CN111595542B

CN111595542B - 一种航天器动力学试验数据分析系统

Info

Publication number: CN111595542B
Application number: CN202010419256.1A
Authority: CN
Inventors: 刘明辉; 张俊刚; 刘闯; 高海洋; 冯国松; 杨江; 王天罡; 王鹤; 张文兵; 余小明
Original assignee: Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering
Current assignee: Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering
Priority date: 2020-05-18
Filing date: 2020-05-18
Publication date: 2022-03-22
Anticipated expiration: 2040-05-18
Also published as: CN111595542A

Abstract

本申请公开了一种航天器动力学试验数据分析系统，该系统包括试验工况管理模块和试验数据分析模块，其中试验工况管理模块用于解析试验数据文件，并将试验数据文件对应的试验数据进行曲线化显示；而试验数据分析模块则用于从试验工况管理模块中调用指定的两个试验数据，并对两个试验数据进行偏差运算，显示分析结果；基于此，本申请实施例中的航天器动力学试验数据分析系统能够自动地对试验数据进行分析，避免了人工运算需要消耗大量成本，提高了处理的效率和准确性。

Description

一种航天器动力学试验数据分析系统

技术领域

本发明一般涉及航天器技术领域，具体涉及一种航天器动力学试验数据分析系统。

背景技术

随着我国航天任务的多样化和成熟化，对月球、火星等其它地外星球的探测已经逐步开展。在发射过程中，航天器都要经受运载火箭带来的振动、噪声以及冲击等动力学环境的考验。因此，在地面研制阶段需要事先进行相关的动力学环境试验，用以检验航天器是否能够承受发射过程中的这些力学环境载荷。

目前，对于地面振动、噪声以及冲击等动力学环境的试验而言，通过在航天器结构上布设加速度传感器和应变传感器等来获取大量的试验数据，并由人工对这些试验数据进行频谱分析和数据比对，进而判别航天器的性能是否符合设计指标，以及在试验过程中和试验完成后，航天器是否发生损伤或者故障。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：由于试验数据的数量庞大且数据类型繁多，通过人工进行运算和分析，不但需要消耗大量的人力、物力等成本，而且长时间容易疲劳，效率极低，从而导致分析结果不准确。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种航天器动力学试验数据分析系统，能够自动地对试验数据进行分析，提高了处理的效率和准确性。

本申请提供一种航天器动力学试验数据分析系统，所述系统包括试验工况管理模块和试验数据分析模块：

所述试验工况管理模块用于解析试验数据文件，并将所述试验数据文件对应的试验数据进行曲线化显示；

所述试验数据分析模块，其与所述试验工况管理模块数据连接，用于从所述试验工况管理模块中调用指定的两个试验数据，并对所述两个试验数据进行偏差运算，显示分析结果。

可选地，所述试验数据分析模块具体用于选择第一试验数据作为基本工况，第二试验数据作为比对工况，所述两个试验数据包括所述第一试验数据和所述第二试验数据；

根据预先设置的分析指标，依次计算所述基本工况和所述比对工况对应试验测点的偏差值；

对所述试验测点的偏差值和预警值分别进行比较，并将比较结果汇总显示。

可选地，所述试验测点的偏差值包括峰值频率偏差和响应峰值偏差。

可选地，所述系统还包括试验条件管理模块和试验条件设计模块，所述试验条件管理模块用于接收试验条件，并对所述试验条件进行显示和保存，所述试验条件的类型包括正弦振动试验条件和随机振动试验条件；

所述试验条件设计模块，其与所述试验条件管理模块和所述试验工况管理模块数据连接，用于调用所述试验条件管理模块中的所述试验条件，以及所述试验工况管理模块中与所述试验条件对应的试验数据；

计算待设计的试验条件量级值和与所述试验条件量级值对应的频率段，并输出计算结果。

可选地，所述试验条件设计模块发送所述计算结果至所述试验条件管理模块，以使得所述试验条件管理模块将所述计算结果作为新试验条件进行保存。

可选地，所述系统还包括响应预示模块，所述响应预示模块与所述试验工况管理模块和所述试验条件管理模块数据连接，用于调用所述试验工况管理模块中的试验工况和所述试验条件管理模块中的试验条件，所述试验条件包括待预示的试验条件，以及与所述试验工况对应的试验条件；

