本發(fā)明涉及動(dòng)態(tài)特性校準(zhǔn)領(lǐng)域，尤其涉及一種火箭橇的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)及校準(zhǔn)不確定度評(píng)估方法。

背景技術(shù)：

1、火箭橇主要用于測(cè)試被測(cè)物飛行等過(guò)程中的性能指標(biāo)。隨著航天等領(lǐng)域的快速發(fā)展，對(duì)火箭橇的速度及精度要求也越來(lái)越高。因此，為了使火箭橇上的測(cè)量系統(tǒng)能提供高精度的測(cè)量結(jié)果，如何對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的校準(zhǔn)成為發(fā)展高超聲速火箭橇試驗(yàn)技術(shù)亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

2、目前火箭撬測(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)通常采用送檢的方式，即在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行校準(zhǔn)然后安裝到火箭撬上。但是，火箭橇測(cè)量系統(tǒng)傳感器的放置位置、安裝力矩以及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境均會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生較大影響，從而導(dǎo)致測(cè)量系統(tǒng)校準(zhǔn)后的測(cè)量結(jié)果仍然會(huì)產(chǎn)生較大誤差。

3、可見(jiàn)，對(duì)火箭橇測(cè)量系統(tǒng)提供現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)的方法是亟需解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種火箭橇的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)及校準(zhǔn)不確定度評(píng)估方法，用以解決對(duì)于火箭橇測(cè)量系統(tǒng)缺乏現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)方法的問(wèn)題。

2、本發(fā)明提供了一種火箭橇的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)及校準(zhǔn)不確定度評(píng)估方法，所述方法包括以下步驟：

3、在火箭橇測(cè)量系統(tǒng)沖擊傳感器測(cè)量量程之內(nèi)，通過(guò)脈沖式?jīng)_擊激勵(lì)裝置對(duì)火箭橇測(cè)量系統(tǒng)施加若干不同振級(jí)的激勵(lì)信號(hào)分別得到標(biāo)準(zhǔn)沖擊傳感器的真值以及測(cè)量系統(tǒng)沖擊傳感器的測(cè)量值；在火箭橇測(cè)量系統(tǒng)沖擊傳感器測(cè)量量程與其滿量程之間，基于所述標(biāo)準(zhǔn)沖擊傳感器的真值以及測(cè)量系統(tǒng)沖擊傳感器的測(cè)量值構(gòu)建優(yōu)化函數(shù)，通過(guò)對(duì)所述優(yōu)化函數(shù)進(jìn)行求解得到測(cè)量系統(tǒng)沖擊傳感器的預(yù)測(cè)值；基于所述標(biāo)準(zhǔn)沖擊傳感器的真值、測(cè)量系統(tǒng)沖擊傳感器的測(cè)量值以及預(yù)測(cè)值采用最小二乘法進(jìn)行線性回歸分析得到回歸直線的斜率及截距，基于回歸直線的斜率及沖擊加速度測(cè)量值或預(yù)測(cè)值的最大值得到?jīng)_擊幅值線性度；

4、通過(guò)正弦激振發(fā)生裝置對(duì)火箭橇測(cè)量系統(tǒng)施加若干不同頻率的激勵(lì)信號(hào)分別得到標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)傳感器的真值以及測(cè)量系統(tǒng)振動(dòng)傳感器的測(cè)量值，基于所述標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)傳感器的真值以及測(cè)量系統(tǒng)振動(dòng)傳感器的測(cè)量值得到振動(dòng)幅值頻率響應(yīng)；

