[发明专利]一种用于航天器的空间微小碎片撞击监测系统设计方法及系统

权利要求书

1.一种用于航天器的空间微小碎片撞击监测系统设计方法，其特征在于，包括：

步骤一：无源无线传感器设计

使用多场耦合分析软件进行计算和仿真，设计包含曲折叉指和四加强栅结构的无源无线传感器，具体结构包含：激光天线，激光天线由双主镜和双副镜组成反射式四镜，与激光天线连接的四个曲折叉指和四加强栅，每个曲折叉指的夹角为120度，每个加强栅共两个夹角，每个夹角为120度；

步骤二：无源无线传感器布置

将无源无线传感器以阵列形式固定于航天器舱壁内层，无源无线传感器阵列依据被测舱壁的形状进行安装，航天器舱壁为矩形，各个无源无线传感器安装位置横向间隔与竖向间隔相同，布置阵列时，对传感器位置进行标定确定各传感器的位置；

步骤三：撞击监测系统设计

当无源无线传感器所在航天器舱体区域有裂纹和变形时，引起曲折叉指和加强栅发生形变，产生携带应变信息的谐振波信号，通过激光读写器获取携带应变信息的谐振波信号，利用卷积神经网络对携带应变信息的谐振波信号进行处理确定航天器舱壁的应变位置和应变大小；

步骤四：对地通信系统设计

采用地面激光读写器发射激光束的方式进行通信，激光读写器发射的激光的区域大小和位置与无源无线传感器阵列相同，并且一一对应，地面激光读写器发射的激光可以穿透航天器舱壁到达激光天线，通过激光天线将无源无线传感器产生的反向散射信号返回；

步骤五：数字伴飞系统设计

在轨数据传输到地面飞控中心的航天器数字伴飞模型，数字伴飞系统通过对历史健康信息，实时健康信息，预测健康信息进行信息融合，实现对航天器在轨健康状态监测和预警，制定航天器在轨运行策略，实现地面数字模型与实际航天器同步运行，进行全任务、全时段的数字伴飞。

2.一种用于航天器的空间微小碎片撞击监测系统，其特征在于，包括：设置在航天器舱壁内层的无源无线传感器阵列、撞击监测系统、对地通信系统以及设置在地面的数字伴飞系统。

所述无源无线传感器阵列包括若干横向和竖向安装的无源无线传感器，无源无线传感器之间的横向间隔与竖向间隔相同，用于在航天器受微小碎片撞击时产生携带应变信息的谐振波信号；

所述撞击定位系统，用于通过激光读写器获取携带应变信息的谐振波信号，利用卷积神经网络对携带应变信息的谐振波信号进行处理确定应变位置和应变大小；

所述对地通信系统，用于通过激光读写器向所述无源无线传感器阵列发射激光束，并接收各无源无线传感器产生的反向散射信号；

所述数字伴飞系统，用于获取航天器在轨数据作为航天器实时健康信息，通过对历史健康信息，实时健康信息，预测健康信息进行信息融合，实现对航天器在轨健康状态监测和预警，制定航天器在轨运行策略。

3.根据权利要求2所述的一种用于航天器的空间微小碎片撞击监测系统，其特征在于，所述系统还包括设置在航天器舱壁内层的集成温度传感器的无源无线传感器，用于监测航天器舱壁的温度。

4.根据权利要求2所述的一种用于航天器的空间微小碎片撞击监测系统，其特征在于，所述撞击定位系统还用于根据航天器舱壁的应变位置和应变大小拟合航天器舱壁的应变分布情况，绘制航天器舱壁的应变分布图。

5.根据权利要求4所述的一种用于航天器的空间微小碎片撞击监测系统，其特征在于，所述系统还包括显示组件，用于对航天器舱壁的应变分布图进行三维可视化显示。