冷气推力响应试验数据处理方法、装置、设备及可读介质与流程

1.本技术涉及通信领域，具体而言，涉及一种冷气推力响应试验数据处理方法、装置、设备及可读介质。


背景技术：

2.随着微机电技术的不断进步，以及微小卫星技术的发展，小型、微型卫星能够承担的科学任务能力也大大增强。由此，对微小卫星的推进系统提出了更高的要求，以满足更高的科学任务需求。在微小卫星上采用体积小、控制简单的冷气推进技术来满足卫星的姿态调整、轨道保持以及卫星寿命末期的离轨操作不失为一个较好的方案。但是，由于微小卫星质量小，冷气推力器的推力响应时间对卫星姿态调整的实时控制影响重大。测量冷气推力器的响应时间，即测量推力器获得控制指令到冷气从推力器喷口喷出的延迟时间。在常规的冷气推进系统中，推进剂一般为氨气或氮气而应用在微小卫星上的冷气推力器推力大小仅有微牛级，冷气流量十分弱小，测量冷气推力器响应时间十分困难。
3.在相关技术中，采用悬挂线连接的摆动件(云母片)对冷气推力器的喷出的冷气作出反应，根据摆动件运动到触发位置时检测探头产生的检测电信号与冷气推力器的启动指令电信号之间的时间差间接测量冷气推力器的启动响应时间；然而由于摆动件与冷气推力器的喷头之间、摆动件与触发位置存在距离，产生冷气运动到摆动件上的时间δt1及摆动件开始运动至触发位置的时间δt2，因此由此方式获得的检测响应时间与真实响应时间之间仍会存在误差。


技术实现要素：

4.本技术的内容部分用于以简要的形式介绍构思，这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。本技术的内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。
5.本技术的一些实施例提出了一种冷气推力响应试验数据处理方法、装置、设备及可读介质，来解决以上背景技术部分提到的技术问题。
6.作为本技术的第一方面，本技术的一些实施例提供了一种冷气推力响应试验数据处理方法，包括：响应于一个检测终端上传的检测响应时间tm，查询检测响应时间tm所对应的检测参数数据；将检测参数数据转化为参数矩阵后输入至一个修正模型以使修正模型输出一个修正系数k以及修正置信度；判断修正置信度是否大于修正置信度阈值，如果是则采信修正系数k并根据修正系数k修正检测响应时间tm以获得真实响应时间tr。
7.作为本技术的第二方面，本技术的一些实施例提供了一种冷气推力响应试验数据处理装置，包括：查询模块，用于响应于一个检测终端上传的检测响应时间tm，查询检测响应时间tm所对应的检测参数数据；修正模块，用于将检测参数数据转化为参数矩阵后输入至一个修正模型以使修正模型输出一个修正系数k以及修正置信度；判断模块，用于判断修正置信度是否大于修正置信度阈值，如果是则采信修正系数k并根据修正系数k修正检测响
应时间tm以获得真实响应时间tr。
8.作为本技术的第三方面，本技术的一些实施例提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，其上存储有一个或多个程序，当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现上述第一方面任一实现方式所描述的方法。
9.作为本技术的第四方面，本技术的一些实施例提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其中，程序被处理器执行时实现上述第一方面任一实现方式所描述的方法。
10.本技术的有益效果在于：提供了一种能够对检测装置自身属性影响进行修正以降低启动响应时间的测量误差的冷气推力响应试验数据处理方法、装置、设备及可读介质。
附图说明
11.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，使得本技术的其它特征、目的和优点变得更明显。本技术的示意性实施例附图及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。
12.另外，贯穿附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。应当理解附图是示意性的，元件和元素不一定按照比例绘制。
13.在附图中：
14.图1是根据本技术一种实施例的冷气推力响应试验数据处理方法的应用场景的示意图；
15.图2是根据本技术一种实施例的冷气推力响应试验数据处理方法的主要步骤的示意图；
16.图3是根据本技术一种实施例的冷气推力响应试验数据处理方法中步骤s1的具体步骤的示意图；
17.图4是根据本技术一种实施例的冷气推力响应试验数据处理方法中步骤s2的具体步骤的示意图；
18.图5是根据本技术一种实施例的冷气推力器响应时间检测方案的示意图；
19.图6是根据本技术一种实施例的冷气推力响应试验数据处理装置的结构示意图；
20.图7是根据本技术一种实施例的电子设备的结构示意图；
21.附图标记的含义为：
22.101、服务器；102、检测终端；103、冷气推力器；104、检测探头；105、摆动件；1051、推力反应面；106、悬挂线；
23.201、查询模块；202、修正模块；203、判断模块。
具体实施方式
24.下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。