5、對(duì)所述沖擊幅值線性度以及振動(dòng)幅值頻率響應(yīng)進(jìn)行不確定度評(píng)估。

6、進(jìn)一步地，通過(guò)下述公式得到回歸直線的斜率：

7、

8、其中，k為回歸直線的斜率，ai為第i個(gè)激勵(lì)信號(hào)對(duì)應(yīng)的沖擊加速度的測(cè)量值或預(yù)測(cè)值，si為第i個(gè)激勵(lì)信號(hào)對(duì)應(yīng)的靈敏度，n為激勵(lì)信號(hào)的個(gè)數(shù)，為ai的平均值；激勵(lì)信號(hào)對(duì)應(yīng)的靈敏度為激勵(lì)信號(hào)對(duì)應(yīng)的沖擊加速度測(cè)量值或預(yù)測(cè)值與真值之比；

9、通過(guò)下述公式得到回歸直線的截距：

10、

11、其中，s0為回歸直線的截距，為si的平均值。

12、進(jìn)一步地，通過(guò)下述公式得到?jīng)_擊幅值線性度：

13、

14、其中，γ為沖擊幅值線性度，amax為ai的最大值，sn為amax對(duì)應(yīng)的靈敏度。

15、進(jìn)一步地，通過(guò)下述公式得到振動(dòng)幅值頻率響應(yīng)：

16、

17、其中，δa為振動(dòng)幅值頻率響應(yīng)，xi為第i個(gè)激勵(lì)信號(hào)對(duì)應(yīng)的振動(dòng)幅值的測(cè)量值，xr為第i個(gè)激勵(lì)信號(hào)對(duì)應(yīng)的振動(dòng)幅值的真值。

18、進(jìn)一步地，所述不確定度包括：測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度ua、標(biāo)準(zhǔn)傳感器引入的不確定度u1、火箭橇測(cè)量系統(tǒng)傳遞特性引入的不確定度u2、信號(hào)調(diào)理單元引入的不確定度u3、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)引入的不確定度u4、激勵(lì)源穩(wěn)定度引入的不確定度u5、激勵(lì)源波形失真引入的不確定度u6、隨機(jī)干擾信號(hào)引入的不確定度u7。

19、進(jìn)一步地，通過(guò)下述公式得到?jīng)_擊幅值線性度以及振動(dòng)幅值頻率響應(yīng)的不確定度：

20、

21、進(jìn)一步地，通過(guò)下述公式得到測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度：

22、

23、其中，m為激勵(lì)信號(hào)的個(gè)數(shù)，yi為第i個(gè)激勵(lì)信號(hào)對(duì)應(yīng)的振動(dòng)幅值或沖擊加速度的測(cè)量值，為yi的平均值；

24、通過(guò)下述公式得到u1-u7：

25、

26、其中，ui％為ui對(duì)應(yīng)的誤差率，λi為ui對(duì)應(yīng)的系數(shù)。

27、進(jìn)一步地，所述在火箭橇測(cè)量系統(tǒng)沖擊傳感器測(cè)量量程與其滿量程之間，基于所述標(biāo)準(zhǔn)沖擊傳感器的真值以及測(cè)量系統(tǒng)沖擊傳感器的測(cè)量值構(gòu)建優(yōu)化函數(shù)，通過(guò)對(duì)所述優(yōu)化函數(shù)進(jìn)行求解得到測(cè)量系統(tǒng)沖擊傳感器的預(yù)測(cè)值包括：

28、步驟s101、基于線性時(shí)不變系統(tǒng)原理構(gòu)建所述測(cè)量系統(tǒng)沖擊傳感器的時(shí)域輸出響應(yīng)函數(shù)，并得到離散化的頻域輸出響應(yīng)函數(shù)；

29、步驟s102、基于頻域輸出響應(yīng)函數(shù)的頻域復(fù)傳遞函數(shù)獲取頻域輸出響應(yīng)函數(shù)中各參數(shù)的替換向量；

30、步驟s103、基于所述標(biāo)準(zhǔn)沖擊傳感器沖擊加速度的真值構(gòu)建真值矩陣，基于所述測(cè)量系統(tǒng)沖擊傳感器沖擊加速度的測(cè)量值構(gòu)建包含不確定度的測(cè)量沖擊加速度矩陣；

