CN115372651A - 一种通过信号中断方式测量物体分离速度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于航空航天领域，公开了一种通过信号中断方式测量物体分离速度的方法。本发明的通过信号中断方式测量物体分离速度的方法包括设计分离位置测量通道、明确测量通道的信号传输方式、确定测量数据的编码方式和分析处理测量数据。本发明的通过信号中断方式测量物体分离速度的方法在同一分离位置上设置分离距离已知的多层测量通道，通过记录各层测量通道的传输信号的“中断”时刻，分析计算该分离位置的分离速度，适用于爆炸与冲击、高速飞行等事件中对物体分离过程的分离速度测量，特别适用于分离过程短暂且要求测量数据通过遥测无线传输的场合。
Description
技术领域
本发明属于航空航天领域，具体涉及一种通过信号中断方式测量物体分离速度的方法。
背景技术
在航空航天领域，往往存在物体控制分离等事件，而在这类分离事件中，准确测量物体间的分离时刻、速度等状态信息，对评估物体分离效果，提高对目标飞行姿态、轨道等控制精度具有重要意义。
无论采用爆炸分离、机械分离或是热熔分离等方式实现物体分离，一般分离过程中分离速度不可控，难以在分离过程中保持预期的分离速度。因此，通过测量物体分离过程中的分离速度，对准确掌握物体分离过程变化历程，分析评估分离效果具有重要价值。
一般情况下，采用光学成像方法可以直观观测物体分离过程，再通过图像分析获得物体的分离速度。但是，在物体分离速度较高、且需采用遥测无线方式传输数据，或分离过程存在光干扰等场合，通常难以利用光学成像方法获得具有高时间分辨的分离过程数据，因为，要获得分离过程中的清晰图像，需要提高光学成像的帧频，但提高现有光学成像帧频存在限制，而且高成像帧频产生的大量的数据通常超过遥测数据无线传输码率能力限制，如当物体分离速度为100m/s，为获得清晰的分离过程历程图像，光学成像采用帧频1000幅/秒，以每幅清晰图像为1Mb估算，每秒产生的1000Mb数据量，远超目前一般遥测无线数据传输码率(如S波段最高约20Mbps)的能力。
针对这类分离问题的测量需求，亟需发展一种在物体分离界面特定分离位置节点上布置多层多通道的测量方式，通过信号中断方式测量物体分离速度的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种通过信号中断方式测量物体分离速度的方法。
本发明的通过信号中断方式测量物体分离速度的方法，包括以下步骤：
S10.设计分离位置测量通道
根据应用需求，针对待测物体分离过程布置测量位置，再根据所需的测量速度值组数，布置测量通道层数；如果只需测量一组速度值，则布置2层测量通道，第1层测量通道预留的物体分离距离为L1，第2层测量通道预留的物体分离距离为L2；如果需要测量2组速度值，则布置3层测量通道，第1层测量通道预留的物体分离距离为L1，第2层测量通道预留的物体分离距离为L2，第3层测量通道预留的物体分离距离为L3；……；测量n个速度值则需布置n+1层测量通道，第1层测量通道预留的物体分离距离为L1，第2层测量通道预留的物体分离距离为L2，……，第n层测量通道预留的物体分离距离为Ln；当分离过程需要测量k个位置、n组速度值时，所需的测量通道数M＝k(n+1)；
S20.明确测量通道的信号传输方式
根据待测物体分离的环境要求，包括振动环境、温度环境、固定工艺限制要求，选取各测量通道的测量信号传输方式；
S30.确定测量数据的编码方式
监测全部测量通道在分离过程中的信号变化，当识别到测量通道的信号显示测量通道断开，则对测量通道的编号和信号中断时刻进行记录，记录测量数据的编码规则如下：
根据测量通道数M、记录时间长度T和记录时间精度ΔT，对测量数据进行分段编码，其中，测量通道的编码长度为int[log2M]+1，中段时间的编码长度为int[log2(T/ΔT)]+1；
S40.分析处理测量数据
提取根据采集记录的测量通道编号和中断时刻，结合已知的各层各测量通道之间的分离距离，依次计算获得对应分离位置的速度信息：
vij表示分离界面第i个位置、第j层和第j+1层测量通道测得的分离速度；ti(j+1)表示分离界面第i个位置，第j+1层测量通道的信号中断时刻；tij表示分离界面第i个位置，第j层测量通道的信号中断时刻；Li(j+1)表示分离界面第i个位置第j+1层测量通道预留的物体分离距离，Lij表示分离界面第i个位置第j层测量通道预留的物体分离距离。
进一步地，所述的步骤S20的测量信号传输方式为采用光纤传输的光信号测量传输方式，或采用金属线传输的电信号测量传输方式；在环境温度150℃以下，选择光纤传输的光信号测量运行方式，先将光信号通过光电转换电路变换为电信号，再判断测量信号是否中断；在环境温度150℃以上，选择金属丝传输的电信号测量运行方式。
本发明的通过信号中断方式测量物体分离速度的方法解决了在物体分离过程中，测量物体分离速度的问题。通过在同一分离位置上设置分离距离已知的多层测量通道，通过记录各层测量通道的传输信号的“中断”时刻，分析计算该分离位置的分离速度。尤其适用于爆炸与冲击、高速飞行等事件中对物体分离过程的分离速度测量，由于测量数据量小(测量数百通道产生的数据量不超过1Mb)特别适用于分离过程短暂(如毫秒级、微秒级)、且要求测量数据通过遥测无线传输的场合。
附图说明
