星載電子設備多餘物及組件的識別方法
2023-06-22 14:28:16
專利名稱：星載電子設備多餘物及組件的識別方法
技術領域：
本發明涉及一種星載電子設備多餘物及組件的識別方法，屬於星載電子設備內部活動多餘物的檢測技術領域。
背景技術：
星載電子設備是衛星系統的功能模塊和重要組成部分，是一種密封航天電子裝置，它是在衛星系統中執行發射接收、遙測、遙控信號、姿態控制和信號處理等科學實驗任務的模塊或設備。星載電子設備的特殊工作環境對其提出很高的可靠性要求。存在活動多餘物是星載電子設備較常見的一種失效模式。多餘物是封裝在星載電子設備內部，但不屬於結構部件的一些顆粒物質。它是由生產製造過程中引入的金屬屑或非金屬微粒。星載電子設備經常處于振動衝擊環境下或失重狀態下工作，其內部的活動多餘物將進行無規則運動，因此可能落在某功能部件上或者嵌進某動作部件內。可見活動多餘物很有可能導致電子設備中電路間短路或線路異常，也可能形成動作部件卡死，造成重度故障。由於電子設備 生產環節多，在此期間產生的活動多餘物難於控制，因此活動多餘物導致的失效具有很強的隨機性和突發性。由於活動多餘物導致的故障具有無法預測性，因此難以控制其危害程度，常造成無法估量的事故。對多餘物材質的識別有助於了解多餘物的來源，以便於改進設計、生產流程，提高電子設備可靠性。可動組件為星載電子設備內部可活動的導線、功能部件等，或為鬆動的緊固件。前者會對多餘物的識別造成幹擾，後者使整個系統存在安全隱患，因此組件的識別對星載電子設備可靠性的提高同樣有重大意義。目前，星載電子設備的多餘物檢測尚無標準，美軍標、國軍標中都沒有給出明確規定。目前，國內的航天電子設備多餘物檢測主要依靠有經驗員工手搖、耳聽、眼看等人工方法。實際操作中經常出現由於操作人員疲勞、疏忽等原因引起漏檢或誤判現象。因此檢測精度低，漏判率極高。現有對星載電子設備進行多餘物的自動檢測方法中，只能進行多餘物有無及材質的判別，其對材質的判別方法採用單一特徵量進行，判別結果的精度低，且誤判率高。目前，還不能通過採集獲得信號的方式對星載電子設備內部是否存在可動組件進行判別。
發明內容
本發明是為了解決現有對星載電子設備內部環境進行檢測的方法中，不能在進行多餘物判別的同時，判斷獲得是否存在可動組件的問題，提供一種星載電子設備多餘物及組件的識別方法。本發明所述星載電子設備多餘物及組件的識別方法，它基於四個聲音傳感器採集獲得的被測星載電子設備的振動聲音信號，被測星載電子設備四個側面的每個側面下半部中心位置分別設置一個聲音傳感器，所述四個聲音傳感器採集獲得的四組振動聲音信號分別經小波變換消噪後進行脈衝提取，獲得四組聲音信號的脈衝序列，其特徵在於它包括以下步驟
步驟一將每個聲音傳感器採集獲得的聲音信號的脈衝序列取絕對值後，求取每個聲音信號的脈衝序列平均值V_n，設定能量門限Th取值為Th=3V_n，向前搜索門限Tls和向後搜索門限Tle為Tls=Tle=Vmean ；步驟二 由每個聲音信號的脈衝序列的起始點向終止點進行搜索，若搜索到能量門限Th信號，執行步驟三；否則，執行步驟四；步驟三由能量門限Th信號點處向聲音信號的脈衝序列的起始點方向搜索向前搜索門限Tls信號點，作為多餘物或組件信號的起始點；由能量門限Th信號點處向聲音信號的脈衝序列的終止點方向搜索向後搜索門限Tle信號點，作為多餘物及組件信號的終止點，該起始點與終止點之間為多餘物或組件信號；然後執行步驟五；步驟四判定被測星載電子設備內部不含多餘物及組件，完成識別；
