CN109342861B - 一种霍尔推力器周向辐条特性测量方法及系统 - Google Patents

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    • G01R23/16—Spectrum analysis; Fourier analysis

Abstract

本发明公开了一种霍尔推力器周向辐条特性测量方法及系统。所述霍尔推力器周向辐条振荡频率测量方法包括：获取霍尔推力器的多帧放电区域图像；计算每帧放电区域图像的整体像素值；对每帧放电区域图像的整体像素值均进行二维离散傅里叶变换，得到多帧变换后的放电区域图像的整体像素值；计算对应时刻霍尔推力器的辐条振荡频率以及功率；依据整个工作状态期间各个时刻霍尔推力器的辐条振荡频率以及各个时刻的功率，绘制霍尔推力器的功率谱密度曲线图；依据功率谱密度曲线图确定霍尔推力器在整个工作状态期间周向辐条的整体振荡频率。本发明能够提高霍尔推力器周向辐条特性测量的精度，尤其是霍尔推力器周向辐条振荡频率的测量精度。

Description

一种霍尔推力器周向辐条特性测量方法及系统
技术领域
本发明涉及推力器辐条特性测量技术领域，特别是涉及一种霍尔推力器周向辐条特性测量方法及系统。
背景技术
霍尔推力器因其比冲适中、效率较高等优势被广泛应用于卫星推进等深空探测等任务。低频振荡是指霍尔推力器工作过程中观察到的大规模的放电电流自发振荡，是霍尔推力器工作过程中不可避免的现象，频率在10-100kHz之间，振幅往往较大，峰峰值甚至可以达到放电电流均值的100％，与推力器内部的电离和加速过程有着密切的关系，并对推力器性能有着严重的影响。周向旋转辐条振荡是低频振荡的一种，在霍尔推力器工作过程中，垂直于交叉电磁场方向的电子传导水平电子在进行角向漂移时并不是各处均匀的，在方位角上会出现等离子体密度振荡起伏变化，即旋转辐条振荡。旋转辐条引起的轴向电流振荡在近阳极区域占主导地位，振荡会使推力器工作不稳定，进入过热状态甚至导致推力器熄火，对于推力器的稳定工作具有重要的影响。因此，对于推力器辐条特性的测量越来越重要，推力器辐条特性参数一般包括辐条振荡频率、辐条旋转方向和辐条旋转速度，其中辐条振荡频率的测量尤为重要。
目前，对于推力器辐条振荡频率的测量，主要采用的方法是探针测量，该方法通过在放电通道内不同位置布置探针，测量各点的电流变化，以实现对辐条振荡频率的测量。然而，探针测量会对通道内等离子体进行扰动，导致测量结果不准确，并且无法对全部周向通道进行监测，不利于测量各个方位角上的辐条振荡特性。
发明内容
基于此，有必要提供一种霍尔推力器周向辐条特性测量方法及系统，以提高辐条特性的测量精度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种霍尔推力器周向辐条振荡频率测量方法，包括：
获取霍尔推力器的多帧放电区域图像；多帧所述放电区域图像是采用高速相机对所述霍尔推力器在整个工作状态期间的周向环形通道放电区域进行连续拍摄得到的；
计算每帧放电区域图像的整体像素值；
对每帧放电区域图像的整体像素值均进行二维离散傅里叶变换，得到多帧变换后的放电区域图像的整体像素值；
依据每帧变换后的放电区域图像的整体像素值计算对应时刻霍尔推力器的辐条振荡频率以及霍尔推力器的功率；
依据整个工作状态期间各个时刻霍尔推力器的辐条振荡频率以及各个时刻霍尔推力器的功率，绘制所述霍尔推力器的功率谱密度曲线图；
依据所述功率谱密度曲线图确定所述霍尔推力器在整个工作状态期间周向辐条的整体振荡频率。
可选的，所述计算每帧放电区域图像的整体像素值，具体包括：
计算多帧所述放电区域图像的平均像素值；
依据所述平均像素值计算各帧放电区域图像的像素偏差值；
将各帧所述放电区域图像均划分为多个面元；
依据所述像素偏差值计算对应帧放电区域图像中每个面元的面元平均像素值；
依据每帧放电区域图像中所有面元的面元平均像素值确定对应帧放电区域图像的整体像素值。