图1为本发明的通过信号中断方式测量物体分离速度的方法流程图；
图2为实施例1的两级物体分离示意图；
图3为实施例1的测量通道的金属丝加单通道微型插针的结构示意图。
图中，1.分离界面；2.分离点；3.第1层测量通道；4.第2层测量通道；5.第3层测量通道；6.单插针；7.点位；8.金属丝。
具体实施方式
为使本发明所述设计方法更加清楚，在此针对本发明提出一个实施例，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。
实施例1
以某目标在飞行过程中两级物体分离事件为例，利用本发明的通过信号中断方式测量物体分离速度的方法实现对该分离过程分离速度的测量，流程图见图1，具体过程如下：
S10.设计分离位置测量通道
如图2所示，在两级物体分离事件中，需在分离界面1上测量3个分离点2的分离速度，每个分离点2上测量2组速度值，每个分离点2设置有第一层测量通道3、第二层测量通道4和第三层测量通道5，量通道数M＝9。
S20.明确测量通道的信号传输方式
由于两级物体分离过程中需要承受200℃的高温，考虑到测量通道运行方式尽可能小地影响分离界面1的分离过程，选择采用金属丝传输的电信号测量运行方式；
如图3所示，将每层测量通道设置成金属丝加单通道微型插针的结构。在分离界面1的两侧设置对应的点位7，每个点位7上固定一根金属丝8，两根金属丝8通过单插针6连接，当该层测量通道分离时，单插针6脱开，导致层测量通道的测量通道传输的电信号中断。设置第1层测量通道的插针在界面分离距离L1＝10mm时脱开，第2层测量通道的插针在界面分离距离L2＝20mm时脱开，第3层测量通道5的插针在界面分离距离L3＝30mm时脱开。
S30.确定测量数据的编码方式
监测9个测量通道在分离过程中电信号变化，当识别到任一测量通道传输的电信号由5V降为0V，对测量通道的编号和信号中断时刻进行记录，记录测量数据的编码规则如下：
根据测量通道数M＝9、记录时间长度T＝10ms和记录时间精度ΔT＝10ns，对测量数据进行分段编码，其中，测量通道的编码长度为5bit，中段时间的编码长度为20bit。
S40.分析处理测量数据
提取根据采集记录的测量通道编号和中断时刻，结合已知的各层各测量通道之间的分离距离，依次计算获得对应分离位置的速度信息；
分离界面1上第2个分离点2的第1层测量通道3的信号中断时刻为1000ns，第2层测量通道4的信号中断时刻为3000ns，第3层测量通道5的信号中断时刻为6000ns，则第1组分离速度为5000m/s，第2组分离速度为3333m/s。
本实施例的两级物体分离事件测量数据总量约为750bit。
Claims (2)
1.一种通过信号中断方式测量物体分离速度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10.设计分离位置测量通道
根据应用需求，针对待测物体分离过程布置测量位置，再根据所需的测量速度值组数，布置测量通道层数；如果只需测量一组速度值，则布置2层测量通道，第1层测量通道预留的物体分离距离为L1，第2层测量通道预留的物体分离距离为L2；如果需要测量2组速度值，则布置3层测量通道，第1层测量通道预留的物体分离距离为L1，第2层测量通道预留的物体分离距离为L2，第3层测量通道预留的物体分离距离为L3；……；测量n个速度值则需布置n+1层测量通道，第1层测量通道预留的物体分离距离为L1，第2层测量通道预留的物体分离距离为L2，……，第n层测量通道预留的物体分离距离为Ln；当分离过程需要测量k个位置、n组速度值时，所需的测量通道数M＝k(n+1)；
S20.明确测量通道的信号传输方式
根据待测物体分离的环境要求，包括振动环境、温度环境、固定工艺限制要求，选取各测量通道的测量信号传输方式；
S30.确定测量数据的编码方式
监测全部测量通道在分离过程中的信号变化，当识别到测量通道的信号显示测量通道断开，则对测量通道的编号和信号中断时刻进行记录，记录测量数据的编码规则如下：
根据测量通道数M、记录时间长度T和记录时间精度ΔT，对测量数据进行分段编码，其中，测量通道的编码长度为int[log2M]+1，中段时间的编码长度为int[log2(T/ΔT)]+1；
S40.分析处理测量数据
提取根据采集记录的测量通道编号和中断时刻，结合已知的各层各测量通道之间的分离距离，依次计算获得对应分离位置的速度信息：
vij表示分离界面第i个位置、第j层和第j+1层测量通道测得的分离速度；ti(j+1)表示分离界面第i个位置，第j+1层测量通道的信号中断时刻；tij表示分离界面第i个位置，第j层测量通道的信号中断时刻；Li(j+1)表示分离界面第i个位置第j+1层测量通道预留的物体分离距离，Lij表示分离界面第i个位置第j层测量通道预留的物体分离距离。
2.根据权利要求1所述的通过信号中断方式测量物体分离速度的方法，其特征在于，所述的步骤S20的测量信号传输方式为采用光纤传输的光信号测量传输方式，或采用金属线传输的电信号测量传输方式；在环境温度150℃以下，选择光纤传输的光信号测量运行方式，先将光信号通过光电转换电路变换为电信号，再判断测量信号是否中断；在环境温度150℃以上，选择金属丝传输的电信号测量运行方式。
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