31、步驟s104、基于測(cè)量沖擊加速度矩陣、真值矩陣構(gòu)建優(yōu)化函數(shù)，采用最小二乘法對(duì)所述優(yōu)化函數(shù)進(jìn)行求解得到頻域輸出響應(yīng)函數(shù)中參數(shù)的估計(jì)值，通過(guò)替換向量和所述估計(jì)值得到時(shí)域輸出響應(yīng)函數(shù)參數(shù)的估計(jì)值；在火箭橇測(cè)量系統(tǒng)沖擊傳感器測(cè)量量程與其滿量程之間，通過(guò)所述時(shí)域輸出響應(yīng)函數(shù)及其參數(shù)的估計(jì)值得到預(yù)測(cè)的測(cè)量系統(tǒng)沖擊傳感器的沖擊加速度。

32、進(jìn)一步地，頻域復(fù)傳遞函數(shù)為：

33、

34、其中，h()為頻域復(fù)傳遞函數(shù)，i為虛數(shù)單位，s()為傳遞函數(shù)的幅值函數(shù)，φ()為傳遞函數(shù)的相位函數(shù)，ω為響應(yīng)頻率，δ為沖擊傳感器的阻尼系數(shù)，ω0為沖擊傳感器的安裝諧振頻率，ε為沖擊傳感器的固有特性常數(shù)。

35、進(jìn)一步地，通過(guò)下述方法得到離散化的頻域輸出響應(yīng)函數(shù)的參數(shù)：

36、

37、其中，t為采樣間隔，b、c1、c2為離散化的頻域輸出響應(yīng)函數(shù)的參數(shù)。

38、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少可實(shí)現(xiàn)如下有益效果之一：

39、1、本發(fā)明通過(guò)得到?jīng)_擊幅值線性度以及振動(dòng)幅值頻率響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)火箭橇測(cè)量系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)。

40、2、本發(fā)明通過(guò)固化火箭橇測(cè)量系統(tǒng)的邊界條件，從而基于線性時(shí)不變系統(tǒng)原理構(gòu)建火箭橇測(cè)量系統(tǒng)傳感器的時(shí)域輸出響應(yīng)函數(shù)，并且通過(guò)時(shí)域輸出響應(yīng)函數(shù)的參數(shù)考慮了傳感器自身的結(jié)構(gòu)特性，為準(zhǔn)確預(yù)測(cè)火箭橇沖擊加速度提供了基礎(chǔ)。

41、3、本發(fā)明通過(guò)構(gòu)建優(yōu)化函數(shù)并采用最小二乘法對(duì)所述優(yōu)化函數(shù)進(jìn)行求解得到頻域輸出響應(yīng)函數(shù)中參數(shù)的估計(jì)值，基于所述參數(shù)的估計(jì)值得到預(yù)測(cè)的測(cè)量系統(tǒng)傳感器的沖擊加速度，解決了現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)時(shí)火箭橇測(cè)量系統(tǒng)傳感器的沖擊加速度不能得到滿量程校準(zhǔn)值的問(wèn)題。

42、4、本發(fā)明通過(guò)計(jì)算沖擊幅值線性度以及振動(dòng)幅值頻率響應(yīng)的不確定度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)火箭橇測(cè)量系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度評(píng)估。

43、本發(fā)明中，上述各技術(shù)方案之間還可以相互組合，以實(shí)現(xiàn)更多的優(yōu)選組合方案。本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書中闡述，并且，部分優(yōu)點(diǎn)可從說(shuō)明書中變得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)說(shuō)明書以及附圖中所特別指出的內(nèi)容中來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。