可选的，所述依据所述平均像素值计算各帧放电区域图像的像素偏差值，具体为：
Figure BDA0001898928160000021
其中，
Figure BDA0001898928160000022
表示第j帧放电区域图像的像素偏差值，p(x,y,tj)表示第j帧放电区域图像的像素值，
Figure BDA0001898928160000023
表示平均像素值，x表示直角坐标系下的半径，y表示直角坐标系下的周向角度，tj表示第j帧放电区域图像对应的时刻。
可选的，所述依据所述像素偏差值计算对应帧放电区域图像中每个面元的面元平均像素值，具体包括：
对所述像素偏差值进行坐标转换，转换后的像素偏差值为
Figure BDA0001898928160000031
其中，r表示柱坐标系下的半径，θ表示柱坐标系下的周向角度；
依据所述转换后的像素偏差值计算对应帧放电区域图像中每个面元的面元平均像素值
Figure BDA0001898928160000032
其中，a(b,tj)表示第j帧放电区域图像中第b个面元的面元平均像素值，ri表示放电通道内径，r0表示放电通道外径，θb表示第b个面元对应的周向角度，θb+1第b+1个面元对应的周向角度，Mb表示第b个面元中像素值的个数。
可选的，所述依据每帧放电区域图像中所有面元的面元平均像素值确定对应帧放电区域图像的整体像素值，具体为：
Figure BDA0001898928160000033
其中，m0(tj)表示第j帧放电区域图像的整体像素值，Nb表示第j帧放电区域图像中的面元总数。
本发明还提供了一种霍尔推力器周向辐条振荡频率测量系统，包括：
图像获取模块，用于获取霍尔推力器的多帧放电区域图像；多帧所述放电区域图像是采用高速相机对所述霍尔推力器在整个工作状态期间的周向环形通道放电区域进行连续拍摄得到的；
第一计算模块，用于计算每帧放电区域图像的整体像素值；
变换模块，用于对每帧放电区域图像的整体像素值均进行二维离散傅里叶变换，得到多帧变换后的放电区域图像的整体像素值；
第二计算模块，用于依据每帧变换后的放电区域图像的整体像素值计算对应时刻霍尔推力器的辐条振荡频率以及霍尔推力器的功率；
绘制模块，用于依据整个工作状态期间各个时刻霍尔推力器的辐条振荡频率以及各个时刻霍尔推力器的功率，绘制所述霍尔推力器的功率谱密度曲线图；
振荡频率确定模块，用于依据所述功率谱密度曲线图确定所述霍尔推力器在整个工作状态期间周向辐条的整体振荡频率。
可选的，所述第一计算模块，具体包括：
第一计算单元，用于计算多帧所述放电区域图像的平均像素值；
第二计算单元，用于依据所述平均像素值计算各帧放电区域图像的像素偏差值；
划分单元，用于将各帧所述放电区域图像均划分为多个面元；
第三计算单元，用于依据所述像素偏差值计算对应帧放电区域图像中每个面元的面元平均像素值；
确定单元，用于依据每帧放电区域图像中所有面元的面元平均像素值确定对应帧放电区域图像的整体像素值。
可选的，所述第三计算单元，具体包括：
坐标转换子单元，用于对所述像素偏差值进行坐标转换，转换后的像素偏差值为
Figure BDA0001898928160000041
其中，r表示柱坐标系下的半径，θ表示柱坐标系下的周向角度；
计算子单元，用于依据所述转换后的像素偏差值计算对应帧放电区域图像中每个面元的面元平均像素值
Figure BDA0001898928160000042
其中，a(b,tj)表示第j帧放电区域图像中第b个面元的面元平均像素值，ri表示放电通道内径，r0表示放电通道外径，θb表示第b个面元对应的周向角度，θb+1第b+1个面元对应的周向角度，Mb表示第b个面元中像素值的个数。
本发明还提供了一种霍尔推力器周向辐条特性测量方法，包括：
获取霍尔推力器的多帧放电区域图像；多帧所述放电区域图像是采用高速相机对所述霍尔推力器在整个工作状态期间的周向环形通道放电区域进行连续拍摄得到的；
计算多帧所述放电区域图像的平均像素值；
依据所述平均像素值计算每帧放电区域图像的整体像素值；