25.另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。在
不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
26.需要注意，本公开中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
27.需要注意，本公开中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。
28.本公开实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。
29.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。
30.如图1所示，在本技术一个应用场景中，检测终端102与待检冷气推力器103及检测探头104电性连接以采集检测响应时间tm，并将采集的检测响应时间tm上传至服务器101。具体的，检测终端102具体为数字示波器，其能捕捉到指令电信号和检测电信号的产生时刻，将指令电信号的产生时刻定义为指令时刻t1，检测电信号的产生时刻定义为触发时刻t2,其中，tm＝t
2-t1。
31.如图5所示，作为一种冷气推力器响应时间检测方案的示意图，其中，在冷气推力器103的喷口方向设置有摆动件105(云母片)，摆动件105提供一个垂直于喷口方向的推力反应面1051，且摆动件105自由悬挂在悬挂线106一端，将冷气的微弱推力转化为摆动件105的摆运动；然后在摆动件105的摆动方向上设置有检测探头104，当摆动件105被冷气驱动到触发位置时，检测探头104输出一个能被检测的检测电信号。检测探头104的检测电信号和冷气推力器103的启动指令电信号均发送至数字示波器，数字示波器将相应的数据通过无线网络上传到服务器101。
32.如图2所示，本技术的冷气推力响应试验数据处理方法主要包括如下步骤：
33.s1：响应于一个检测终端上传的检测响应时间tm，查询检测响应时间tm所对应的检测参数数据。
34.s2：将检测参数数据转化为参数矩阵后输入至一个修正模型以使修正模型输出一个修正系数k以及修正置信度。修正模型具体为一个pinn神经网络。
35.s3：判断修正置信度是否大于修正置信度阈值，如果是则采信修正系数k并根据修正系数k修正检测响应时间tm以获得真实响应时间tr。置信度低说明数据可信度有问题，为了修正系数的准确性起见，系统会提示重新进行检测，这一方面避免操作带来数据噪音，一方面避免检测探头或摆动件本身的故障。
36.举例来说，设定置信度阈值为0.85，以上参数矩阵输入修正模型后输出的置信度为0.90，其中0.90＞0.85，表示修正模型输出的修正系数是可采信的。
37.具体而言，检测响应时间tm＝t
2-t1，其中t1、t2及tm的单位均为ms。
38.具体而言，真实响应时间tr＝k*tm，其中tr的响应时间为ms。
39.基于实际的响应时间检测效果，摆动件111的质量m以及其与触发位置的距离l1和其与冷气推力器喷口的距离l2，还有悬挂线的长度l3等都会影响摆动件实际反应速度，进而影响检测响应时间与真实响应时间的误差，尤其是针对不同的推力f而言。
40.如图3所示，作为具体的方案，步骤s1具体包括如下步骤：
41.s11：根据检测响应时间tm获取与检测响应时间tm相对应的检测对象属性和检测系统属性。
42.s12：根据检测对象属性获得对象参数。对象参数反映了冷气推力器本身的规格属性结合至检测场景对检测时间精度的影响。
43.具体而言，对象参数包括：冷气推力器的额定推力f(单位为μn)、冷气推力器喷出冷气的额定流速v(单位为mm/ms)及喷口直径d(单位为mm)。
44.s13：根据检测系统属性获得环境参数。环境参数反映了检测系统的设置方式对检测时间精度的影响。
45.具体而言，环境参数包括：摆动件质量m(单位为g)、摆动件至触发位置的距离l1(单位为mm)、冷气推力器喷口至推力反应面的距离l2(单位为mm)、推力反应面的面积s(单位为mm2)及悬挂线的长度l3(单位为mm)。
46.作为优选方案，为了保证冷气推力器喷出的冷气不易发生扩散而损失部分推力，且冷气能够快速运动至摆动件，同时保证容易控制摆动件的运动状态。摆动件与触发位置的距离l1和摆动件与冷气推力器喷口的距离l2的比值的取值范围为0.25至0.75，优选比值范围0.4至0.6，优选比值为0.5。通过采用以上参数，摆动件能够在冷气推力作用下快速运动至触发位置，并使得冷气推力器的响应时间远大于摆动件受到推力作用至运动到触发位置的时间。
47.摆动件在悬挂线的约束下，其运动轨迹近似于一条弧线，且在运动相同水平距离的情况下，悬挂线越短，摆动件运动至触发位置的实际路径越长；为了减小摆动件运动至触发位置的实际路径长度，同时减小摆动件所需的能够改变初始状态的外力的冲量。悬挂线的长度l3和摆动件与触发位置的距离l1的比值的取值范围为2.5至7.5，优选比值范围4至6，优选比值为5。
48.根据动量定理，物体所受合外力的冲量等于它的动量的变化，摆动件质量越大则改变摆动件状态所需的外力就越大，且冷气推力器仅能输出微弱推力。若摆动件质量过小或悬挂线过长，则摆动件运动时需要更大的摆动角速度以使摆动件的离心力能够使得摆动件保持弧线运动轨迹，而微弱的冷气推力并不能满足摆动角速度的需求；若摆动件质量过大，则摆动件不足以被冷气推动或运动速度较慢；若悬挂线越短，摆动件运动至触发位置的实际路径越长。
