一種面向航天器飛行過程的電信號特征提取和識別系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電信號特征提取和識別系統(tǒng)，特別是一種面向航天器飛行過程的電信號特征提取和識別系統(tǒng)，具體涉及一套航天器電信號的采集、處理、提取與識別系統(tǒng)，適用于航天器各階段和各種模式的常規(guī)測試，以及與多航天器的聯(lián)合測試。
【背景技術(shù)】
[0002]為完成艱巨的航天任務(wù)，組合體航天器的應(yīng)用日益普遍，而各組合體之間的接地網(wǎng)絡(luò)關(guān)系是確保電性能正常的關(guān)鍵要素，組合體航天器基準(zhǔn)電位是指內(nèi)部各個一次電源單點接地點之間的電平。由于航天器上每個設(shè)備具有自身一定的基準(zhǔn)電位門限，通過對基準(zhǔn)電位的監(jiān)測可以實時反映各個設(shè)備工作的正常性。同時通過對接地點之間電阻的計算，也可以進行各個設(shè)備電流回流分析，以及供電網(wǎng)絡(luò)回流方向分析。在以往的航天器測試中，未有對基準(zhǔn)電位進行實時監(jiān)測的手段，對于接地點的測試僅限于接地點之間電阻的測量，無法實現(xiàn)接地點狀態(tài)的實時監(jiān)測，只能反映單根線電阻以及組合后接地點之間組合電阻值；
[0003]電信號的特征提取和識別技術(shù)是航天器系統(tǒng)的基本問題，當(dāng)航天器在工作工程中開啟用電設(shè)備時，其系統(tǒng)穩(wěn)定性將會面臨挑戰(zhàn)，即設(shè)備之間通過共用的電源母線相互影響，某一個設(shè)備的電流變化會造成母線電壓的變化，這種周期性變化或階躍突變可能使母線電壓在一些頻段上出現(xiàn)振蕩，這種相互影響正是航天器用電所面臨的問題。以往對于航天器用電的監(jiān)測僅限于母線的電壓監(jiān)測，當(dāng)母線電壓出現(xiàn)波動時，并不能完全實時對應(yīng)某一個設(shè)備狀態(tài)變化。面對由多艙段組合而成的復(fù)雜航天器，依據(jù)之前的方案僅對母線進行電壓監(jiān)測，已經(jīng)不能適應(yīng)面向航天器全飛行工作過程的應(yīng)用，必須研宄新的測試手段來滿足當(dāng)前復(fù)雜組合型航天器以及大數(shù)量數(shù)據(jù)分析的需求；
[0004]航天器在飛行任務(wù)過程中，數(shù)據(jù)管理分系統(tǒng)需要大量的遙測參數(shù)為在軌飛行提供重要的數(shù)據(jù)支持和保證，在綜合測試階段，必須對遙測參數(shù)狀態(tài)進行監(jiān)測。以往對于遙測參數(shù)的測試是依賴于遙測通道進行，由于遙測通道傳輸數(shù)據(jù)較慢，這樣的測試只能是功能性測試，對于遙測參數(shù)瞬態(tài)的變化無法捕獲，而通過對遙測參數(shù)的實時監(jiān)測，可以代替遙測通道捕獲大量的遙測數(shù)據(jù)進行分析和判定，也可以驗證遙測通道傳輸?shù)恼_性。
[0005]航天器的工作模式復(fù)雜多樣，組合的結(jié)構(gòu)和多樣的工作模式使得航天器的電特性尤為關(guān)鍵，因此在綜合測試與在軌運行階段，對于航天器面向飛行過程的電信號特征提取與識別至關(guān)重要。目前，我國航天器針對復(fù)雜航天器的基準(zhǔn)電位監(jiān)測基本屬于空白領(lǐng)域；對于航天器電信號特性的監(jiān)測主要集中在電壓，通過示波器觀察信號的紋波等瞬態(tài)特性。作為接觸式測量，測量設(shè)備的信號輸入負(fù)端與被測航天器負(fù)端直接連接，測量結(jié)果易受被測對象干擾，而且只能對被測航天器做圖形監(jiān)視，不能實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、圖形顯示與信號處理的并行工作，測試頻譜分析能力弱，能夠選用于的信號處理的種類與功能均極其有限；對于遙測參數(shù)的測試基本依賴于遙測通道進行，由于傳輸速度的限制，只能局限在功能性測試，無法捕獲遙測參數(shù)的瞬態(tài)變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種面向航天器飛行過程的電信號特征提取和識別系統(tǒng)，利用非接觸式的方式獲取航天器的電信號，并采用降采樣的方式進行數(shù)據(jù)采樣后經(jīng)過光纖收發(fā)器傳輸給軟件處理模塊進行飛行過程的識別，最大程度上滿足了航天器飛行過程電信號特征的提取和識別的需求。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種面向航天器飛行過程的電信號特征提取和識別系統(tǒng)，包括:傳感器模塊、1-V變換模塊、隔離放大模塊、隔離匹配模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、第一光纖收發(fā)器、第二光纖收發(fā)器和軟件處理模塊；
