一種面向航天器飛行過程的電信號特征提取和識別系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電信號特征提取和識別系統，特別是一種面向航天器飛行過程的電信號特征提取和識別系統，具體涉及一套航天器電信號的采集、處理、提取與識別系統，適用于航天器各階段和各種模式的常規測試，以及與多航天器的聯合測試。
【背景技術】
[0002]為完成艱巨的航天任務，組合體航天器的應用日益普遍，而各組合體之間的接地網絡關系是確保電性能正常的關鍵要素，組合體航天器基準電位是指內部各個一次電源單點接地點之間的電平。由于航天器上每個設備具有自身一定的基準電位門限，通過對基準電位的監測可以實時反映各個設備工作的正常性。同時通過對接地點之間電阻的計算，也可以進行各個設備電流回流分析，以及供電網絡回流方向分析。在以往的航天器測試中，未有對基準電位進行實時監測的手段，對于接地點的測試僅限于接地點之間電阻的測量，無法實現接地點狀態的實時監測，只能反映單根線電阻以及組合后接地點之間組合電阻值；
[0003]電信號的特征提取和識別技術是航天器系統的基本問題，當航天器在工作工程中開啟用電設備時，其系統穩定性將會面臨挑戰，即設備之間通過共用的電源母線相互影響，某一個設備的電流變化會造成母線電壓的變化，這種周期性變化或階躍突變可能使母線電壓在一些頻段上出現振蕩，這種相互影響正是航天器用電所面臨的問題。以往對于航天器用電的監測僅限于母線的電壓監測，當母線電壓出現波動時，并不能完全實時對應某一個設備狀態變化。面對由多艙段組合而成的復雜航天器，依據之前的方案僅對母線進行電壓監測，已經不能適應面向航天器全飛行工作過程的應用，必須研宄新的測試手段來滿足當前復雜組合型航天器以及大數量數據分析的需求；
[0004]航天器在飛行任務過程中，數據管理分系統需要大量的遙測參數為在軌飛行提供重要的數據支持和保證，在綜合測試階段，必須對遙測參數狀態進行監測。以往對于遙測參數的測試是依賴于遙測通道進行，由于遙測通道傳輸數據較慢，這樣的測試只能是功能性測試，對于遙測參數瞬態的變化無法捕獲，而通過對遙測參數的實時監測，可以代替遙測通道捕獲大量的遙測數據進行分析和判定，也可以驗證遙測通道傳輸的正確性。
[0005]航天器的工作模式復雜多樣，組合的結構和多樣的工作模式使得航天器的電特性尤為關鍵，因此在綜合測試與在軌運行階段，對于航天器面向飛行過程的電信號特征提取與識別至關重要。目前，我國航天器針對復雜航天器的基準電位監測基本屬于空白領域；對于航天器電信號特性的監測主要集中在電壓，通過示波器觀察信號的紋波等瞬態特性。作為接觸式測量，測量設備的信號輸入負端與被測航天器負端直接連接，測量結果易受被測對象干擾，而且只能對被測航天器做圖形監視，不能實現數據存儲、圖形顯示與信號處理的并行工作，測試頻譜分析能力弱，能夠選用于的信號處理的種類與功能均極其有限；對于遙測參數的測試基本依賴于遙測通道進行，由于傳輸速度的限制，只能局限在功能性測試，無法捕獲遙測參數的瞬態變化。

【發明內容】

[0006]本發明解決的技術問題是:克服現有技術的不足，提供了一種面向航天器飛行過程的電信號特征提取和識別系統，利用非接觸式的方式獲取航天器的電信號，并采用降采樣的方式進行數據采樣后經過光纖收發器傳輸給軟件處理模塊進行飛行過程的識別，最大程度上滿足了航天器飛行過程電信號特征的提取和識別的需求。
[0007]本發明的技術解決方案是:一種面向航天器飛行過程的電信號特征提取和識別系統，包括:傳感器模塊、1-V變換模塊、隔離放大模塊、隔離匹配模塊、數據采集模塊、第一光纖收發器、第二光纖收發器和軟件處理模塊；
[0008]所述傳感器模塊包括電流傳感器、基準電位傳感器、電壓傳感器、遙測電壓傳感器和遙測通訊傳感器，電流傳感器、基準電位傳感器、電壓傳感器、遙測電壓傳感器和遙測通訊傳感器分別獲取航天器的電流信號、基準電位信號、電壓信號、遙測電壓信號和遙測通訊信號;
