一种随机振动信号生成方法、装置及电子设备与流程

本技术涉及液体火箭发动机，尤其涉及一种随机振动信号生成方法、装置及电子设备。

背景技术：

1、随着我国在军工航天等领域的迅速发展，近几年来，在卫星导航、载人航天、深空探测和运载系统等诸多工程领域异军突起，取得了一系列重大科技成果。目前，火箭载人飞船、卫星和航天探测器等产品发射时，航天产品受大量级恶劣的力学环境振动，为防护产品在力学环境下部件及零件振动破坏及失效，必备对产品进行力学性能检查、验收和鉴定力学环境振动试验。

2、常用的力学环境试验一般是随机振动试验。近年来在本国随机振动试验多采用电动振动台实施，并广泛采用数字式随机振动控制系统，而生成高斯随机振动驱动信号是随机振动试验关键技术之一。

3、常用的高斯随机振动驱动信号的生成方法主要是伪随机法和正弦窗叠加法，其中，伪随机法产生随机振动驱动信号的幅值精度高，而信号的频率成分不丰富，主要是傅里叶变换的主频。而正弦窗叠加法产生随机振动驱动信号频率成分丰富，但是信号幅值精度一般，信号幅值动态范围在±3db内。

4、因此，现有的高斯随机振动驱动信号的生成方法无法在实现幅值精度高的同时保证信号的频率成分丰富，并且幅值动态范围较小，导致高斯随机振动驱动信号的生成方法的稳定性和可靠性较低。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种随机振动信号生成方法、装置及电子设备，以解决现有高斯随机振动驱动信号的生成方法的稳定性和可靠性较低的问题。

2、第一方面，本技术提供一种随机振动信号生成方法，所述方法包括：

3、将振动功率谱密度变换至幅值频谱；

4、根据采样频率范围对所述幅值频谱进行补零；

5、对补零后的所述幅值频谱，以及根据同余法产生均匀分布的相位进行反傅里叶变换，确定所述振动功率谱密度的多个单帧伪随机信号；

6、通过二次b样条加权和三层叠加合并法对多个所述单帧伪随机信号进行处理，确定预设时长的真随机振动信号。

7、采用上述技术方案的情况下，本技术实施例提供的随机振动信号生成方法，通过将振动功率谱密度变换至幅值频谱，根据采样频率范围对所述幅值频谱进行补零，对补零后的所述幅值频谱，以及根据同余法产生均匀分布的相位进行反傅里叶变换，确定所述振动功率谱密度的多个单帧伪随机信号，通过二次b样条加权和三层叠加合并法对多个所述单帧伪随机信号进行处理，确定预设时长的真随机振动信号，此方法产生随机振动驱动信号有更高幅值精度以及更多频率份量，以提高随机振动试验控制精度，同时时域信号更逼近真实的环境振动信号。

8、在一种可能的实现方式中，所述通过二次b样条加权和三层叠加合并法对多个所述单帧伪随机信号进行处理，确定预设时长的真随机振动信号，包括：

9、对每个所述单帧伪随机信号乘以对应的二次b样条加权系数；

10、多个所述单帧伪随机信号中的所有前一个所述单帧伪随机信号的后三分之二的信号与后一个所述单帧伪随机信号的前三分之二的信号叠合相加，确定所述预设时长的所述真随机振动信号。

11、在一种可能的实现方式中，在所述对每个所述单帧伪随机信号乘以对应的二次b样条加权系数之前，还包括：

12、确定所述单帧伪随机信号的帧总数量；

13、基于所述帧总数量确定每个所述单帧伪随机信号对应的所述二次b样条加权系数。

14、在一种可能的实现方式中，所述基于所述帧总数量确定每个所述单帧伪随机信号对应的所述二次b样条加权系数，包括：

15、在所述帧总数量为三的倍数时，每个所述单帧伪随机信号对应的所述二次b样条加权系数是在值中确定；其中，所述n表示所述帧总数量，所述n表示第n帧所述单帧伪随机信号。

16、在一种可能的实现方式中，所述基于所述帧总数量确定每个所述单帧伪随机信号对应的所述二次b样条加权系数，包括：

17、在所述帧总数量不是三的倍数，且第1、4、7、10……个所述单帧伪随机信号对应的所述二次b样条加权系数是在值中确定；其中，所述n表示所述帧总数量，所述n表示第n帧所述单帧伪随机信号；