[0008]所述傳感器模塊包括電流傳感器、基準(zhǔn)電位傳感器、電壓傳感器、遙測電壓傳感器和遙測通訊傳感器，電流傳感器、基準(zhǔn)電位傳感器、電壓傳感器、遙測電壓傳感器和遙測通訊傳感器分別獲取航天器的電流信號、基準(zhǔn)電位信號、電壓信號、遙測電壓信號和遙測通訊信號;
[0009]1-V變換模塊將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號后傳輸給數(shù)據(jù)采集模塊進行數(shù)字信號采集，隔離放大/匹配模塊將基準(zhǔn)電位信號、電壓信號和遙測電壓信號進行轉(zhuǎn)換，使其適合于采集模塊的輸入范圍，并實現(xiàn)遙測通訊信號的隔離匹配轉(zhuǎn)換；
[0010]數(shù)據(jù)采集模塊通過第一光纖收發(fā)器和第二光纖收發(fā)器與主控制器連接，將采集到的信號傳輸給軟件處理模塊進行處理；
[0011]所述軟件處理模塊利用降采樣和數(shù)字濾波的方法對接收到的電信號進行預(yù)處理后利用連續(xù)小波變換提取電信號特征，若接收到的數(shù)據(jù)為首次接受，則利用提取的電信號特征進行電信號的聚類，并將得到的各聚類結(jié)果對應(yīng)的電信號特征和預(yù)先注入的仿真數(shù)據(jù)作為專家知識進行存儲；若接收到的數(shù)據(jù)非首次接受，則利用提取的電信號特征對電信號進行分類，將未識別出的電信號所對應(yīng)的飛行過程和提取出的電信號特征作為專家知識進行存儲，輸出識別出的電信號類型并進行存儲。
[0012]所述數(shù)據(jù)采集模塊采用降采樣的方法進行數(shù)字信號采集。
[0013]所述電流傳感器和遙測通訊傳感器采用非接觸式的方法獲取信號。
[0014]所述基準(zhǔn)電位傳感器、電壓傳感器和遙測電壓傳感器采用光耦隔離的方法獲取信號。
[0015]所述軟件處理模塊的聚類算法為K-means聚類算法。
[0016]所述K-means算法中的變換參數(shù)K由已知狀態(tài)確定，閾值d為0.4。
[0017]所述軟件處理模塊中分類算法為K-最近鄰居法和支持向量機方法。
[0018]所述K-最近鄰居法中K值的選擇范圍是:30?40。
[0019]所述支持向量機的懲罰因子C與核函數(shù)的參數(shù)γ分別在0.01至100之間取不同的值，比較不同(C，Y)下支持向量機的分類正確率，取分類正確率最高的(C，Y))作為支持向量機的參數(shù)。
[0020]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是:
[0021](I)本發(fā)明采用光纖收發(fā)器連接數(shù)據(jù)采集模塊和軟件處理模塊，避免了地面測量電路從航天器上電路中過度獲取“信號能量”，并避免了多個測試通道之間的互相干擾；
[0022](2)本發(fā)明中的傳感器采用非接觸的方式獲取航天器電信號，避免了測量電路給航天器上電路增加共模電壓、串模電壓、導(dǎo)通、泄漏支路；
[0023](3)本發(fā)明首次針對航天器動態(tài)信號的電特性數(shù)據(jù)進行特征提取與識別，采用直接時域提取、頻域特征提取以及小波系數(shù)提取等技術(shù)手段完成電特性提取，基于貝葉斯算法識別被測信號的標(biāo)準(zhǔn)向量歸屬，有效融合信號處理、分類、聚類和支持向量機技術(shù)，解決了復(fù)雜任務(wù)過程中，關(guān)聯(lián)電特性信號耦合激勵后特征提取難、識別難的問題，與傳統(tǒng)算法相比，識別精度提高了 15%，處于國際領(lǐng)先水平，具有重大的軍事、經(jīng)濟效益與推廣價值。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖；
[0025]圖2為本發(fā)明中的系統(tǒng)連接示意圖；
[0026]圖3為本發(fā)明中的軟件處理流程圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行進一步的詳細(xì)描述。
[0028]如圖1所示為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖，圖2為本發(fā)明中的系統(tǒng)連接示意圖；從圖1和圖2可知，本發(fā)明提出的一種面向航天器飛行過程的電信號特征提取和識別系統(tǒng)，包括:傳感器模塊、ι-v變換模塊、隔離匹配/放大模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、第一光纖收發(fā)器、第二光纖收發(fā)器和軟件處理模塊；
[0029]所述傳感器模塊包括電流傳感器(LEM IT 60-S ULTRASTAB)、基準(zhǔn)電位傳感器(NI9220-24bit)、電壓傳感器(NI 9220_16bit)、遙測電壓傳感器(NI 9220_16bit)和遙測通訊傳感器(DDC 61580、B3226)，電流傳感器、基準(zhǔn)電位傳感器、電壓傳感器、遙測電壓傳感器和遙測通訊傳感器