对每帧放电区域图像的整体像素值均进行二维离散傅里叶变换，得到多帧变换后的放电区域图像的整体像素值；
依据每帧变换后的放电区域图像的整体像素值计算对应时刻霍尔推力器的辐条振荡频率以及霍尔推力器的功率；
依据整个工作状态期间各个时刻霍尔推力器的辐条振荡频率以及各个时刻霍尔推力器的功率，绘制所述霍尔推力器的功率谱密度曲线图；
依据所述功率谱密度曲线图确定所述霍尔推力器在整个工作状态期间周向辐条的整体振荡频率；
获取所述霍尔推力器在整个工作状态期间各个时刻对应的周向角度；
依据所述平均像素值以及所述周向角度，得到三维分布图；所述三维分布图为所述平均像素值、所述周向角度随时间变化的分布图；
对所述三维分布图进行旋转，得到二维光强分布图；所述二维光强分布图表示所述周向角度随时间变化的分布图；
依据所述二维光强分布图确定所述霍尔推力器周向辐条的旋转方向和旋转速度。
本发明还提供了一种霍尔推力器周向辐条特性测量系统，包括：
图像获取模块，用于获取霍尔推力器的多帧放电区域图像；多帧所述放电区域图像是采用高速相机对所述霍尔推力器在整个工作状态期间的周向环形通道放电区域进行连续拍摄得到的；
平均像素值计算模块，用于计算多帧所述放电区域图像的平均像素值；
第一计算模块，用于依据所述平均像素值计算每帧放电区域图像的整体像素值；
变换模块，用于对每帧放电区域图像的整体像素值均进行二维离散傅里叶变换，得到多帧变换后的放电区域图像的整体像素值；
第二计算模块，用于依据每帧变换后的放电区域图像的整体像素值计算对应时刻霍尔推力器的辐条振荡频率以及霍尔推力器的功率；
绘制模块，用于依据整个工作状态期间各个时刻霍尔推力器的辐条振荡频率以及各个时刻霍尔推力器的功率，绘制所述霍尔推力器的功率谱密度曲线图；
振荡频率确定模块，用于依据所述功率谱密度曲线图确定所述霍尔推力器在整个工作状态期间周向辐条的整体振荡频率；
角度获取模块，用于获取所述霍尔推力器在整个工作状态期间各个时刻对应的周向角度；
第一分布图获取模块，用于依据所述平均像素值以及所述周向角度，得到三维分布图；所述三维分布图为所述平均像素值、所述周向角度随时间变化的分布图；
第二分布图获取模块，用于对所述三维分布图进行旋转，得到二维光强分布图；所述二维光强分布图表示所述周向角度随时间变化的分布图；
旋转参数确定模块，用于依据所述二维光强分布图确定所述霍尔推力器周向辐条的旋转方向和旋转速度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出了一种霍尔推力器周向辐条特性测量方法及系统。所述霍尔推力器周向辐条振荡频率测量方法包括：采用高速相机获取霍尔推力器的多帧放电区域图像；计算每帧放电区域图像的整体像素值；通过二维离散傅里叶变换，得到多帧变换后的放电区域图像的整体像素值；通过计算对应时刻霍尔推力器的辐条振荡频率以及功率，绘制霍尔推力器的功率谱密度曲线图；依据功率谱密度曲线图确定霍尔推力器在整个工作状态期间周向辐条的整体振荡频率。该辐条振荡频率测量方法实现了非介入式测量霍尔推力器旋转辐条的振荡频率，提高了辐条振荡频率的测量精度；能够对全部周向通道进行监测，实现了对各个方位角上的辐条振荡频率的测量；便于计算。
本发明还依据平均像素值以及周向角度，得到三维分布图；三维分布图为平均像素值、周向角度随时间变化的分布图；对三维分布图进行旋转，得到二维光强分布图；依据二维光强分布图确定霍尔推力器周向辐条的旋转方向和旋转速度。本发明的辐条特性测量方法不仅提高了霍尔推力器周向辐条振荡频率的测量精度，还实现了辐条旋转方向和旋转速度的测量，实现了远程对霍尔推力器旋转辐条运动状态的监测，填补了霍尔推力器旋转辐条运动状态远程测量的空白。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1霍尔推力器周向辐条振荡频率测量方法的流程图；
图2为霍尔推力器的功率谱密度曲线图；
图3为本发明实施例2霍尔推力器周向辐条振荡频率测量系统的结构示意图；
图4为三维分布图；
