[发明专利]一种结构形变传感器布局优化拟合方法

说明书

本发明公开了一种结构形变传感器布局优化拟合方法，首先将结构形变云图生成与形变大小和位置信息相关的梯度图；其次对梯度图进行结构形变传感器抽取，对于抽取的点，利用空间插值的方法对这些点的形变值进行拟合估计；再其次重复从实测点集合中删除一个测点，用剩余测点集合估算被删除点的形变估计值，评估形变估计值的精度；最后对估计值满足精度要求的观测点减少结构形变传感器的布置数量，在估计值不满足精度要求的情况时，保留结构形变传感器观测点的布置。本发明可以有效地减少形变传感器的布置数量，优化形变传感器的布设位置，能够全面、准确地监测系统结构形变量。

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，尤其涉及一种航天器结构形变传感器布局优化拟合方法。

背景技术

随着国民经济的迅速发展和国防建设的需要，卫星等航天器产品的复杂性、综合化和智能化程度不断提高，对航天器产品的可靠性也提出了更高的要求，从而导致在航天器预测与健康管理系统(PHM)中所需监测物理量逐渐增多，监测难度也随之增加，并且对于结构形变实时监测和故障定位以及结构形变传感器布局优化等技术提出了迫切的需求。

从理论上讲，结构形变传感器数量越多所获取的形变参数就会越多，相应的检测得到的数据量就会越多，对被测体形变的描述就会越准确越全面，然而对于航空航天设备系统这样的大型复杂系统，不可能对所有位置的形变量都安装结构形变传感器进行测量，否则在空间上将会难以支撑，并且结构形变传感器的安装和布局方式也可能会对设备的工作状态产生影响。因此需要对结构形变传感器的数目和安装位置进行布局优化，保证在结构形变传感器数目一定的情况下能够对星体的形变情况进行全面监测。

目前，结构形变传感器布局优化方法基本上均是基于有效独立法和模态向量动能的动力学特性分析方法，但是由于材料的结构属性、几何特征以及边界条件等，模态试验中的激励点或者响应点不能准确的反应结构的模态向量，这会导致布局优化后不能很准确的反映产品的形变。

发明内容

本发明需解决技术问题是提供一种能准确反映产品形变的结构形变传感器布局优化拟合方法，针对航天器的复杂结构，在保证航天器结构形变值监测效果的同时，有效减少形变传感器的数量，优化形变传感器的安装位置。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种结构形变传感器布局优化拟合方法，包括如下步骤：

步骤1、将结构形变云图生成与形变大小和位置信息相关的梯度图；

步骤2、根据梯度图进行结构形变传感器抽取，对于抽取的点，利用空间插值的方法对这些点的形变值进行拟合估计；

步骤3、重复从实测点集合中删除一个测点，用剩余测点集合估算被删除点的属性值，得到每个测点上的形变估计值，并评估形变估计值的精度；

步骤4、估计值满足精度要求的观测点可以减少结构形变传感器的布置数量，在估计值不满足精度要求的情况时，保留结构形变传感器观测点的布置。

进一步地，

所述步骤1结合形变云图和梯度图，保留形变量最大值和最小值作为优化拟合过程中抽取的基准点，这两个点在布局优化拟合过程中保留不变。

所述步骤2对梯度图的抽取原则为：边缘点或者边界点少抽取，梯度图中变化较大的点少抽取，变化平缓的点多抽取。

所述步骤3评估方法采用均方根误差的方法来评估形变估计量的精度，均方根预测误差PMSPE的公式为：

式中，为位置x_i处形变的估计值，Z(x_i)为位置x_i处形变量的实测值，均方根预测误差越小，预测值就越接近真实值。

与现有技术对比，本发明有益效果如下：