基于所述待预示的试验条件以及与所述试验工况对应的试验条件之间的线性比例关系，对所述试验工况进行处理得到待预示的试验响应。

可选地，所述响应预示模块发送所述待预示的试验响应至所述试验工况管理模块，以使得所述试验工况管理模块显示所述待预示的试验响应。

可选地，所述系统还包括报告生成模块，所述报告生成模块与所述试验工况管理模块和所述试验数据分析模块数据连接，用于调用所述试验工况管理模块中指定的试验工况，以及所述试验数据分析模块中与所述指定的试验工况对应的分析工况，并将所述指定的试验工况和所述分析工况嵌入试验报告。

可选地，所述系统还包括项目管理模块，所述项目管理模块用于管理和存储项目文件，所述项目文件包括项目属性定义数据、所述试验工况管理模块导入的试验数据、以及所述试验数据分析模块的分析结果。

可选地，所述项目文件还包括所述试验条件管理模块定义的试验条件数据、所述试验条件设计模块计算输出的试验条件数据以及所述响应预示模块计算输出的响应数据。

综上，本申请实施例提供的航天器动力学试验数据分析系统，该系统包括试验工况管理模块和试验数据分析模块，其中试验工况管理模块用于解析试验数据文件，并将试验数据文件对应的试验数据进行曲线化显示；而试验数据分析模块则用于从试验工况管理模块中调用相邻的两个试验数据，并对两个试验数据进行偏差运算，显示分析结果；基于此，本申请实施例中的航天器动力学试验数据分析系统能够自动地对试验数据进行分析，避免了人工运算需要消耗大量成本，提高了处理的效率和准确性。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本申请实施例提供的一种航天器动力学试验数据分析系统的基本结构示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种航天器动力学试验数据分析系统的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的又一种航天器动力学试验数据分析系统的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的再一种航天器动力学试验数据分析系统的结构示意图；

图5为本申请另一实施例提供的一种航天器动力学试验数据分析系统的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种航天器动力学试验数据分析的示例。

附图标记：

1-航天器动力学试验数据分析系统，11-试验工况管理模块，12-试验数据分析模块，13-试验条件管理模块，14-试验条件设计模块，15-响应预示模块，16-报告生成模块，17-项目管理模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

为了便于理解和说明，下面通过图1至图6详细的阐述本申请实施例提供的航天器动力学试验数据分析系统。

请参考图1，其为本申请实施例提供的一种航天器动力学试验数据分析系统的基本结构示意图，该系统1包括试验工况管理模块11和试验数据分析模块12。

其中，试验工况管理模块11用于解析试验数据文件，并将试验数据文件对应的试验数据进行曲线化显示。具体的，试验工况管理模块11以UNV格式的试验数据文件作为输入，解析试验数据文件得到若干试验数据，比如振动试验数据、噪声试验数据和冲击试验数据，并将这些试验数据作为一个试验工况进行存储，从而实现对多个试验工况的管理。

需要说明的是，试验数据文件包括文件名称、记录的试验测点名称、响应数据和数据类型，试验工况管理模块11对该试验数据文件解析完成之后，将文件名称作为试验工况名，记录的试验测点名称和响应数据作为一个试验工况数据进行保存。而数据类型包括时域数据和频域数据，其中时域数据的横坐标为时间，频域数据的横坐标为频率，对于两种类型的数据而言，纵坐标均为试验响应值，比如振动试验响应值、噪声试验响应值或者冲击试验响应值。当试验工况管理模块11解析试验数据文件之后，自动判别试验数据的数据类型，并将该试验数据以二维曲线的形式进行显示。通过二维曲线，试验人员能够对试验数据进行判读，了解试验对象的振动响应特征。

而试验数据分析模块12，其与试验工况管理模块11数据连接，用于从试验工况管理模块11中调用指定的两个试验数据，并对两个试验数据进行偏差运算，显示分析结果。具体的，试验数据分析模块12首先选择第一试验数据作为基本工况，第二试验数据作为比对工况，其中指定的两个试验数据包括第一试验数据和第二试验数据；然后根据预先设置的分析指标，依次计算基本工况和比对工况对应试验测点的偏差值；从而对试验测点的偏差值和预警值分别进行比较，并将比较结果汇总显示。需要说明的是，试验测点的偏差值包括峰值频率偏差和响应峰值偏差。

