基于SGHT的航天器微振动信号处理方法

TH113.1; 针对现有常用航天器微振动信号处理方法的不足,以辛几何模态分解方法(Symplectic geometry mode decomposition,简称SGMD)为基础,结合希尔伯特谱分析(Hilbert spectrum analysis,简称HSA),提出辛几何-希尔伯特转换(Symplectic geometry Hilbert transform,简称SGHT)方法.首先,根据输入信号,采用辛矩阵相似变换求解Hamilton矩阵的特征值,利用其对应特征向量重构单分量信号;其次,通过计算归一化互信息,将相似的分量合并为辛几何分量(Symplectic geometry co...

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Published in振动、测试与诊断 Vol. 43; no. 6; pp. 1073 - 1080
Main Authors 陈继喆, 章海鹰
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 中国科学院天文光学技术重点实验室(南京天文光学技术研究所) 南京,210042 01.12.2023
中国科学院大学 北京,100049%中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所 南京,210042
中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所 南京,210042
中国科学院大学天文与空间科学学院 北京,100049
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ISSN1004-6801
DOI10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2023.06.004

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Abstract TH113.1; 针对现有常用航天器微振动信号处理方法的不足,以辛几何模态分解方法(Symplectic geometry mode decomposition,简称SGMD)为基础,结合希尔伯特谱分析(Hilbert spectrum analysis,简称HSA),提出辛几何-希尔伯特转换(Symplectic geometry Hilbert transform,简称SGHT)方法.首先,根据输入信号,采用辛矩阵相似变换求解Hamilton矩阵的特征值,利用其对应特征向量重构单分量信号;其次,通过计算归一化互信息,将相似的分量合并为辛几何分量(Symplectic geometry component,简称SGC),用输入信号与计算得到的SGC分量相减,得到新的输入信号进行下一轮迭代,直至满足终止条件;最后,进行希尔伯特转换,并输出结果.通过微振动信号模型的仿真验证,与目前常用的微振动信号处理方法相比,在非平稳的复杂微振动信号下,SGHT方法表现出较好的分解性能和处理能力.使用该方法处理先进天基太阳天文台(advanced space-based solar observatory,简称ASO-S)卫星/全日面矢量磁像仪(full-disk vector magneto graph,简称FMG)载荷的地面微振动试验信号,可以识别出多个SGC分量,计算的角位移估计包络在0.015"以内,其结果对载荷研制具有实际工程意义.
AbstractList TH113.1; 针对现有常用航天器微振动信号处理方法的不足,以辛几何模态分解方法(Symplectic geometry mode decomposition,简称SGMD)为基础,结合希尔伯特谱分析(Hilbert spectrum analysis,简称HSA),提出辛几何-希尔伯特转换(Symplectic geometry Hilbert transform,简称SGHT)方法.首先,根据输入信号,采用辛矩阵相似变换求解Hamilton矩阵的特征值,利用其对应特征向量重构单分量信号;其次,通过计算归一化互信息,将相似的分量合并为辛几何分量(Symplectic geometry component,简称SGC),用输入信号与计算得到的SGC分量相减,得到新的输入信号进行下一轮迭代,直至满足终止条件;最后,进行希尔伯特转换,并输出结果.通过微振动信号模型的仿真验证,与目前常用的微振动信号处理方法相比,在非平稳的复杂微振动信号下,SGHT方法表现出较好的分解性能和处理能力.使用该方法处理先进天基太阳天文台(advanced space-based solar observatory,简称ASO-S)卫星/全日面矢量磁像仪(full-disk vector magneto graph,简称FMG)载荷的地面微振动试验信号,可以识别出多个SGC分量,计算的角位移估计包络在0.015"以内,其结果对载荷研制具有实际工程意义.
Abstract_FL Symplectic geometry Hilbert transform(SGHT)is proposed to improve current methods for space-craft micro-vibration signal process.This proposed method is based on symplectic geometry mode decomposi-tion(SGMD)and Hilbert spectrum analysis(HSA).Firstly,the eigenvalues of Hamilton matrix are solved by symplectic geometry similarity transformation and the single component signal can be reconstructed by corre-sponding eigenvectors.Then,by calculating normalized mutual information,similar components are merged into Symplectic geometry component(SGC)and the input signal is subtracted from the calculated SGC compo-nent to obtain a new input signal for the next round of iteration until the termination condition is satisfied.Fi-nally,Hilbert transform is performed on each SGC to calculate the Hilbert marginal spectrum.The simulation results show that,the proposed SGHT method has better decomposition performance and processing ability un-der the non-stationary complex micro-vibration signal,compared with the common micro-vibration signal pro-cessing methods.Using SGHT method to process the advanced space-based solar observatory(ASO-S)/full-disk vector magneto graph(FMG)ground micro-vibration test signals,SGC components can be identified and the estimated angular displacement envelope is less than 0.015",showing practical engineering significance for satellite and payload development.
Author 陈继喆
章海鹰
AuthorAffiliation 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所 南京,210042;中国科学院天文光学技术重点实验室(南京天文光学技术研究所) 南京,210042;中国科学院大学 北京,100049%中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所 南京,210042;中国科学院天文光学技术重点实验室(南京天文光学技术研究所) 南京,210042;中国科学院大学天文与空间科学学院 北京,100049
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Issue 6
Keywords spacecraft
微振动
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Title 基于SGHT的航天器微振动信号处理方法
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