[0009]1-V變換模塊將電流信號轉換成電壓信號后傳輸給數據采集模塊進行數字信號采集，隔離放大/匹配模塊將基準電位信號、電壓信號和遙測電壓信號進行轉換，使其適合于采集模塊的輸入范圍，并實現遙測通訊信號的隔離匹配轉換；
[0010]數據采集模塊通過第一光纖收發器和第二光纖收發器與主控制器連接，將采集到的信號傳輸給軟件處理模塊進行處理；
[0011]所述軟件處理模塊利用降采樣和數字濾波的方法對接收到的電信號進行預處理后利用連續小波變換提取電信號特征，若接收到的數據為首次接受，則利用提取的電信號特征進行電信號的聚類，并將得到的各聚類結果對應的電信號特征和預先注入的仿真數據作為專家知識進行存儲；若接收到的數據非首次接受，則利用提取的電信號特征對電信號進行分類，將未識別出的電信號所對應的飛行過程和提取出的電信號特征作為專家知識進行存儲，輸出識別出的電信號類型并進行存儲。
[0012]所述數據采集模塊采用降采樣的方法進行數字信號采集。
[0013]所述電流傳感器和遙測通訊傳感器采用非接觸式的方法獲取信號。
[0014]所述基準電位傳感器、電壓傳感器和遙測電壓傳感器采用光耦隔離的方法獲取信號。
[0015]所述軟件處理模塊的聚類算法為K-means聚類算法。
[0016]所述K-means算法中的變換參數K由已知狀態確定，閾值d為0.4。
[0017]所述軟件處理模塊中分類算法為K-最近鄰居法和支持向量機方法。
[0018]所述K-最近鄰居法中K值的選擇范圍是:30?40。
[0019]所述支持向量機的懲罰因子C與核函數的參數γ分別在0.01至100之間取不同的值，比較不同(C，Y)下支持向量機的分類正確率，取分類正確率最高的(C，Y))作為支持向量機的參數。
[0020]本發明與現有技術相比的有益效果是:
[0021](I)本發明采用光纖收發器連接數據采集模塊和軟件處理模塊，避免了地面測量電路從航天器上電路中過度獲取“信號能量”，并避免了多個測試通道之間的互相干擾；
[0022](2)本發明中的傳感器采用非接觸的方式獲取航天器電信號，避免了測量電路給航天器上電路增加共模電壓、串模電壓、導通、泄漏支路；
[0023](3)本發明首次針對航天器動態信號的電特性數據進行特征提取與識別，采用直接時域提取、頻域特征提取以及小波系數提取等技術手段完成電特性提取，基于貝葉斯算法識別被測信號的標準向量歸屬，有效融合信號處理、分類、聚類和支持向量機技術，解決了復雜任務過程中，關聯電特性信號耦合激勵后特征提取難、識別難的問題，與傳統算法相比，識別精度提高了 15%，處于國際領先水平，具有重大的軍事、經濟效益與推廣價值。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發明的系統框圖；
[0025]圖2為本發明中的系統連接示意圖；
[0026]圖3為本發明中的軟件處理流程圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行進一步的詳細描述。
[0028]如圖1所示為本發明的系統框圖，圖2為本發明中的系統連接示意圖；從圖1和圖2可知，本發明提出的一種面向航天器飛行過程的電信號特征提取和識別系統，包括:傳感器模塊、ι-v變換模塊、隔離匹配/放大模塊、數據采集模塊、第一光纖收發器、第二光纖收發器和軟件處理模塊；
[0029]所述傳感器模塊包括電流傳感器(LEM IT 60-S ULTRASTAB)、基準電位傳感器(NI9220-24bit)、電壓傳感器(NI 9220_16bit)、遙測電壓傳感器(NI 9220_16bit)和遙測通訊傳感器(DDC 61580、B3226)，電流傳感器、基準電位傳感器、電壓傳感器、遙測電壓傳感器和遙測通訊傳感器