举例说明，试验数据分析模块12调用试验工况管理模块11中存储的两个指定试验数据，并选择其中一个试验数据作为基准工况，则另一个试验数据作为比对工况。根据预先设置的分析指标，比如频率范围，试验数据分析模块12自动计算两个工况中所有试验测点响应曲线的峰值频率偏差和响应峰值偏差，并分别与峰值频率偏差预警值和响应峰值偏差预警值进行比较，从而通过表格进行汇总显示，超过预警值的数据通过红色字体突出显示，而每组分析计算结果作为一个试验数据分析工况进行保存。其中，峰值频率偏差通过式(1)进行计算，即

f₁表示基准工况中某试验测点响应曲线的峰值频率，f₂表示比对工况中与基准工况对应的试验测点响应曲线的峰值频率。

响应峰值偏差通过式(2)进行计算，即

A₁表示基准工况中某试验测点响应曲线峰值，A₂表示比对工况中与基准工况对应的试验测点响应曲线峰值。

另外，本申请实施例中的试验数据分析模块12还能够调用试验工况管理模块11的数据曲线二维显示功能，将表格中试验测点的试验数据与分析计算结果数据关联显示。

需要说明的是，数据连接的方式可以通过USB接口连接，或者无线互联网的连接方式来实现。其中，无线互联网接入技术可以包括Wi-Fi、无线宽带、全球微波互联接入(Worldwide Interoperability for Microwave Access，Wimax)，以及蓝牙、射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)、超宽带(Ultra Wideband，UWB)等，本申请实施例对此不进行限定。

本申请实施例提供的航天器动力学试验数据分析系统，该系统包括试验工况管理模块和试验数据分析模块，其中试验工况管理模块用于解析试验数据文件，并将试验数据文件对应的试验数据进行曲线化显示；而试验数据分析模块则用于从试验工况管理模块中调用相邻的两个试验数据，并对两个试验数据进行偏差运算，显示分析结果；基于此，本申请实施例中的航天器动力学试验数据分析系统能够自动地对试验数据进行分析，避免了人工运算需要消耗大量成本，提高了处理的效率和准确性。

基于前述实施例，如图2所示，其为本申请实施例提供的另一种航天器动力学试验数据分析系统的结构示意图，该系统1还包括试验条件管理模块13和试验条件设计模块14。

其中，试验条件管理模块13用于接收试验条件，并对试验条件进行显示和保存，该试验条件的类型包括正弦振动试验条件和随机振动试验条件。试验条件定义数据包括试验条件名称、频率段和试验量级值，典型的正弦振动试验条件如表一所示，即

表一正弦振动试验条件

典型的随机振动试验条件如表二所示，即

表二随机振动试验条件

举例说明，试验条件管理模块13通过人工输入数据，即定义试验条件，并将试验条件数据进行二维曲线显示和保存，供试验条件设计模块14和响应预示模块15调用；同时，试验条件设计模块14设计得到的试验条件也可以保存到试验条件管理模块13。

而试验条件设计模块14，其与试验条件管理模块13和试验工况管理模块11数据连接，用于调用试验条件管理模块13中的试验条件，以及试验工况管理模块11中与试验条件对应的试验数据；进而计算待设计的试验条件量级值和与试验条件量级值对应的频率段，并输出计算结果。

比如，试验条件设计模块14内置振动试验条件设计准则，在人工输入参数之后，调用试验条件管理模块13中的试验条件和试验工况管理模块11中的振动试验工况数据，以此来计算待设计的试验条件量级值和对应的频率段，并通过表格和二维曲线输出计算结果，将每组计算结果作为一个试验条件设计工况进行保存。需要说明的是，振动试验条件设计准则分别为(1)在以设计好的试验条件作为输入时，航天器主结构受力不大于静态载荷设计值；(2)设计好的试验条件量级不小于航天器与运载火箭耦合分析的量级；(3)在以设计好的试验条件作为输入时，航天器上的设备安装面的振动响应量级不高于该设备单独进行振动试验时的试验条件量级。另外，设计好的试验条件同时满足以上三个设计准则。

在本申请的其它实施例中，试验条件设计模块14还能够发送计算结果至试验条件管理模块13，以使得试验条件管理模块13将计算结果作为新试验条件进行保存。

基于前述实施例，如图3所示，其为本申请实施例提供的又一种航天器动力学试验数据分析系统的结构示意图，该系统1还包括响应预示模块15。

其中，响应预示模块15与试验工况管理模块11和试验条件管理模块13数据连接，用于调用试验工况管理模块11中的试验工况和试验条件管理模块13中的试验条件，而试验条件包括待预示的试验条件，以及与试验工况对应的试验条件；进而，基于待预示的试验条件以及与试验工况对应的试验条件之间的线性比例关系，对试验工况进行处理得到待预示的试验响应。比如，响应预示模块15按照两个试验条件的线性比例关系，对所选择的试验工况数据进行放大或者缩小处理，计算得到待预示的试验响应，并将计算结果作为一个试验工况保存到试验工况管理模块11。另外，本申请实施例中的响应预示模块15还能够发送待预示的试验响应至试验工况管理模块11，以使得试验工况管理模块11显示待预示的试验响应，比如通过试验工况管理模块11的二维曲线显示进行响应预示结果的查看，同时将计算得到的响应预示工况数据保存到试验工况管理模块11中，作为一个试验工况进行统一管理。