技術(shù)特征：

1.一種火箭橇的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)及校準(zhǔn)不確定度評(píng)估方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火箭橇的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)及校準(zhǔn)不確定度評(píng)估方法，其特征在于，通過(guò)下述公式得到回歸直線的斜率：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的火箭橇的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)及校準(zhǔn)不確定度評(píng)估方法，其特征在于，通過(guò)下述公式得到?jīng)_擊幅值線性度：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火箭橇的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)及校準(zhǔn)不確定度評(píng)估方法，其特征在于，通過(guò)下述公式得到振動(dòng)幅值頻率響應(yīng)：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火箭橇的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)及校準(zhǔn)不確定度評(píng)估方法，其特征在于，所述不確定度包括：測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度ua、標(biāo)準(zhǔn)傳感器引入的不確定度u1、火箭橇測(cè)量系統(tǒng)傳遞特性引入的不確定度u2、信號(hào)調(diào)理單元引入的不確定度u3、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)引入的不確定度u4、激勵(lì)源穩(wěn)定度引入的不確定度u5、激勵(lì)源波形失真引入的不確定度u6、隨機(jī)干擾信號(hào)引入的不確定度u7。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的火箭橇的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)及校準(zhǔn)不確定度評(píng)估方法，其特征在于，通過(guò)下述公式得到?jīng)_擊幅值線性度以及振動(dòng)幅值頻率響應(yīng)的不確定度：

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的火箭橇的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)及校準(zhǔn)不確定度評(píng)估方法，其特征在于，通過(guò)下述公式得到測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火箭橇的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)及校準(zhǔn)不確定度評(píng)估方法，其特征在于，所述在火箭橇測(cè)量系統(tǒng)沖擊傳感器測(cè)量量程與其滿量程之間，基于所述標(biāo)準(zhǔn)沖擊傳感器的真值以及測(cè)量系統(tǒng)沖擊傳感器的測(cè)量值構(gòu)建優(yōu)化函數(shù)，通過(guò)對(duì)所述優(yōu)化函數(shù)進(jìn)行求解得到測(cè)量系統(tǒng)沖擊傳感器的預(yù)測(cè)值包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的火箭橇的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)及校準(zhǔn)不確定度評(píng)估方法，其特征在于，頻域復(fù)傳遞函數(shù)為：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的火箭橇的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)及校準(zhǔn)不確定度評(píng)估方法，其特征在于，通過(guò)下述方法得到離散化的頻域輸出響應(yīng)函數(shù)的參數(shù)：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種火箭橇的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)及校準(zhǔn)不確定度評(píng)估方法，屬于動(dòng)態(tài)特性校準(zhǔn)領(lǐng)域。包括：在火箭橇測(cè)量系統(tǒng)沖擊傳感器測(cè)量量程之內(nèi)，對(duì)火箭橇測(cè)量系統(tǒng)施加不同振級(jí)的激勵(lì)信號(hào)分別得到標(biāo)準(zhǔn)沖擊傳感器的真值以及測(cè)量系統(tǒng)沖擊傳感器的測(cè)量值；在火箭橇測(cè)量系統(tǒng)沖擊傳感器測(cè)量量程與其滿量程之間，構(gòu)建優(yōu)化函數(shù)并對(duì)其進(jìn)行求解得到測(cè)量系統(tǒng)沖擊傳感器的預(yù)測(cè)值；基于標(biāo)準(zhǔn)沖擊傳感器的真值、測(cè)量系統(tǒng)沖擊傳感器的測(cè)量值以及預(yù)測(cè)值得到?jīng)_擊幅值線性度；對(duì)火箭橇測(cè)量系統(tǒng)施加不同頻率的激勵(lì)信號(hào)得到振動(dòng)幅值頻率響應(yīng)；對(duì)所述沖擊幅值線性度以及振動(dòng)幅值頻率響應(yīng)進(jìn)行不確定度評(píng)估。該方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)于火箭橇測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)及校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度評(píng)估。

技術(shù)研發(fā)人員：黃相華,陳亞奇,張琦,劉福寶,江宇璇,陳小婷,邱爽
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京振興計(jì)量測(cè)試研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6