图5为二维光强分布图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
图1为本发明实施例1霍尔推力器周向辐条振荡频率测量方法的流程图。
参见图1，本实施例的霍尔推力器周向辐条振荡频率测量方法，包括：
步骤S1：获取霍尔推力器的多帧放电区域图像。
多帧所述放电区域图像是采用高速相机对所述霍尔推力器在整个工作状态期间的周向环形通道放电区域进行连续拍摄得到的。具体的，霍尔推力器布置在真空罐中，将高速相机置于霍尔推力器羽流前端5米处，高速相机通过真空罐观察窗正对垂直于推力器阳极的方向，并通过对霍尔推力器周向环形通道放电区域进行拍照，得到多帧放电区域图像，然后将图像以128×128×Nf的三维矩阵格式存储，Nf表示放电区域图像的帧数，每帧图像对应工作状态期间的一个时刻。
步骤S2：计算每帧放电区域图像的整体像素值。所述步骤S2具体包括：
S201：计算多帧所述放电区域图像的平均像素值。
S202：依据所述平均像素值计算各帧放电区域图像的像素偏差值。具体为：
Figure BDA0001898928160000081
其中，
Figure BDA0001898928160000082
表示第j帧放电区域图像的像素偏差值，p(x,y,tj)表示第j帧放电区域图像的像素值，
Figure BDA0001898928160000084
表示平均像素值，x表示直角坐标系下的半径，y表示直角坐标系下的周向角度，tj表示第j帧放电区域图像对应的时刻。
S203：将各帧所述放电区域图像均划分为多个面元。
S204：依据所述像素偏差值计算对应帧放电区域图像中每个面元的面元平均像素值。具体包括：
对所述像素偏差值进行坐标转换，转换后的像素偏差值为
Figure BDA0001898928160000085
其中，r表示柱坐标系下的半径，θ表示柱坐标系下的周向角度；
依据所述转换后的像素偏差值计算对应帧放电区域图像中每个面元的面元平均像素值
Figure BDA0001898928160000083
其中，a(b,tj)表示第j帧放电区域图像中第b个面元的面元平均像素值，ri表示放电通道内径，r0表示放电通道外径，θb表示第b个面元对应的周向角度，θb+1第b+1个面元对应的周向角度，Mb表示第b个面元中像素值的个数。
S205：依据每帧放电区域图像中所有面元的面元平均像素值确定对应帧放电区域图像的整体像素值。具体为：
Figure BDA0001898928160000091
其中，m0(tj)表示第j帧放电区域图像的整体像素值，Nb表示第j帧放电区域图像中的面元总数。
本实施例中，首先依据平均像素值得到像素偏差值，依据像素偏差值独立出放电区域图像中的圆形通道部分；将其转换到柱坐标系形式，即实现
Figure BDA0001898928160000092
将每一帧放电区域图像均划分为180面元，再将像素值分配到每一个面元中，将每个面元中的像素值平均化，使每个面元对应一个面元平均像素值，最终将每帧放电区域图像矩阵均转化为一个1×180的光强矢量；对于每帧放电区域图像，将其全部面元的面元平均像素值加和，即可得到放电区域图像的整体像素值。
步骤S3：对每帧放电区域图像的整体像素值均进行二维离散傅里叶变换，得到多帧变换后的放电区域图像的整体像素值。
步骤S4：依据每帧变换后的放电区域图像的整体像素值计算对应时刻霍尔推力器的辐条振荡频率以及霍尔推力器的功率。所述霍尔推力器的功率即为振荡频率对应的能量。
步骤S5：依据整个工作状态期间各个时刻霍尔推力器的辐条振荡频率以及各个时刻霍尔推力器的功率，绘制所述霍尔推力器的功率谱密度曲线图。
步骤S6：依据所述功率谱密度曲线图确定所述霍尔推力器在整个工作状态期间周向辐条的整体振荡频率。
图2为霍尔推力器的功率谱密度曲线图，参见图2，功率谱密度曲线图中横坐标表示频率(kHz)，纵坐标表示功率谱密度(w/Hz)，该曲线图中的每条曲线对应一个时刻，曲线峰值代表此工况下辐条的振荡频率，由整个工作状态期间各个时刻的功率谱密度曲线图，可知霍尔推力器在整个工作状态期间周向辐条的整体振荡频率约为21kHz。
