[发明专利]一种基于加速度信号近似熵的风洞试验天平的评估方法

权利要求书

1.一种基于加速度信号近似熵的风洞试验天平的评估方法,其步骤如下：

A、试验前，在飞行器模型(1)的顶端内壁、模型框架(2)和天平(3)上分别安装模型三向加速度传感器（1a）、框架三向加速度传感器（2a）和天平三向加速度传感器（3a），模型三向加速度传感器（1a）、框架三向加速度传感器（2a）和天平三向加速度传感器（3a）的信号输出端均与信号调理仪相连；信号调理仪还通过数据采集设备与计算机相连；

B、模拟实际工况，对飞行器模型进行风洞试验；试验的同时，模型三向加速度传感器（1a）、框架三向加速度传感器（2a）和天平三向加速度传感器（3a）将各自测出的加速度信号f^pv(t)以采样频率L通过信号调理仪送入计算机；其中p=1，2，3，分别表示模型三向加速度传感器（1a）、框架三向加速度传感器（2a）和天平三向加速度传感器（3a）上采集的加速度信号，v=X,Y,Z分别表示三向加速度传感器在X、Y、Z方向上采集到的加速度信号，t=1,2,3,…,N,代表信号f^pv(t)的采样点的序列数,N为总采样点数；

C、计算机通过傅里叶变换将每路加速度信号f^pv(t)变换成频谱信号φ^pv(ω)；其中ω=1,2,…,L/2为频率；并将每路频谱信号φ^pv(ω)在0～300Hz频率段均分成六个频带，提取频谱信号φ^pv(ω)在频带i的加速度信号的近似熵特征值i=1,2,…,6，i为频带的序号；

D、将由模型三向加速度传感器（1a）得到的X、Y、Z方向上的加速度信号在频带i的近似熵特征值与由框架三向加速度传感器（2a）得到的X、Y、Z方向上在频带i的加速度信号的近似熵特征值分别按下式计算得到X、Y、Z方向上在频带i的模型加速度与框架加速度的相对差值

si(1-2)v=|ei1v-ei2v|ei1v×100%,]]>式中|·|表示求绝对值；

将由模型三向加速度传感器（1a）得到的X、Y、Z方向上的加速度信号在频带i的近似熵特征值与由天平三向加速度传感器（3a）得到的X、Y、Z方向上在频带i的加速度信号的近似熵特征值分别按下式计算得到X、Y、Z方向上在频带i的模型加速度与天平加速度的相对差值

si(1-3)v=|ei1v-ei3v|ei1v×100%;]]>

E、若X、Y、Z方向上在频带i的模型加速度与框架加速度的相对差值中的最大值小于5%，且X、Y、Z方向上在频带i的模型加速度与天平加速度的相对差值中的最大值小于10%，则判定所有的气动力和力矩从试验模型通过模型框架传递到天平的误差在允许范围内，风洞试验的天平测试数据可信；否则，判定气动力和力矩从试验模型通过模型框架传递到天平的误差超出允许范围，风洞试验的天平测试数据不可信。

2.根据权利要求1所述的一种基于加速度信号近似熵的风洞试验天平的评估方法,其特征在于：所述的步骤C中提取频谱信号φ^pv(ω)在频带i的加速度信号的近似熵特征值的具体做法是：

C1、提取每路频谱信号φ^pv(ω)在频带i内的频谱信号其中m∈M，M为频谱信号的频率点的集合，M={1,2,…M₀}，M₀为频谱信号的最大频率点；并计算出频带i内的频谱信号的标准差

C2、令j∈M且j≠M₀，得到频率点j的二维矢量

(Uipv(j))2=[φipv(j),φipv(j+1)];]]>

C3、计算频率点j的二维矢量与其余频率点b的二维矢量(Uipv(b))2=[φipv(b),φipv(b+1)]]]>之间的距离d_jb，2，

djb,2=max[|φipv(j)-φipv(b)|,|φipv(j+1)-φipv(b+1)|]]]>

式中，b∈M且b≠j，b≠M₀；

C4、统计频率点j的二维矢量与其余频率点b的二维矢量之间的距离d_jb，2小于0.2倍频谱信号的标准差的个数，随后算出该个数与距离d_jb，2的总个数M₀-2的比值，即频率点j与其余频率点b的二维矢量关联度

C5、计算每路频谱信号φ^pv(ω)在频带i内的频谱信号的二维矢量序列的平均自相关度

C6、令k∈M且k≠M₀，k≠M₀-1得到频率点k的三维矢量

(Uipv(k))3=[φipv(k),φipv(k+1),φipv(k+2)];]]>

C7、计算频率点k的三维矢量与其余频率点c的三维矢量(Uipv(c))3=[φipv(c),φipv(c+1),φipv(c+2)]]]>之间的距离d_kc，3，

dkc,3=max[|φipv(k)-φipv(c)|,|φipv(k+1)-φipv(c+1)|,|φipv(k+2)-φipv(c+2)|],]]>

其中，c∈M且c≠k，c≠M₀c≠M₀-1；

C8、统计频率点k的三维矢量与其余频率点c的三维矢量之间的距离d_kc，3小于0.2倍频谱信号的标准差的个数，随后算出该个数与距离d_kc，3的总个数M₀-3的比值，即频率点k的频率点k与其余频率点c的三维矢量关联度

C9、计算每路频谱信号φ^pv(ω)在频带i内的频谱信号的三维矢量序列的平均自相关度

C10、将C5步得到的二维矢量序列的平均自相关度与C9步得到的三维矢量序列的平均自相关度相减，即得到频谱信号φ^pv(ω)在频带i的加速度信号的近似熵特征值即