步驟五將步驟三中搜索獲得的多餘物或組件信號以被測星載電子設備的驅動振動加速度信號的波形周期T為單位進行分割，獲得多個單位周期信號，剔除不含脈衝的單位周期信號，獲得多餘物或組件的脈衝信號；步驟六將多餘物或組件的脈衝信號中的每個單位周期信號的起始位置作為零相位0°，每個單位周期信號的終止位置作為末相位360°，計算每個單位周期信號中脈衝的起始位置Gls與脈衝的終止位置Θ le，將每個單位周期信號中脈衝的起始位置01S與脈衝的終止位置θ1ε之間置值為1，每個單位周期信號中位於脈衝的起始位置0ls與脈衝的終止位置Θ le之間以外的部分置值為O ;步驟七將步驟六中處理後的每個單位周期信號進行平移、疊加，並歸一化至[O, I]區間；步驟八計算步驟七中歸一化後的數據的標準差；步驟九將步驟八中獲得的數據的標準差與預先由k_聚類算法確定的多餘物或組件的聚類質心相比較，計算獲得多餘物或組件的脈衝信號所屬的類，判定被測星載電子設備內部存在為多餘物或為組件，若判定被測星載電子設備內部存在組件，則完成識別；若判定被測星載電子設備內部存在多餘物，則執行步驟十；步驟十通過數據融合、特徵提取和支持向量機分類方法判斷獲得被測星載電子設備內部多餘物的材質；完成識別。所述步驟十中通過數據融合、特徵提取和支持向量機分類方法判斷獲得被測星載電子設備內部多餘物的材質的具體方法為十一)將步驟三中獲得的四個多餘物或組件信號分別取絕對值，然後分別計算該四個絕對值與其所在坐標橫軸所圍成的面積S ；十二)在四個多餘物或組件信號中對應出現脈衝的所有位置處，分別取每個對應的四個脈衝中與其各自所在坐標橫軸所圍成面積最大的脈衝作為多餘物脈衝，將所有多餘物脈衝中的噪聲信號消除後，拼接為單通道多餘物連續脈衝；十三)計算單通道多餘物連續脈衝中各脈衝的持續時間並取其平均值，得到時間特徵量T ；十四)計算獲得單通道多餘物連續脈衝中各脈衝與其所在坐標橫軸所圍成的面積值，求取單通道多餘物連續脈衝中各脈衝的持續時間與其面積值的比值並取其平均值，得到時間面積比值特徵量Tpp ；十五)計算單通道多餘物連續脈衝各脈衝的絕對值並取其平均值，得到脈衝特徵量 Mean ；十六)計算單通道多餘物連續脈衝在單位時間內信號波形與其所在坐標橫軸相交的次數，獲得脈衝過零率Zerorate ；十七)對單通道多餘物連續脈衝進行傅立葉變換，得到脈衝頻域分布信號；十八)根據脈衝頻域分布信號計算獲得多餘物頻域信號頻譜質心，得到頻譜質心特徵量C ；十九)將脈衝頻域分布信號歸一化後計算頻域數據序列標準差，得到標準差特徵量A ；
二十)採用支持向量機，給分類器輸入時間特徵量T、時間面積比值特徵量Tpp、脈衝特徵量Mean、脈衝過零率Zerorate、頻譜質心特徵量C和標準差特徵量A，得到分類結果權值，判定被測星載電子設備內部多餘物的材質。本發明的優點是本發明以被測星載電子設備振動的數位訊號為依據進行脈衝提取、聚類分析，來實現多餘物與組件信號有無的精確判別，當存在多餘物時，還可對多餘物的材質進行判別。本發明提供的識別方法能夠很容易的應用於星載電子設備多餘物檢測裝置中，具有識別速度快並且識別精度高的特點。本發明方法能夠排除噪聲信號對判別結果的影響。
圖I為本發明方法的流程圖；圖2為本發明方法中將振動聲音信號經小波變換消噪後進行脈衝提取，獲得的聲音信號的脈衝序列圖；圖3為步驟三中獲得的多餘物或組件信號示意圖；圖中N。為多餘物或組件信號主脈衝位置，N1為多餘物或組件信號脈衝起始位置，N2為多餘物或組件信號脈衝終止位置；圖4為步驟九中，被測星載電子設備內部存在組件時的組件的脈衝信號示意圖；圖5為步驟九中，被測星載電子設備內部存在多餘物時的多餘物的脈衝信號示意圖；圖6為被測星載電子設備內部多餘物的材質為金屬材料時對單通道多餘物連續脈衝進行傅立葉變換獲得的曲線圖；圖7為被測星載電子設備內部多餘物的材質為非金屬材料時對單通道多餘物連續脈衝進行傅立葉變換獲得的曲線圖。
具體實施例方式具體實施方式
一下面結合圖I至圖5說明本實施方式，本實施方式所述星載電子設備多餘物及組件的識別方法，它基於四個聲音傳感器採集獲得的被測星載電子設備的振動聲音信號，被測星載電子設備四個側面的每個側面下半部中心位置分別設置一個聲音傳感器，所述四個聲音傳感器採集獲得的四組振動聲音信號分別經小波變換消噪後進行脈衝提取，獲得四組聲音信號的脈衝序列，其特徵在於它包括以下步驟