相对于探针测量的传统方法，本实施例的霍尔推力器周向辐条振荡频率测量方法，实现了非介入式测量霍尔推力器旋转辐条的振荡频率，提高了辐条振荡频率的测量精度；能够对全部周向通道进行监测，实现了对各个方位角上的辐条振荡频率的测量；便于计算；且采用高速成像法分析霍尔推力器的辐条振荡频率更直观更立体，有效地减少了测量霍尔推力器放电辐条振荡所需要部署的实验装置。
实施例2：
本发明还提供了一种霍尔推力器周向辐条振荡频率测量系统。图3为本发明实施例2霍尔推力器周向辐条振荡频率测量系统的结构示意图。参见图3，本实施例的霍尔推力器周向辐条振荡频率测量系统，包括：
图像获取模块301，用于获取霍尔推力器的多帧放电区域图像；多帧所述放电区域图像是采用高速相机对所述霍尔推力器在整个工作状态期间的周向环形通道放电区域进行连续拍摄得到的。
第一计算模块302，用于计算每帧放电区域图像的整体像素值。
所述第一计算模块302，具体包括：第一计算单元，用于计算多帧所述放电区域图像的平均像素值；第二计算单元，用于依据所述平均像素值计算各帧放电区域图像的像素偏差值；划分单元，用于将各帧所述放电区域图像均划分为多个面元；第三计算单元，用于依据所述像素偏差值计算对应帧放电区域图像中每个面元的面元平均像素值；确定单元，用于依据每帧放电区域图像中所有面元的面元平均像素值确定对应帧放电区域图像的整体像素值。
所述第三计算单元，具体包括：坐标转换子单元，用于对所述像素偏差值进行坐标转换，转换后的像素偏差值为
Figure BDA0001898928160000101
其中，r表示柱坐标系下的半径，θ表示柱坐标系下的周向角度；计算子单元，用于依据所述转换后的像素偏差值计算对应帧放电区域图像中每个面元的面元平均像素值
Figure BDA0001898928160000102
其中，a(b,tj)表示第j帧放电区域图像中第b个面元的面元平均像素值，ri表示放电通道内径，r0表示放电通道外径，θb表示第b个面元对应的周向角度，θb+1第b+1个面元对应的周向角度，Mb表示第b个面元中像素值的个数。
变换模块303，用于对每帧放电区域图像的整体像素值均进行二维离散傅里叶变换，得到多帧变换后的放电区域图像的整体像素值。
第二计算模块304，用于依据每帧变换后的放电区域图像的整体像素值计算对应时刻霍尔推力器的辐条振荡频率以及霍尔推力器的功率。
绘制模块305，用于依据整个工作状态期间各个时刻霍尔推力器的辐条振荡频率以及各个时刻霍尔推力器的功率，绘制所述霍尔推力器的功率谱密度曲线图。
振荡频率确定模块306，用于依据所述功率谱密度曲线图确定所述霍尔推力器在整个工作状态期间周向辐条的整体振荡频率。
对于实施例2公开的系统而言，由于其与实施例1公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
实施例3：
本发明还提供了一种霍尔推力器周向辐条特性测量方法。所述霍尔推力器周向辐条特性测量方法包括：
(1)辐条的整体振荡频率的测量
获取霍尔推力器的多帧放电区域图像；多帧所述放电区域图像是采用高速相机对所述霍尔推力器在整个工作状态期间的周向环形通道放电区域进行连续拍摄得到的。
计算多帧所述放电区域图像的平均像素值。
依据所述平均像素值计算每帧放电区域图像的整体像素值。
对每帧放电区域图像的整体像素值均进行二维离散傅里叶变换，得到多帧变换后的放电区域图像的整体像素值。
依据每帧变换后的放电区域图像的整体像素值计算对应时刻霍尔推力器的辐条振荡频率以及霍尔推力器的功率。
依据整个工作状态期间各个时刻霍尔推力器的辐条振荡频率以及各个时刻霍尔推力器的功率，绘制所述霍尔推力器的功率谱密度曲线图。
依据所述功率谱密度曲线图确定所述霍尔推力器在整个工作状态期间周向辐条的整体振荡频率。
(2)辐条的旋转方向和旋转速度的测量
获取所述霍尔推力器在整个工作状态期间各个时刻对应的周向角度。