基于前述实施例，如图4所示，其为本申请实施例提供的再一种航天器动力学试验数据分析系统的结构示意图，该系统1还包括报告生成模块16。

其中，报告生成模块16与试验工况管理模块11和试验数据分析模块12数据连接，用于调用试验工况管理模块11中指定的试验工况，以及试验数据分析模块12中与指定的试验工况对应的分析工况，并将指定的试验工况和分析工况嵌入试验报告。

举例说明，报告生成模块16调用试验工况管理模块11中指定的试验工况，将试验工况中的试验数据曲线以图片形式自动复制粘贴到word文件中；以及调用试验数据分析模块12中指定的试验数据分析工况，将试验数据分析结果表格复制粘贴到word文件中，由此形成试验报告并保存。

基于前述实施例，如图5所示，其为本申请另一实施例提供的一种航天器动力学试验数据分析系统的结构示意图，该系统1还包括项目管理模块17。

其中，项目管理模块17用于管理和存储项目文件，该项目文件包括项目属性定义数据、试验工况管理模块11导入的试验数据以及试验数据分析模块12的分析结果。另外，在本申请的其它实施例中，项目文件还包括试验条件管理模块13定义的试验条件数据、试验条件设计模块14计算输出的试验条件数据以及响应预示模块15计算输出的响应数据。比如，项目管理模块17通过二进制数据文件的方式存储项目文件，后续可通过项目管理模块17打开，并还原存储的二进制数据内容，从而实现对多个项目的管理。

为便于理解本申请实施例中的航天器动力学试验数据分析系统，接下来以典型的航天器振动试验过程为例，按照一个振动方向进行详细说明，如图6所示，具体包括如下步骤：

S601，项目创建。

比如，振动试验开始之前，试验人员在项目管理模块17中录入项目的属性信息，比如试验件、试验阶段和试验指挥等信息。当信息录入完成之后，试验数据分析系统为本次试验创建项目标识，而后续试验工况导入、试验条件设计以及试验数据分析等均在此项目下保存。

S602，特征级振动试验数据判读。

比如，试验人员利用试验设备完成第一次特征级振动试验工况后，在试验工况管理模块11中输入试验数据的UNV文件。而试验工况管理模块11解析文件形成该次试验工况，并进行二维曲线显示，以及对各试验测点振动响应的峰值频率和响应峰值等响应特征进行判读，了解试验对象的振动特征。

S603，定义初始试验条件。

比如，试验人员在试验条件管理模块13中依次定义，并存储特征级振动试验条件和初始验收级振动试验条件，为正式的验收级振动试验条件设计做准备。

S604，设计正式试验条件。

比如，试验条件设计模块14调用试验工况管理模块11中的第一次特征级振动试验工况，以及调用试验条件管理模块13中的特征级振动试验条件和初始验收级振动试验条件，进行试验条件的设计计算，得到正式的验收级振动试验条件，并存储到试验条件管理模块13。

S605，验收级振动试验响应预示。

比如，响应预示模块15调用试验工况管理模块11中的第一次特征级振动试验工况，以及调用试验条件管理模块13中正式的验收级振动试验条件，计算得到预示的验收级振动试验响应，并存储到试验工况管理模块11。试验人员在试验工况管理模块11查看预示的验收级振动试验工况，并对验收级振动试验响应情况进行预判分析。当预判分析完成后，试验人员利用试验设备进行正式的验收级振动试验，然后再进行第二次特征级振动试验。

S606，试验数据分析。

比如，当第二次特征级振动试验完成之后，试验人员在试验工况管理模块11中输入该次试验数据的UNV文件，并在该模块中建立第二次特征级振动试验工况。试验数据分析模块12调用试验工况管理模块11中的第一次和第二次特征级振动试验工况，并根据预先设置的数据分析频率范围、峰值频率偏差预警值和响应峰值偏差预警值，计算两个工况的数据比对分析结果，输出为数据表格。进而，试验人员利用数据比对分析结果，与试验对象相关设计要求进行对比，判断受试产品的性能是否满足要求。判断结束后，试验数据分析模块12将数据比对分析结果存储为一个试验数据分析工况。

