噪声环境下防护结构受空间碎片撞击声发射信号识别方法

摘要

随着科技的进步，人们对航天事业的关注度也越来越高，探索太空的活动的增多，也给太空的空间环境带来了一定的影响，因为人类的航天活动不可避免的将产生数量非常庞大的“太空垃圾”，也被称作空间碎片，对航天器有着极其巨大的威胁性。空间站是可以在空间环境内为航天员提供工作、生活的大型航天器，需要长时间在太空中运行。在此背景下，需要开发出一种可以对空间碎片撞击进行感知的系统，即空间碎片在轨感知系统，这种系统可以对航天器受到的撞击进行实时感知、定位，并评价撞击情况。在轨感知系统运行过程中，可能采到多种突发、持续性的干扰信号，导致感知系统发生误判，因此，针对此种情况，需要对非同源的信号进行甄别，识别航天器在轨运行时受空间碎片超高速撞击的事件。
　　本文首先对碎片云超高速撞击信号与干扰信号的波形和频谱进行对比分析。采用了互相关的概念，对标准信号与碎片云超高速撞击信号、干扰信号的频谱互相关的峰值进行对比分析。对声发射信号的处理是进行下一步的基础，利用经验模态分解的方法对信号进行处理，将得到的多种信号的固有模态函数的频谱互相关的峰值进行对比分析。由于HHT变换对处理非平稳信号有很好的效果，在经验模态分解的基础上，对信号的固有模态函数进行Hilbert变换，再进行互相关的处理，对比分析它们的频谱互相关性，提出改进算法。得到以下结论：
　　（1）碎片云超高速撞击信号和干扰信号的频谱有重叠部分，仅从信号的波形和频谱对信号源性质的区分度不高；
　　（2）通过对典型超高速撞击声发射信号与感知系统中获得信号的频率进行互相关的方法，计算互相关函数峰值区分超高速撞击事件；
　　（3）对信号进行经验模态分解，将含有不同频率成分的固有模态函数的互相关函数峰值进行逐项对比，通过各分量频谱互相关的数量级识别超高速撞击事件；
　　（4）采用HHT变换分量及重构信号的HHT变换，分别对筛选出的固有模态函数进行互相关分析，提出2种改进算法，经验证通过重构信号的HHT变换方法能够更好的识别超高速撞击事件。

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目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 空间碎片环境及其危害

1.3 声发射技术概述

1.4 在轨感知系统

1.5 声发射在轨感知技术及其研究现状

1.6 主要研究内容

第2章 超高速撞击/噪声信号获取及其时频分析

2.1 引言

2.2 碎片云信号的获取

2.3 干扰信号的获取

2.4 本章小结

第3章 基于互相关的超高速撞击信号识别

3.1 引言

3.2 傅里叶变换

3.3 互相关

3.4 信号的重采样

3.5 信号互相关法的分析

3.6本章小结

第4章 基于经验模态分解的超高速撞击信号识别

4.1 引言

4.2 EMD分解的研究现状

4.3 EMD方法的基本概念

4.4 EMD方法的原理

4.5 EMD方法的特点

4.6 基于EMD分解的信号时频分析

4.7 本章小结

第5章 基于HHT变换超高速撞击信号识别

5.1 引言

5.2 HHT变换的提出与研究现状

5.3 HHT变换

5.4 基于HHT变换的信号识别方法

5.5 改进的HHT变换的信号识别方法

5.6 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