哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：V423.7学校代码：10213国际图书分类号：629.7密级：公开工程硕士学位论文噪声环境下舱体外部设备超高速撞击感知与定位研究硕士研究生：李金炜导师：庞宝君教授申请学位：工程硕士学科：航天工程所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈

2、尔滨工业大学ClassifiedIndex:V423.7U.D.C:629.7DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringPERCEPTIONANDLOCATIONOFEXTERNALEQUIPMENTOFSPACECRAFTHYPERVELOCITYIMPACTEDINNOISEENVIRONMENTCandidate：LiJinweiSupervisor：Prof.PangBaojunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：

3、AerospaceEngineeringAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要随着人类航天活动的日益增多，大量失效报废的航天器成为空间碎片，高速的空间碎片严重威胁航天器的在轨安全。空间碎片根据尺寸分为大碎片、小碎片和危险碎片。目前，主要通过在轨机动的方式对大碎片进行躲避，通过安装防护结构对小碎片进行防护，而对于即难机动躲避

4、、又难防护的危险碎片，人们提出了在轨感知技术对空间碎片撞击进行实时感知、定位与损伤识别。其中基于声发射的在轨感知系统由于其占用的资源较少、环境适应能力强、可以对航天器进行全天候监测、系统可靠性高等优点受到了广泛关注。航天器在轨环境复杂，在轨感知系统会受到在轨背景噪声、突发瞬态噪声干扰而影响系统的感知和定位精度。在轨感知技术主要的应用对象为航天器壁板结构，而航天器外部往往连接大量设备并且舱体加筋板上存在如舷窗边缘等加厚结构，相比密封舱舱体直接受到空间碎片撞击，这些位置受到空间碎片撞击时对航天器产生的危害较小，因此需要对外部结构超高速撞击事件

5、进行感知识别研究。本文将基于地面模拟实验数据，对噪声及外部结构撞击干扰信号模拟方法与特征、噪声环境下舱外设备撞击感知干扰识别方法、噪声环境下舱体撞击定位方法进行研究。（1）获得在轨航天器典型背景噪声、瞬态噪声及外部结构撞击干扰信号。针对航天器铝合金加筋舱板进行地面噪声模拟试验与超高速撞击试验，对所得干扰信号进行幅频分析，获得干扰信号的波形频谱特征。研究结果表明：背景噪声信号频率低于200kHz；瞬态噪声频率低于300kHz；外部结构撞击信号频率低于900kHz。（2）噪声环境下舱外设备撞击感知干扰识别研究。噪声环境及外部结构撞击信号都会影

6、响感知系统的准确感知，因此本文以传统的信号频谱分析识别方法为基础，基于自适应方法如SVD分解滤波、经验模态分解、主成分分析与SVM分类算法对各类干扰信号分别从波形、频谱的角度进行区分研究。并对不同厚度、不同结构截止频率与撞击速度的关系进行分析。根据以上分析结果确定感知识别门槛的获取方法及噪声环境下舱外设备撞击感知干扰自适应识别方法，识别精度超过95%。（3）噪声环境下的超高速撞击信号源定位研究。声发射信号源定位同样会受到噪声环境的影响造成定位精度降低。本文首先对传统的过门槛时差定位方法进行研究；按照不同信噪比将试验所得各类噪声信号与超高速

7、撞击信号进行-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文叠加，分析不同定位门槛下与到达时刻误差的关系。应用枪击模拟试验获得数据，对航天器加筋舱体源定位进行仿真研究，得到了不同定位门槛与定位相对误差的关系。基于中值滤波与高频IMF分量重构结合的方法降低噪声环境对定位的不利影响，仿真结果表明经过重构的信号定位相对误差不超过1%，有效提升了噪声环境下舱体撞击定位精度。关键词：空间碎片；在轨感知；声发射；噪声环境；信号处理-II-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractWiththeincreasingnumberofhumanspaceactiv

8、ities,alargenumberofspacecraftthathavefailedtobeusedhavebecomespacedebris.High-speedspacedebriss