49.为使摆动件能够对冷气作出快速反应而动作，同时摆动件能够在冷气推力作用下保持运动轨迹，摆动件111的质量m和悬挂线的长度l3的比值的取值范围为0.001g/mm至0.003g/mm；为进一步提高测量精度，优选比值范围0.0015g/mm至0.0025g/mm；经过进一步的验证优化，优选比值为0.002g/mm。
50.基于多次试验对比验证，摆动件111的质量m和悬挂线的长度l3的比值的取值范围为0.005g/mm至0.015g/mm，在此参数设定下，摆动件能够获得更快地反应速度并能快速运动至触发位置，从而推力器响应时间的测量精度较高；为进一步提高测量精度，摆动件111的质量m和悬挂线的长度l1的优选比值范围0.008g/mm至0.012g/mm；经过进一步的优化，优选值为0.01g/mm。
51.作为优选的方案，为使摆动件能够在冷气推力作用下快速运动至触发位置，摆动件与触发位置的距离l1的取值范围为0.5mm至2mm；为进一步缩短触发时间，优选的取值范围为0.8mm至1.5mm；经过进一步的验证，优选值为1mm。
52.作为优选方案，为了使摆动件能够对冷气推力器输出的冷气作出快速反应，同时
又不因摆动件过轻而运动轨迹不易控制(摆动件在冷气的推动下发生飘动而不是摆动)；摆动件111的质量m的取值范围为0.005g至0.02g；为进一步提高摆动件的运动特性(反应迅速且运动轨迹稳定)，优选取值范围0.008g至0.015g；经过进一步的验证，优选值为0.01g。
53.采用以上参数的相互配合，使得摆动件能够对于不同的推力f作出快速反应，提高检测精度。
54.最优的，m的取值为0.01g，l1的取值为1mm，l2的取值为2mm，l3的取值为5mm。
55.因为环境参数和对象参数及摆动件运动都有关联，而直接分析以上相互独立的参数不足以形成一个可供神经网络学习的有效数据，所以需要对数据进行加工和预处理。
56.如图4所示，作为具体的方案，步骤s2具体包括如下步骤：
57.s21：根据冷气推力器喷口至推力反应面的距离l2、冷气推力器喷出冷气的额定流速v计算一个第一运动参数，第一运动参数的计算公式为：a＝μl2/v，其中，μ表示一个运动常量(无量纲)。
58.s22：根据冷气推力器喷口至推力反应面的距离l2、额定推力f及喷口直径d计算一个气损参数，气损参数的计算公式为：b＝ωfl
22
/πd2，其中，ω为一个修正常量(单位为ms2/mm)。
59.s23：根据摆动件质量m、摆动件至触发位置的距离l1、推力反应面的面积s及悬挂线的长度l3、额定推力f及气损参数b计算一个第二运动参数，第二运动参数的计算公式为：c＝ηmsl3/bfl1，其中，η为一个运动常量(无量纲)。
60.s24：将第一运动参数、气损参数及第二运动参数作为参数矩阵的不同列。
61.具体而言，参数矩阵具体为[a b c]。
[0062]
通过以上步骤能综合环境参数和对象参数获取所需的数据组从而进行对应的分析，减少修正模型的分析负担，其不是对所有数据都进行分析。且通过这样参数选择，能使修正模型有效根据历史训练的结果获得修正系数，从而对检测响应时间进行修正以获得真实响应时间。
[0063]
pinn神经网络的结构和训练为本领域一般技术手段，在此不加赘述。
[0064]
作为进一步的可选方案，可以利用多个检测中心的检测终端的历史数据构成输入数据和输出数据从而构成以上神经网络模型的训练集数据，修正模型的输出准确率可以根据专利文献cn112729641a提供的检测方法所获得的检测时间作比对，根据比对结果对修正模型进行修正，从而训练上述神经网络模型。
[0065]
以上采用专利文献cn112729641a提供的检测方法所获得检测时间作比对，该专利采用变介质电容桥法将推力信号转化为电压信号，通过电压信号的变化来得到推力器响应时间，测量精度高，然而，该方法的主要缺点在于电容桥的平衡配置十分困难，且电容变化量微弱，甚至无法区分电容桥输出信号的背景噪声和变化的电压信号。因此电容桥还需要一个理想的交流源和信噪比很高的信号调理电路，这也为工程实现带来了巨大的困难。
[0066]
在本技术的检测方案中，冷气推力器仅用于改变摆动件的位置，并不直接作用于检测探头，避免与冷气推力器耦合关联。
[0067]
因此，采用以上的神经网络训练方式，将专利文献cn112729641a提供的检测方法所获得检测时间用来训练本技术的神经网络模型，并将本技术的冷气推力响应试验数据处理方法结合到检测方案中，这在工程上较易实现。
[0068]
如图6所示，本技术一个实施例的冷气推力响应试验数据处理装置包括：查询模块201，用于响应于一个检测终端上传的检测响应时间tm，查询检测响应时间tm所对应的检测参数数据；修正模块202，用于将检测参数数据转化为参数矩阵后输入至一个修正模型以使修正模型输出一个修正系数k以及修正置信度；判断模块203，用于判断修正置信度是否大于修正置信度阈值，如果是则采信修正系数k并根据修正系数k修正检测响应时间tm以获得真实响应时间tr。
[0069]
如图7所示，电子设备800可以包括处理装置(例如中央处理器、图形处理器等)801，其可以根据存储在只读存储器(rom)802中的程序或者从存储装置808加载到随机访问存储器(ram)803中的程序而执行各种适当的动作和处理。在ram803中，还存储有电子设备800操作所需的各种程序和数据。处理装置801、rom802以及ram803通过总线804彼此相连。输入/输出(i/o)接口805也连接至总线804。
