空间碎片撞击源定位监测网络布局研究

发布时间：2023-02-19 12:13

　　随着人类对太空的探索和开发,空间碎片数量也逐年上升,这对于航天器的在轨运行安全构成了严重的威胁。基于声发射技术的在轨感知系统可以实时监测空间碎片撞击事件,定位撞击位置,有利于及时采取应对措施。航天器壁板结构上加筋、凸起等特点导致信号传播过程的各向异性,使得声发射信号沿各个方向的传播速度存在差异,依赖于信号传播速度的传统声发射源定位技术难以获得准确的定位结果,如何在复杂的航天器结构上,获取空间碎片撞击源位置成为亟待解决的关键问题。为了解决这一问题,本文以航天器加筋结构为研究对象,开发了一种基于近邻法的声发射源定位技术,提出了一种适用于航天器舱壁的声发射源定位监测网络的布局方案。论文的主要研究内容如下:通过开发区域定位算法,解决了无法获取传播速度信息对定位过程的影响。在判别过程中引入权重系数,减小了区域定位算法中门槛值对定位精度的影响。传统的声发射源定位算法需要布置大量的传感器以获得声发射信号沿不同方向的传播速度,在无法大量布置传感器时无法获得准确的定位结果。区域定位算法以声发射信号的到达时刻差值向量为样本标签,通过求解撞击产生数据与样本标签之间的欧式距离进行定位,适用于各向异性复杂结构。...

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 空间碎片环境与危害
        1.1.2 基于声发射技术的在轨感知系统
        1.1.3 传感器监测网络布局研究
    1.2 研究的目的和意义
    1.3 国内外研究现状及分析
        1.3.1 声发射技术
        1.3.2 传感器布局
    1.4 主要研究内容
第2章 声发射信号特征及获取方法
    2.1 引言
    2.2 模态声发射理论
        2.2.1 板波特征分析
        2.2.2 声发射信号频域分析方法
    2.3 超高速撞击声发射信号与仿真枪击声发射信号对比
        2.3.1 超高速撞击声发射信号的产生
        2.3.2 仿真枪击声发射信号的产生
        2.3.3 信号频域分析
    2.4 整舱信号获取
        2.4.1 地面模拟撞击实验平台
        2.4.2 实验设备
    2.5 本章小结
第3章 航天器复杂结构定位技术研究
    3.1 引言
    3.2 复杂结构定位算法原理
        3.2.1 信号到达时刻获取
        3.2.2 样本标签的获取
        3.2.3 区域定位算法
    3.3 引入权重系数的定位算法
        3.3.1 信号衰减程度的衡量
        3.3.2 权重系数的引入
        3.3.3 定位流程改进
    3.4 定位结果对比分析
        3.4.1 区域定位算法定位结果分析
        3.4.2 虚拟波阵面定位与区域定位结果对比
    3.5 本章小结
第4章 传感器监测网络布局研究
    4.1 引言
    4.2 单传感器监测效果确定
        4.2.1 监测效果随传输距离函数
        4.2.2 模拟定位效果计算
        4.2.3 下降参数与阈值求解
        4.2.4 传感器网络监测效果分析
    4.3 监测网络传感器布局设计
        4.3.1 传感器位置表示
        4.3.2 传感器覆盖率计算
        4.3.3 传感器数量计算
        4.3.4 监测网络传感器布局结果
    4.4 整舱监测效果影响因素分析
        4.4.1 不同定位精度下传感器的布局分析
        4.4.2 传感器数量对整舱监测效果的影响分析
        4.4.3 故障情况对覆盖率的影响
    4.5 本章小结
第5章 复杂结构定位算法及传感器布局实验验证
    5.1 引言
    5.2 复杂结构区域定位算法超高速撞击验证
        5.2.1 定位算法验证实验方案
        5.2.2 定位算法验证实验结果分析
    5.3 传感器布局实验验证
        5.3.1 传感器布局方法验证实验方案
        5.3.2 优化布局结构下的模拟定位精度
        5.3.3 优化布局结构下的定位实验精度
        5.3.4 实验结果分析
    5.4 小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢



本文编号：3746199