依据所述平均像素值以及所述周向角度，得到三维分布图；所述三维分布图为所述平均像素值、所述周向角度随时间变化的分布图。图4为三维分布图，三个坐标轴分别表示时间(ms)、周向角度、平均像素值。
对所述三维分布图进行旋转，得到二维光强分布图；所述二维光强分布图表示所述周向角度随时间变化的分布图。
依据所述二维光强分布图确定所述霍尔推力器周向辐条的旋转方向和旋转速度。图5为二维光强分布图，其中横坐标表示周向角度θ，纵坐标表示时间t，该图中显示了连续100帧图像，由图5可知，从霍尔推力器开始工作到熄火，颜色变化的区域所处的周向角度位置随时间的增大而减小，这就表示了辐条的旋转方向为逆时针，对于辐条的旋转速度可以根据图5中直线的斜率计算，旋转速度
Figure BDA0001898928160000121
其中t的单位由照片采样率N决定。以采样率10万为例，
二维光强分布图中100张照片用时为1ms，此时，二维光强分布图中的纵坐标单位即为1ms，横坐标显示角度范围为[-180°，+180°]，为放电通道一周。图5中辐条旋转一圈经历约0.12ms，此时旋转速度计算约为3000000°/s或8333r/s。
作为一种可选的实施方式，本实施例中还可以通过控制霍尔推力器氙气流量、阳极电压、励磁电流的变化，观察测量霍尔推力器在不同工况下辐条的振荡频率以及辐条的旋转速度的变化。
作为一种可选的实施方式，本实施还可以不计算像素值平均值，直接获取连续每帧图像的矩阵数据，从而更直观、立体地观察不同时刻推力器通道内辐条特性参数的连续变化情况。
本实施例的霍尔推力器周向辐条特性测量方法不仅提高了霍尔推力器周向辐条振荡频率的测量精度，还实现了辐条旋转方向和旋转速度的测量，实现了远程对霍尔推力器旋转辐条运动状态的监测，填补了霍尔推力器旋转辐条运动状态远程测量的空白。
本实施例中辐条的整体振荡频率的测量部分与实施例1的测量方法相同，相关之处参见实施例1部分说明即可。
实施例4：
本发明还提供了一种霍尔推力器周向辐条特性测量系统。所述霍尔推力器周向辐条特性测量系统包括：
图像获取模块，用于获取霍尔推力器的多帧放电区域图像；多帧所述放电区域图像是采用高速相机对所述霍尔推力器在整个工作状态期间的周向环形通道放电区域进行连续拍摄得到的。
平均像素值计算模块，用于计算多帧所述放电区域图像的平均像素值。
第一计算模块，用于依据所述平均像素值计算每帧放电区域图像的整体像素值。
变换模块，用于对每帧放电区域图像的整体像素值均进行二维离散傅里叶变换，得到多帧变换后的放电区域图像的整体像素值。
第二计算模块，用于依据每帧变换后的放电区域图像的整体像素值计算对应时刻霍尔推力器的辐条振荡频率以及霍尔推力器的功率。
绘制模块，用于依据整个工作状态期间各个时刻霍尔推力器的辐条振荡频率以及各个时刻霍尔推力器的功率，绘制所述霍尔推力器的功率谱密度曲线图。
振荡频率确定模块，用于依据所述功率谱密度曲线图确定所述霍尔推力器在整个工作状态期间周向辐条的整体振荡频率。
角度获取模块，用于获取所述霍尔推力器在整个工作状态期间各个时刻对应的周向角度。
第一分布图获取模块，用于依据所述平均像素值以及所述周向角度，得到三维分布图；所述三维分布图为所述平均像素值、所述周向角度随时间变化的分布图。
第二分布图获取模块，用于对所述三维分布图进行旋转，得到二维光强分布图；所述二维光强分布图表示所述周向角度随时间变化的分布图。
旋转参数确定模块，用于依据所述二维光强分布图确定所述霍尔推力器周向辐条的旋转方向和旋转速度。
本实施例的霍尔推力器周向辐条特性测量系统不仅提高了霍尔推力器周向辐条振荡频率的测量精度，还实现了辐条旋转方向和旋转速度的测量，实现了远程对霍尔推力器旋转辐条运动状态的监测，填补了霍尔推力器旋转辐条运动状态远程测量的空白。
对于实施例4公开的系统而言，由于其与实施例3公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种霍尔推力器周向辐条振荡频率测量方法，其特征在于，包括：