[0070]
通常，以下装置可以连接至i/o接口805：包括例如触摸屏、触摸板、键盘、鼠标、摄像头、麦克风、加速度计、陀螺仪等的输入装置806：包括例如液晶显示器(lcd)、扬声器、振动器等的输出装置807；包括例如磁带、硬盘等的存储装置808：以及通信装置809。通信装置809可以允许电子设备800与其他设备进行无线或有线通信以交换数据。虽然图7示出了具有各种装置的电子设备800，但是应理解的是，并不要求实施或具备所有示出的装置。可以替代地实施或具备更多或更少的装置。图7中示出的每个方框可以代表一个装置，也可以根据需要代表多个装置。
[0071]
特别地，根据本公开的一些实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的一些实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的一些实施例中，该计算机程序可以通过通信装置809从网络上被下载和安装，或者从存储装置808被安装，或者从rom802被安装。在该计算机程序被处理装置801执行时，执行本公开的一些实施例的方法中限定的上述功能。
[0072]
需要说明的是，本公开的一些实施例上述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
[0073]
在本公开的一些实施例中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本公开的一些实施例中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、rf(射频)等等，或者
上述的任意合适的组合。
[0074]
在一些实施方式中，客户端、服务器可以利用诸如http(hypertexttransferprotocol，超文本传输协议)之类的任何当前已知或未来研发的网络协议进行通信，并且可以与任意形式或介质的数字数据通信(例如，通信网络)互连。通信网络的示例包括局域网(“lan”)，广域网(“wan”)，网际网(例如，互联网)以及端对端网络(例如，adhoc端对端网络)，以及任何当前已知或未来研发的网络。
[0075]
上述计算机可读介质可以是上述电子设备中所包含的：也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被该电子设备执行时，使得该电子设备：响应于一个检测终端上传的检测响应时间tm，查询检测响应时间tm所对应的检测参数数据；将检测参数数据转化为参数矩阵后输入至一个修正模型以使修正模型输出一个修正系数k以及修正置信度；判断修正置信度是否大于修正置信度阈值，如果是则采信修正系数k并根据修正系数k修正检测响应时间tm以获得真实响应时间tr。
[0076]
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开的一些实施例的操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言―诸如java、smalltalk、c ，还包括常规的过程式程序设计语言：诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(lan)或广域网(wan)——连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
[0077]
附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。
[0078]
也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。
[0079]
例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
[0080]
描述于本公开的一些实施例中的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的单元也可以设置在处理器中，其中，这些单元的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定。
[0081]
本文中以上描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑部件来执行。例如，非限制性地，可以使用的示范类型的硬件逻辑部件包括：现场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)、专用标准产品(assp)、片上系统(soc)、复杂可编程逻辑设备(cpld)等等。
[0082]
以上描述仅为本公开的一些较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技
术人员应当理解，本公开的实施例中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开的实施例中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。