火工冲击数据预处理方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及火工冲击信号处理技术领域，尤其涉及一种火工冲击数据预处理方法 及系统。
【背景技术】
[0002] 航天器为了完成星箭分离、组合体分离以及附件展开等动作，大都采用了火工品 分离装置。这些火工品引爆时对附近设备产生的火工冲击是一种剧烈的局部机械瞬态响 应，表现出高频、瞬态和高量级的特点。火工冲击能够引起在航天器中对高频响应敏感的电 子设备与微型机构失效，进而导致航天故障与事故的发生。
[0003] 火工冲击特殊的力学环境使冲击信号检测时对传感器与采集系统的要求都很高， 信号测试中存在很大困难和一定的随机性。通常由于传感器本身的谐振，数据采集系统性 能不足，噪声干扰等现象的存在，使测得的信号与真实信号之间有一定的误差，这种误差 在采用卷积方法求解冲击响应谱的过程中会被放大。2012年Batman在Validation of Pyroshock Data -文中总结了数据有效性问题产生的原因。
[0004] 传统的冲击测试方法中将测得的冲击数据直接使用，这种开环测试方法，从源头 上造成了冲击力学环境预示的不准确。因此引入闭环的数据验证方法具有重要的意义，如 何判断测得信号的有效性，以及如何修正存在有效性问题的信号，是进行火工冲击试验前 的重要步骤。
【发明内容】
[0005] 本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的 第一方面目的在于提出一种准确度高的火工冲击数据预处理方法。
[0006] 本发明第二方面实施例在于提出一种火工冲击数据预处理系统。
[0007] 为了实现上述目的，本发明第一方面实施例的火工冲击数据预处理方法，包括以 下步骤：S1，获取离散加速度信号；S2,判断所述离散加速度信号是否有效，若是，则判定 所述离散加速度信号可用，若否，则执行步骤S3 ;S3,对所述离散加速度信号进行修正，获 取修正后的离散加速度信号；以及S4,进一步判断所述修正后的离散加速度信号是否有 效，若是，则判定所述修正后的离散加速度信号可用，若否，则舍弃所述离散加速度信号。
[0008] 根据本发明实施例的火工冲击数据预处理方法，通过判断获取的离散加速度信号 的有效性，并对有效性较差的信号进行修正，得到修正后的加速度信号。修正后的加速度信 号在使用前需要重新有效性的验证，通过后方可使用；若修正后的加速度信号依然存在数 据有效性问题，则该信号无法校正，应该舍弃。本发明实施例的方法能够提高火工冲击信号 的正确性与真实性，具有较强的工程背景，对航天器重量减轻、缓冲设计和冲击验收试验标 准制定有较大的参考意义。
[0009] 在一些示例中，所述S2中采用零漂法和正负冲击谱法判断所述离散加速度信号 是否有效。
[0010] 在一些示例中，所述零漂法包括：对所述离散加速度信号进行时域数值积分，以获 取速度信号与位移信号；检测所述速度信号和所述位移信号是否有零漂现象，若无，则判定 所述离散加速度信号可用，若有，则判定所述离散加速度信号无效。
[0011] 在一些示例中，所述时域数值积分方法包括梯形积分方法。
[0012] 在一些示例中，所述正负冲击谱法包括：对所述离散加速度信号进行冲击响应谱 分析，以获取正负谱；判断所述正负谱是否存在较大偏差，若否，则判定所述离散加速度信 号可用，若是，则判定所述离散加速度信号无效。
[0013] 在一些示例中，所述S3中采用离散小波分解法对所述离散加速度信号进行修正， 包括：采用Mallet快速算法卷积将所述离散加速度信号小波分解成为一系列的频带信号， 分解所述频带信号的层数/尺度直至获取低频趋势项；对所述离散加速度信号滤除所述低 频趋势项，得到修正后的离散加速度信号。
[0014] 在一些示例中，所述离散小波分解法包括db小波基函数。
[0015] 本发明第二方面实施例提出一种火工冲击数据预处理系统，包括：接口模块，用于 获取离散加速度信号；有效性判断模块，用于判断所述离散加速度信号是否有效，若是，则 判定所述离散加速度信号可用；修正模块，用于当所述有效性判断模块判定所述离散加速 度信号不可用时，对所述离散加速度信号进行修正，获取修正后的离散加速度信号；以及判 断模块，用于进一步判断所述修正后的离散加速度信号是否有效，若是，则判定所述修正后 的离散加速度信号可用，若否，则舍弃所述离散加速度信号。
[0016] 根据本发明实施例的火工冲击数据预处理系统，通过判断获取的离散加速度信号 的有效性，并对有效性较差的信号进行修正，得到修正后的加速度信号。修正后的加速度 信号在使用前需要重新有效性的验证，通过后方可使用；若修正后的加速度信号依然存在 数据有效性问题，则该信号无法校正，应该舍弃。本发明实施例的系统能够提高火工冲击信 号的正确性与真实性，具有较强的工程背景，对航天器重量减轻、缓冲设计和冲击验收试验 标准制定有较大的参考意义。
[0017] 在一些示例中，所述有效性判断模块中采用零漂法和正负冲击谱法判断所述离散 加速度信号是否有效。
[0018] 在一些示例中，所述修正模块采用离散小波分解法对所述离散加速度信号进行修 正。
[0019] 本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0020] 图1是根据本发明一个实施例的一种火工冲击数据预处理方法的流程图；
[0021] 图2是本发明一个实施例的一种火工冲击数据预处理方法的过程示意图；
[0022] 图3是本发明一个实施例的梯形积分原理示意图；
[0023] 图4是本发明一个实施例的加速度信号、一次积分得到的速度信号和两次积分得 到的位移信号示意图；
[0024] 图5是本发明一个实施例的Smallwood算法得到的正负冲击响应谱示意图；
[0025] 图6是本发明一个实施例的离散小波分解示意图；
[0026] 图7是本发明一个实施例的离散小波分解的后的信号频带示意图；
[0027] 图8是本发明一个实施例选用的小波基函数db5 (Daubechies小波）示意图；
[0028] 图9是对本发明一个实施例原始加速度信号进行7次分解重构后得到的8组带频 信号示意图；
[0029] 图10是本发明一个实施例的原始信号（a)、修正后信号（b)和舍弃信号（c)示意 图
[0030] 图11是本发明一个实施例修正后的加速度信号、一次积分得到的速度信号和两 次积分得到的位移信号示意图；
[0031] 图12是本发明一个实施例被去除的低频加速度趋势项以及一次积分得到的速度 信号和两次积分得到的位移信号示意图；
[0032] 图13是本发明一个实施例经过零漂校正后加速度信号正负冲击响应谱示意图；
[0033] 图14是本发明一个实施例的原始加速度信号与校正信号的最大冲击谱对比示意 图；和
[0034] 图15是根据本发明一个实施例的一种火工冲击数据预处理系统的结构框图。
【具体实施方式】
[0035] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、 "厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底" "内"、"外"、"顺时 针"、"逆时针"、"轴向"、"径向"、"周向"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或 位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必 须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0036] 此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性 或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或 者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是至少两个，例如两个， 三个等，除非另有明确具体的限定。
[0037] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"、"固定"等 术语