获取霍尔推力器的多帧放电区域图像；多帧所述放电区域图像是采用高速相机对所述霍尔推力器在整个工作状态期间的周向环形通道放电区域进行连续拍摄得到的；
计算每帧放电区域图像的整体像素值；
对每帧放电区域图像的整体像素值均进行二维离散傅里叶变换，得到多帧变换后的放电区域图像的整体像素值；
依据每帧变换后的放电区域图像的整体像素值计算对应时刻霍尔推力器的辐条振荡频率以及霍尔推力器的功率；
依据整个工作状态期间各个时刻霍尔推力器的辐条振荡频率以及各个时刻霍尔推力器的功率，绘制所述霍尔推力器的功率谱密度曲线图；
依据所述功率谱密度曲线图确定所述霍尔推力器在整个工作状态期间周向辐条的整体振荡频率；
所述计算每帧放电区域图像的整体像素值，具体包括：
计算多帧所述放电区域图像的平均像素值；
依据所述平均像素值计算各帧放电区域图像的像素偏差值；
将各帧所述放电区域图像均划分为多个面元；
依据所述像素偏差值计算对应帧放电区域图像中每个面元的面元平均像素值；
依据每帧放电区域图像中所有面元的面元平均像素值确定对应帧放电区域图像的整体像素值。
2.根据权利要求1所述的一种霍尔推力器周向辐条振荡频率测量方法，其特征在于，所述依据所述平均像素值计算各帧放电区域图像的像素偏差值，具体为：
Figure FDA0002763107460000011
其中，
Figure FDA0002763107460000012
表示第j帧放电区域图像的像素偏差值，p(x,y,tj)表示第j帧放电区域图像的像素值，
Figure FDA0002763107460000013
表示平均像素值，x表示直角坐标系下的半径，y表示直角坐标系下的周向角度，tj表示第j帧放电区域图像对应的时刻。
3.根据权利要求2所述的一种霍尔推力器周向辐条振荡频率测量方法，其特征在于，所述依据所述像素偏差值计算对应帧放电区域图像中每个面元的面元平均像素值，具体包括：
对所述像素偏差值进行坐标转换，转换后的像素偏差值为
Figure FDA0002763107460000021
其中，r表示柱坐标系下的半径，θ表示柱坐标系下的周向角度；
依据所述转换后的像素偏差值计算对应帧放电区域图像中每个面元的面元平均像素值
Figure FDA0002763107460000022
其中，a(b,tj)表示第j帧放电区域图像中第b个面元的面元平均像素值，ri表示放电通道内径，r0表示放电通道外径，θb表示第b个面元对应的周向角度，θb+1表示第b+1个面元对应的周向角度，Mb表示第b个面元中像素值的个数。
4.根据权利要求3所述的一种霍尔推力器周向辐条振荡频率测量方法，其特征在于，所述依据每帧放电区域图像中所有面元的面元平均像素值确定对应帧放电区域图像的整体像素值，具体为：
Figure FDA0002763107460000023
其中，m0(tj)表示第j帧放电区域图像的整体像素值，Nb表示第j帧放电区域图像中的面元总数。
5.一种霍尔推力器周向辐条振荡频率测量系统，其特征在于，包括：
图像获取模块，用于获取霍尔推力器的多帧放电区域图像；多帧所述放电区域图像是采用高速相机对所述霍尔推力器在整个工作状态期间的周向环形通道放电区域进行连续拍摄得到的；
第一计算模块，用于计算每帧放电区域图像的整体像素值；
变换模块，用于对每帧放电区域图像的整体像素值均进行二维离散傅里叶变换，得到多帧变换后的放电区域图像的整体像素值；
第二计算模块，用于依据每帧变换后的放电区域图像的整体像素值计算对应时刻霍尔推力器的辐条振荡频率以及霍尔推力器的功率；
绘制模块，用于依据整个工作状态期间各个时刻霍尔推力器的辐条振荡频率以及各个时刻霍尔推力器的功率，绘制所述霍尔推力器的功率谱密度曲线图；
振荡频率确定模块，用于依据所述功率谱密度曲线图确定所述霍尔推力器在整个工作状态期间周向辐条的整体振荡频率；
所述第一计算模块，具体包括：
第一计算单元，用于计算多帧所述放电区域图像的平均像素值；
第二计算单元，用于依据所述平均像素值计算各帧放电区域图像的像素偏差值；