步驟一將每個聲音傳感器採集獲得的聲音信號的脈衝序列取絕對值後，求取每個聲音信號的脈衝序列平均值v_n，設定能量門限Th取值為Th=3V_n，向前搜索門限Tls和向後搜索門限Tle為Tls=Tle=Vmean ；步驟二 由每個聲音信號的脈衝序列的起始點向終止點進行搜索，若搜索到能量門限Th信號，執行步驟三；否則，執行步驟四；步驟三由能量門限Th信號點處向聲音信號的脈衝序列的起始點方向搜索向前搜索門限Tls信號點，作為多餘物或組件信號的起始點；由能量門限Th信號點處向聲音信號的脈衝序列的終止點方向搜索向後搜索門限Tle信號點，作為多餘物及組件信號的終止點，該起始點與終止點之間為多餘物或組件信號；然後執行步驟五；步驟四判定被測星載電子設備內部不含多餘物及組件，完成識別；
步驟五將步驟三中搜索獲得的多餘物或組件信號以被測星載電子設備的驅動振動加速度信號的波形周期T為單位進行分割，獲得多個單位周期信號，剔除不含脈衝的單位周期信號，獲得多餘物或組件的脈衝信號；步驟六將多餘物或組件的脈衝信號中的每個單位周期信號的起始位置作為零相位0°，每個單位周期信號的終止位置作為末相位360°，計算每個單位周期信號中脈衝的起始位置Gls與脈衝的終止位置Θ le，將每個單位周期信號中脈衝的起始位置01S與脈衝的終止位置θ1ε之間置值為1，每個單位周期信號中位於脈衝的起始位置0ls與脈衝的終止位置Θ le之間以外的部分置值為O ;步驟七將步驟六中處理後的每個單位周期信號進行平移、疊加，並歸一化至[O, I]區間；步驟八計算步驟七中歸一化後的數據的標準差；步驟九將步驟八中獲得的數據的標準差與預先由k_聚類算法確定的多餘物或組件的聚類質心相比較，計算獲得多餘物或組件的脈衝信號所屬的類，判定被測星載電子設備內部存在為多餘物或為組件，若判定被測星載電子設備內部存在組件，則完成識別；若判定被測星載電子設備內部存在多餘物，則執行步驟十；步驟十通過數據融合、特徵提取和支持向量機分類方法判斷獲得被測星載電子設備內部多餘物的材質；完成識別。本實施方式中，結合圖3，首先，根據由能量門限Th來確定脈衝所處的大致位置，再選取向前搜索門限Tls向前搜索，確定脈衝的真正起點；再以向後搜索門限Tle向後搜索確定脈衝的真正結束點。上述三個門限的選取與顆粒碰撞噪聲檢測PIND試驗信號的噪音水平和信號特徵緊密相關。聚類分析結合圖4，步驟六中處理後的每個單位周期信號歸一化至
區間後以單位振動時間為周期將相位信息進行疊加，並計算疊加後數據標準差；計算標準差與預先由改進後的k-平均聚類分析法得到的聚類質心的距離，確定信號脈衝為組件信號或多餘物信號；聚類質心由以下算法實現1)選取最大分類類別數K = 4和距離判別準則中ε =Τ/(2Κ+2)，ε為聚類分析法中判別準則中的距離，第一個數據對象作為第一類聚類質
心；2)選取下一個數據對象Ix，若^ _ Cf <ε則Ix劃入當前類，式中為第i次聚類後的第k類聚類質心；否則，依據判別準則，計入距離最近的一類；3)對當前數據對象進行分類後，對新的序列重新計算聚類質心
權利要求
1.一種星載電子設備多餘物及組件的識別方法，它基於四個聲音傳感器採集獲得的被測星載電子設備的振動聲音信號，被測星載電子設備四個側面的每個側面下半部中心位置分別設置一個聲音傳感器，所述四個聲音傳感器採集獲得的四組振動聲音信號分別經小波變換消噪後進行脈衝提取，獲得四組聲音信號的脈衝序列，其特徵在於它包括以下步驟 步驟一將每個聲音傳感器採集獲得的聲音信號的脈衝序列取絕對值後，求取每個聲音信號的脈衝序列平均值v_n，設定能量門限Th取值為Th=3V_n，向前搜索門限Tls和向後搜索門限Tle為 τ =T =V . 