本發(fā)明屬于運(yùn)載火箭總體，涉及基于體積外推的運(yùn)載火箭推進(jìn)劑液位測(cè)量濾波方法。

背景技術(shù)：

1、利用液位傳感器采用如圖1所示的分節(jié)電容式傳感器，在液面經(jīng)過相鄰兩節(jié)間的節(jié)點(diǎn)時(shí)，三角波電壓產(chǎn)生拐點(diǎn)，高度解算值會(huì)出現(xiàn)失真現(xiàn)象，使其產(chǎn)生跳變，如圖2所示。

2、目前連續(xù)液位高度計(jì)算的基礎(chǔ)算法主要包括節(jié)數(shù)判別、三角波擬合、高度解算三步。液位高度在拐點(diǎn)跳變主要與目前高度解算算法有關(guān)，具體原因又分為兩個(gè)，第一是判別三角波電壓拐點(diǎn)的時(shí)間延遲，第二是判拐點(diǎn)完成后特定時(shí)間內(nèi)由于擬合算法原因?qū)е碌氖д妗?/p>

3、以上兩種原因共同作用導(dǎo)致高度解算值在拐點(diǎn)處產(chǎn)生偏差，進(jìn)而使其產(chǎn)生跳變。

4、液位三角波信號(hào)的處理需求呈現(xiàn)高低通交替變化的特征。在上升段或下降段(即非拐點(diǎn)段)期望其越平滑越好，即算法呈現(xiàn)低通特性；在拐點(diǎn)處，則期望其以最快的速度完成轉(zhuǎn)折，即呈現(xiàn)高通特性——由于以上的矛盾，若以三角波為對(duì)象，無論采用何種單一改進(jìn)算法，注定無法做到兼顧非拐點(diǎn)區(qū)的低通特性及拐點(diǎn)區(qū)高通特性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出基于體積外推的運(yùn)載火箭推進(jìn)劑液位測(cè)量濾波方法，實(shí)現(xiàn)在不降低高度解算精度的情況下消除拐點(diǎn)失真問題，且無需外接輸入信息，實(shí)現(xiàn)方式相對(duì)簡單。

2、本發(fā)明解決技術(shù)的方案是：基于體積外推的運(yùn)載火箭推進(jìn)劑液位測(cè)量濾波方法，包括以下步驟：

3、進(jìn)行液位傳感器當(dāng)前節(jié)數(shù)判別；

4、根據(jù)節(jié)數(shù)判別結(jié)果，采用三角波擬合方法進(jìn)行非拐點(diǎn)區(qū)液位高度計(jì)算；

5、根據(jù)節(jié)數(shù)判別結(jié)果，采用體積外推方法進(jìn)行拐點(diǎn)區(qū)液位高度計(jì)算，包括：

6、若當(dāng)前節(jié)數(shù)為奇數(shù)節(jié)，當(dāng)三角波電壓第一次小于umin+δv時(shí)，或者，若當(dāng)前節(jié)數(shù)為偶數(shù)節(jié)，當(dāng)三角波電壓第一次大于umax-δv時(shí)，利用此時(shí)刻前t0時(shí)間內(nèi)的液位體積數(shù)據(jù)，進(jìn)行最小二乘擬合，外推出體積趨勢(shì)線，此時(shí)刻后tw時(shí)間內(nèi)的體積數(shù)據(jù)均用體積趨勢(shì)線上的數(shù)據(jù)代替，最后將體積逆變換回高度值；其中umax、umin分別為液位傳感器輸出的三角波電壓最大值、最小值，δv為觸發(fā)標(biāo)志點(diǎn)閾值。

7、進(jìn)一步的，進(jìn)行液位傳感器當(dāng)前節(jié)數(shù)判別，包括：

8、在預(yù)設(shè)的飛行時(shí)間開始首次判節(jié)：首次判節(jié)對(duì)比預(yù)設(shè)的初始節(jié)數(shù)與三角波信號(hào)斜率的關(guān)系：在首次判節(jié)開始后，連續(xù)采集若干個(gè)三角波電壓值進(jìn)行線性擬合，若斜率擬合結(jié)果為正，說明當(dāng)前節(jié)數(shù)為偶數(shù)，若斜率擬合結(jié)果為負(fù)，說明當(dāng)前節(jié)數(shù)為奇數(shù)，與諸元中預(yù)設(shè)的初始節(jié)數(shù)對(duì)比，若奇偶性一致則判為等于初始節(jié)數(shù)，若奇偶性不一致則判為當(dāng)前節(jié)數(shù)為初始節(jié)數(shù)減一；

9、完成首次判節(jié)后，持續(xù)進(jìn)行后續(xù)判節(jié)：持續(xù)采集連續(xù)若干個(gè)電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，每檢測(cè)到一次斜率正負(fù)變化節(jié)數(shù)即在上一節(jié)節(jié)數(shù)的基礎(chǔ)上減1。

10、進(jìn)一步的，采用三角波擬合方法進(jìn)行非拐點(diǎn)區(qū)液位高度計(jì)算，包括：

11、若當(dāng)前節(jié)數(shù)為奇數(shù)節(jié)，三角波電壓大于umin+δv時(shí)，高度計(jì)算方法如下：

12、

13、h＝h+h0

14、當(dāng)前節(jié)數(shù)為偶數(shù)節(jié)，三角波電壓小于umax-δv時(shí)，高度計(jì)算方法如下：

15、

16、h＝h+h0

17、其中：n為液位傳感器當(dāng)前節(jié)數(shù)；hc為液位傳感器每節(jié)長度；h0為液位傳感器安裝高度，u為當(dāng)前擬合三角波電壓值；h節(jié)間距為液位傳感器相鄰兩節(jié)間的距離；h為液位傳感器的液面高度值，h為總液位高度。