S607，试验报告生成。

比如，报告生成模块16调用试验工况管理模块11中的第一次特征级振动试验工况、第二次特征级振动试验工况和验收级振动试验工况，以及试验数据分析模块中的试验数据分析工况，并将试验工况中的试验数据曲线和试验数据分析结果表格复制粘贴到word文件中，形成试验报告并保存于试验数据分析系统，供后续编辑和查阅使用。至此，该方向的振动试验结束。

需要说明的是，本实施例中与其它实施例中相同步骤和相同内容的说明，可以参照其它实施例中的描述，此处不再赘述。

本申请实施例提供的航天器动力学试验数据分析系统，该系统包括试验工况管理模块，用于解析试验数据并进行图形化显示；试验条件管理模块用于管理试验条件，试验条件设计模块用于设计试验条件；响应预示模块用于在试验实施之前计算预示试验响应结果；试验数据分析模块用于对试验数据进行比对分析；报告生成模块，用于根据试验数据和分析结果生成试验报告，而项目管理模块，用于管理和存储项目文件，而项目文件包括项目属性定义数据、试验工况管理模块导入的试验数据、试验条件管理模块定义的试验条件数据、试验条件设计模块计算输出的试验条件数据、响应预示模块计算输出的响应数据、以及试验数据分析模块的分析结果；基于此，本申请实施例中的航天器动力学试验数据分析系统能够自动地对试验数据进行一体化处理，快捷地完成数据分析，从而提高了对航天器动力学试验数据的处理效率。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims

1.一种航天器动力学试验数据分析系统，其特征在于，所述系统包括试验工况管理模块、试验数据分析模块、试验条件管理模块、试验条件设计模块和响应预示模块；

所述试验数据分析模块，其与所述试验工况管理模块数据连接，用于从所述试验工况管理模块中调用指定的两个试验数据，并对所述两个试验数据进行偏差运算，显示分析结果；

所述试验条件管理模块用于接收试验条件，并对所述试验条件进行显示和保存，所述试验条件的类型包括正弦振动试验条件和随机振动试验条件；

计算待设计的试验条件量级值和与所述试验条件量级值对应的频率段，并输出计算结果；

所述响应预示模块与所述试验工况管理模块和所述试验条件管理模块数据连接，用于调用所述试验工况管理模块中的试验工况和所述试验条件管理模块中的试验条件，所述试验条件包括待预示的试验条件，以及与所述试验工况对应的试验条件；

2.根据权利要求1所述的航天器动力学试验数据分析系统，其特征在于，所述试验数据分析模块具体用于选择第一试验数据作为基本工况，第二试验数据作为比对工况，所述两个试验数据包括所述第一试验数据和所述第二试验数据；

3.根据权利要求2所述的航天器动力学试验数据分析系统，其特征在于，所述试验测点的偏差值包括峰值频率偏差和响应峰值偏差。

4.根据权利要求1所述的航天器动力学试验数据分析系统，其特征在于，所述试验条件设计模块发送所述计算结果至所述试验条件管理模块，以使得所述试验条件管理模块将所述计算结果作为新试验条件进行保存。

5.根据权利要求1所述的航天器动力学试验数据分析系统，其特征在于，所述响应预示模块发送所述待预示的试验响应至所述试验工况管理模块，以使得所述试验工况管理模块显示所述待预示的试验响应。

6.根据权利要求1所述的航天器动力学试验数据分析系统，其特征在于，所述系统还包括报告生成模块：

所述报告生成模块与所述试验工况管理模块和所述试验数据分析模块数据连接，用于调用所述试验工况管理模块中指定的试验工况，以及所述试验数据分析模块中与所述指定的试验工况对应的分析工况，并将所述指定的试验工况和所述分析工况嵌入试验报告。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的航天器动力学试验数据分析系统，其特征在于，所述系统还包括项目管理模块，所述项目管理模块用于管理和存储项目文件，所述项目文件包括项目属性定义数据、所述试验工况管理模块导入的试验数据、以及所述试验数据分析模块的分析结果。

8.根据权利要求7所述的航天器动力学试验数据分析系统，其特征在于，所述项目文件还包括所述试验条件管理模块定义的试验条件数据、所述试验条件设计模块计算输出的试验条件数据以及所述响应预示模块计算输出的响应数据。