1 Is 1 Ie mean 9 步驟二 由每個聲音信號的脈衝序列的起始點向終止點進行搜索，若搜索到能量門限Th信號，執行步驟三；否則，執行步驟四； 步驟三由能量門限Th信號點處向聲音信號的脈衝序列的起始點方向搜索向前搜索門限Tls信號點，作為多餘物或組件信號的起始點；由能量門限Th信號點處向聲音信號的脈衝序列的終止點方向搜索向後搜索門限Tle信號點，作為多餘物及組件信號的終止點，該起始點與終止點之間為多餘物或組件信號；然後執行步驟五； 步驟四判定被測星載電子設備內部不含多餘物及組件，完成識別； 步驟五將步驟三中搜索獲得的多餘物或組件信號以被測星載電子設備的驅動振動加速度信號的波形周期T為單位進行分割，獲得多個單位周期信號，剔除不含脈衝的單位周期信號，獲得多餘物或組件的脈衝信號； 步驟六將多餘物或組件的脈衝信號中的每個單位周期信號的起始位置作為零相位0°，每個單位周期信號的終止位置作為末相位360°，計算每個單位周期信號中脈衝的起始位置Qls與脈衝的終止位置，將每個單位周期信號中脈衝的起始位置els與脈衝的終止位置Qle之間置值為1，每個單位周期信號中位於脈衝的起始位置els與脈衝的終止位置θ1ε之間以外的部分置值為O; 步驟七將步驟六中處理後的每個單位周期信號進行平移、疊加，並歸一化至
區間； 步驟八計算步驟七中歸一化後的數據的標準差； 步驟九將步驟八中獲得的數據的標準差與預先由k-聚類算法確定的多餘物或組件的聚類質心相比較，計算獲得多餘物或組件的脈衝信號所屬的類，判定被測星載電子設備內部存在為多餘物或為組件，若判定被測星載電子設備內部存在組件，則完成識別；若判定被測星載電子設備內部存在多餘物，則執行步驟十； 步驟十通過數據融合、特徵提取和支持向量機分類方法判斷獲得被測星載電子設備內部多餘物的材質；完成識別。
2.根據權利要求I所述的星載電子設備多餘物及組件的識別方法，其特徵在於所述步驟十中通過數據融合、特徵提取和支持向量機分類方法判斷獲得被測星載電子設備內部多餘物的材質的具體方法為 十一)將步驟三中獲得的四個多餘物或組件信號分別取絕對值，然後分別計算該四個絕對值與其所在坐標橫軸所圍成的面積S ； 十二)在四個多餘物或組件信號中對應出現脈衝的所有位置處，分別取每個對應的四個脈衝中與其各自所在坐標橫軸所圍成面積最大的脈衝作為多餘物脈衝，將所有多餘物脈衝中的噪聲信號消除後，拼接為單通道多餘物連續脈衝； 十三)計算單通道多餘物連續脈衝中各脈衝的持續時間並取其平均值，得到時間特徵曰-rp裡I ; 十四)計算獲得單通道多餘物連續脈衝中各脈衝與其所在坐標橫軸所圍成的面積值，求取單通道多餘物連續脈衝中各脈衝的持續時間與其面積值的比值並取其平均值，得到時間面積比值特徵量Tpp ； 十五)計算單通道多餘物連續脈衝各脈衝的絕對值並取其平均值，得到脈衝特徵量Mean ； 十六)計算單通道多餘物連續脈衝在單位時間內信號波形與其所在坐標橫軸相交的次數，獲得脈衝過零率Zerorate ； 十七)對單通道多餘物連續脈衝進行傅立葉變換，得到脈衝頻域分布信號； 十八)根據脈衝頻域分布信號計算獲得多餘物頻域信號頻譜質心，得到頻譜質心特徵量C ； 十九):將脈衝頻域分布信號歸一化後計算頻域數據序列標準差，得到標準差特徵量A ;二十)採用支持向量機，給分類器輸入時間特徵量T、時間面積比值特徵量Tpp、脈衝特徵量Mean、脈衝過零率Zerorate、頻譜質心特徵量C和標準差特徵量A，得到分類結果權值，判定被測星載電子設備內部多餘物的材質。
全文摘要
星載電子設備多餘物及組件的識別方法，屬於星載電子設備內部活動多餘物的檢測技術領域。它解決了現有對星載電子設備內部環境進行檢測的方法中，不能在進行多餘物判別的同時，判斷獲得是否存在可動組件的問題。它首先在聲音信號的脈衝序列中搜索能量門限Th信號，未搜到該信號則不含多餘物及組件；否則首先對聲音信號的脈衝序列進行聚類分析，然後判斷星載電子設備內部為多餘物或者為組件，若為多餘物，進一步對多餘物的材質進行判別。本發明適用於星載電子設備多餘物及組件的識別。
文檔編號G01V1/00GK102830421SQ201210282939
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月9日 優先權日2012年8月9日
發明者翟國富, 陳金豹, 王國濤, 邢通, 戚樂, 陳蕊, 劉貴棟, 牛鵬飛, 趙國強 申請人:哈爾濱工業大學