18、進(jìn)一步的，觸發(fā)標(biāo)志點(diǎn)閾值δv以覆蓋一次飛行中三角波最大最小電壓的變化為原則，取值為0.1v～0.3v。

19、進(jìn)一步的，最小二乘擬合時(shí)間t0選擇標(biāo)志點(diǎn)umin+δv或umax-δv前2s的電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。

20、進(jìn)一步的，外推計(jì)算區(qū)間tw取值范圍為5s～7s。

21、進(jìn)一步的，在第一次拐點(diǎn)前不使用體積外推方法，以確保最大最小電壓匹配。

22、一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述的計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)所述基于體積外推的運(yùn)載火箭推進(jìn)劑液位測(cè)量濾波方法的步驟。

23、一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述的處理器執(zhí)行所述的計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)所述基于體積外推的運(yùn)載火箭推進(jìn)劑液位測(cè)量濾波方法的步驟。

24、一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)所述基于體積外推的運(yùn)載火箭推進(jìn)劑液位測(cè)量濾波方法的步驟。

25、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

26、(1)本發(fā)明提出的一種基于體積外推的運(yùn)載火箭推進(jìn)劑液位測(cè)量濾波方法，將算法優(yōu)化對(duì)象由三角波改為液位體積，通過交替迭代基礎(chǔ)三角波計(jì)算與基于液位高度、體積或剩余質(zhì)量的低通化變換，實(shí)現(xiàn)在不降低高度解算精度的情況下消除拐點(diǎn)失真。以某型火箭氫氧末級(jí)為例，圖6為采用本發(fā)明改進(jìn)算法后氫剩余體積計(jì)算值與現(xiàn)有算法的比較結(jié)果，可以看到改進(jìn)算法明顯消除了過節(jié)處的跳變，且在每次外推結(jié)束后過度較為自然，沒有大幅度下降或上升。

27、(2)本發(fā)明實(shí)施例通過對(duì)最小二乘擬合時(shí)間和外推計(jì)算區(qū)間進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)算法的切換，改善拐點(diǎn)跳變現(xiàn)象，最小二乘擬合時(shí)間選擇標(biāo)志點(diǎn)前2s的電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，足夠消除偶然誤差以及液面晃動(dòng)的干擾；外推計(jì)算區(qū)間取值范圍為5s～7s，能夠兼顧非拐點(diǎn)區(qū)的低通特性及拐點(diǎn)區(qū)高通特性。

技術(shù)特征：

1.基于體積外推的運(yùn)載火箭推進(jìn)劑液位測(cè)量濾波方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于體積外推的運(yùn)載火箭推進(jìn)劑液位測(cè)量濾波方法，其特征在于，進(jìn)行液位傳感器當(dāng)前節(jié)數(shù)判別，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于體積外推的運(yùn)載火箭推進(jìn)劑液位測(cè)量濾波方法，其特征在于，采用三角波擬合方法進(jìn)行非拐點(diǎn)區(qū)液位高度計(jì)算，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于體積外推的運(yùn)載火箭推進(jìn)劑液位測(cè)量濾波方法，其特征在于，觸發(fā)標(biāo)志點(diǎn)閾值δv以覆蓋一次飛行中三角波最大最小電壓的變化為原則，取值為0.1v～0.3v。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于體積外推的運(yùn)載火箭推進(jìn)劑液位測(cè)量濾波方法，其特征在于，最小二乘擬合時(shí)間t0選擇標(biāo)志點(diǎn)umin+δv或umax-δv前2s的電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于體積外推的運(yùn)載火箭推進(jìn)劑液位測(cè)量濾波方法，其特征在于，外推計(jì)算區(qū)間tw取值范圍為5s～7s。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于體積外推的運(yùn)載火箭推進(jìn)劑液位測(cè)量濾波方法，其特征在于，在第一次拐點(diǎn)前不使用體積外推方法，以確保最大最小電壓匹配。

8.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述的計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1～權(quán)利要求7任一所述方法的步驟。

9.一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述的處理器執(zhí)行所述的計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1～權(quán)利要求7任一所述方法的步驟。

10.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1～權(quán)利要求7任一所述方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及基于體積外推的運(yùn)載火箭推進(jìn)劑液位測(cè)量濾波方法，包括：進(jìn)行液位傳感器當(dāng)前節(jié)數(shù)判別；采用三角波擬合方法進(jìn)行非拐點(diǎn)區(qū)液位高度計(jì)算；采用體積外推方法進(jìn)行拐點(diǎn)區(qū)液位高度計(jì)算：若當(dāng)前節(jié)數(shù)為奇數(shù)節(jié)，當(dāng)三角波電壓第一次小于U<subgt;min</subgt;+ΔV時(shí)，或者，若當(dāng)前節(jié)數(shù)為偶數(shù)節(jié)，當(dāng)三角波電壓第一次大于U<subgt;max</subgt;?ΔV時(shí)，利用此時(shí)刻前T0時(shí)間內(nèi)的液位體積數(shù)據(jù)，進(jìn)行最小二乘擬合，外推出體積趨勢(shì)線，此時(shí)刻后Tw時(shí)間內(nèi)的體積數(shù)據(jù)均用體積趨勢(shì)線上的數(shù)據(jù)代替，最后將體積逆變換回高度值。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在不降低高度解算精度的情況下消除拐點(diǎn)失真問題，且無需外接輸入信息，實(shí)現(xiàn)方式相對(duì)簡單。

技術(shù)研發(fā)人員：殷笑塵,張遠(yuǎn)東,胥新宇,周昊,李奇,王阿萍,岳夢(mèng)云,戚佳藝,汪芊芊,徐洋,張宏德,徐喆垚
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京宇航系統(tǒng)工程研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30