划分单元，用于将各帧所述放电区域图像均划分为多个面元；
第三计算单元，用于依据所述像素偏差值计算对应帧放电区域图像中每个面元的面元平均像素值；
确定单元，用于依据每帧放电区域图像中所有面元的面元平均像素值确定对应帧放电区域图像的整体像素值。
6.根据权利要求5所述的一种霍尔推力器周向辐条振荡频率测量系统，其特征在于，所述第三计算单元，具体包括：
坐标转换子单元，用于对所述像素偏差值进行坐标转换，转换后的像素偏差值为
Figure FDA0002763107460000031
其中，r表示柱坐标系下的半径，θ表示柱坐标系下的周向角度；
计算子单元，用于依据所述转换后的像素偏差值计算对应帧放电区域图像中每个面元的面元平均像素值
Figure FDA0002763107460000032
其中，a(b,tj)表示第j帧放电区域图像中第b个面元的面元平均像素值，ri表示放电通道内径，r0表示放电通道外径，θb表示第b个面元对应的周向角度，θb+1表示第b+1个面元对应的周向角度，Mb表示第b个面元中像素值的个数，tj表示第j帧放电区域图像对应的时刻。
7.一种霍尔推力器周向辐条特性测量方法，其特征在于，包括：
获取霍尔推力器的多帧放电区域图像；多帧所述放电区域图像是采用高速相机对所述霍尔推力器在整个工作状态期间的周向环形通道放电区域进行连续拍摄得到的；
计算多帧所述放电区域图像的平均像素值；
依据所述平均像素值计算每帧放电区域图像的整体像素值；
对每帧放电区域图像的整体像素值均进行二维离散傅里叶变换，得到多帧变换后的放电区域图像的整体像素值；
依据每帧变换后的放电区域图像的整体像素值计算对应时刻霍尔推力器的辐条振荡频率以及霍尔推力器的功率；
依据整个工作状态期间各个时刻霍尔推力器的辐条振荡频率以及各个时刻霍尔推力器的功率，绘制所述霍尔推力器的功率谱密度曲线图；
依据所述功率谱密度曲线图确定所述霍尔推力器在整个工作状态期间周向辐条的整体振荡频率；
获取所述霍尔推力器在整个工作状态期间各个时刻对应的周向角度；
依据所述平均像素值以及所述周向角度，得到三维分布图；所述三维分布图为所述平均像素值、所述周向角度随时间变化的分布图；
对所述三维分布图进行旋转，得到二维光强分布图；所述二维光强分布图表示所述周向角度随时间变化的分布图；
依据所述二维光强分布图确定所述霍尔推力器周向辐条的旋转方向和旋转速度。
8.一种霍尔推力器周向辐条特性测量系统，其特征在于，包括：
图像获取模块，用于获取霍尔推力器的多帧放电区域图像；多帧所述放电区域图像是采用高速相机对所述霍尔推力器在整个工作状态期间的周向环形通道放电区域进行连续拍摄得到的；
平均像素值计算模块，用于计算多帧所述放电区域图像的平均像素值；
第一计算模块，用于依据所述平均像素值计算每帧放电区域图像的整体像素值；
变换模块，用于对每帧放电区域图像的整体像素值均进行二维离散傅里叶变换，得到多帧变换后的放电区域图像的整体像素值；
第二计算模块，用于依据每帧变换后的放电区域图像的整体像素值计算对应时刻霍尔推力器的辐条振荡频率以及霍尔推力器的功率；
绘制模块，用于依据整个工作状态期间各个时刻霍尔推力器的辐条振荡频率以及各个时刻霍尔推力器的功率，绘制所述霍尔推力器的功率谱密度曲线图；
振荡频率确定模块，用于依据所述功率谱密度曲线图确定所述霍尔推力器在整个工作状态期间周向辐条的整体振荡频率；
角度获取模块，用于获取所述霍尔推力器在整个工作状态期间各个时刻对应的周向角度；
第一分布图获取模块，用于依据所述平均像素值以及所述周向角度，得到三维分布图；所述三维分布图为所述平均像素值、所述周向角度随时间变化的分布图；
第二分布图获取模块，用于对所述三维分布图进行旋转，得到二维光强分布图；所述二维光强分布图表示所述周向角度随时间变化的分布图；
旋转参数确定模块，用于依据所述二维光强分布图确定所述霍尔推力器周向辐条的旋转方向和旋转速度。
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