18、在所述帧总数量不是三的倍数，且第2、5、8、11……个所述单帧伪随机信号对应的所述二次b样条加权系数是在值中确定；其中，所述n表示所述帧总数量，所述n表示第n帧所述单帧伪随机信号，所述mod表示求余函数；

19、在所述帧总数量不是三的倍数，且第3、6、9、12……个所述单帧伪随机信号对应的所述二次b样条加权系数是在值中确定；其中，所述n表示所述帧总数量，所述n表示第n帧所述单帧伪随机信号，所述mod表示求余函数。

20、在一种可能的实现方式中，所述对补零后的所述幅值频谱，以及根据同余法产生均匀分布的相位进行反傅里叶变换，确定所述振动功率谱密度的多个单帧伪随机信号，包括：

21、采用所述同余法产生内均匀分布相位；第1个相位设为零；

22、对所述幅值频谱进行第1次反傅里叶变换产生所述单帧伪随机信号；

23、下次反傅里叶变换，同余法产生内均匀分布相位，如果多个所述幅值频谱的总数量为三的倍数，则第2、5、8、11、……个所述幅值频谱对应的幅值附加相位为，第3、6、9、12、15……个幅值频谱对应的幅值附加相位为，第4、7、10、13、16……个幅值频谱对应的幅值附加相位为；第1个所述幅值频谱对应的幅值附加相位设为零；

24、如果多个所述幅值频谱的总数量不为三的倍数，所述幅值频谱对应的幅值附加相位为；第1个所述幅值频谱对应的幅值附加相位设为零；其中，所述n表示所述幅值频谱的总数量，所述n表示第n个所述幅值频谱，所述mod表示求余函数；所述fix表示取整函数，所述roud表示四舍五入取整函数；

25、进行反傅里叶变换，将相位设为，再进行下次反傅里叶变换，循环产生对应的多个所述单帧伪随机信号。

26、第二方面，本技术还提供一种随机振动信号生成装置，用于实现第一方面任一所述的随机振动信号生成方法，所述装置包括：

27、变换模块，用于将振动功率谱密度变换至幅值频谱；

28、补零模块，用于根据采样频率范围对所述幅值频谱进行补零；

29、第一确定模块，用于对补零后的所述幅值频谱，以及根据同余法产生均匀分布的相位进行反傅里叶变换，确定所述振动功率谱密度的多个单帧伪随机信号；

30、第二确定模块，用于通过二次b样条加权和三层叠加合并法对多个所述单帧伪随机信号进行处理，确定预设时长的真随机振动信号。

31、可选的，所述第二确定模块还包括：

32、第二确定子模块，用于确定所述单帧伪随机信号的帧总数量；

33、第三确定子模块，用于基于所述帧总数量确定每个所述单帧伪随机信号对应的所述二次b样条加权系数。

34、可选的，所述第三确定子模块包括：

35、第一确定单元，用于在所述帧总数量为三的倍数时，每个所述单帧伪随机信号对应的所述二次b样条加权系数是在值中确定；其中，所述n表示所述帧总数量，所述n表示第n帧所述单帧伪随机信号。

36、可选的，所述第三确定子模块包括：

37、第二确定单元，用于在所述帧总数量不是三的倍数，且第1、4、7、10……个所述单帧伪随机信号对应的所述二次b样条加权系数是在值中确定；其中，所述n表示所述帧总数量，所述n表示第n帧所述单帧伪随机信号。

38、可选的，所述第三确定子模块包括：

39、第三确定单元，用于在所述帧总数量不是三的倍数，且第2、5、8、11……个所述单帧伪随机信号对应的所述二次b样条加权系数是在值中确定；其中，所述n表示所述帧总数量，所述n表示第n帧所述单帧伪随机信号，所述mod表示求余函数。

40、可选的，所述第三确定子模块包括：

41、第四确定单元，用于在所述帧总数量不是三的倍数，且第3、6、9、12……个所述单帧伪随机信号对应的所述二次b样条加权系数是在值中确定；其中，所述n表示所述帧总数量，所述n表示第n帧所述单帧伪随机信号，所述mod表示求余函数。

42、可选的，所述第一确定模块包括：

43、第一相位产生子模块，用于采用所述同余法产生内均匀分布相位；第1个相位设为零；

44、第一单帧伪随机信号产生子模块，用于对所述幅值频谱进行第1次反傅里叶变换产生所述单帧伪随机信号；

45、第一附加相位产生子模块，用于除第1次反傅里叶变换之外，同余法产生内均匀分布相位，如果幅值频谱的总数量为三的倍数，则第2、5、8、11、……个所述幅值频谱对应的幅值附加相位为，第3、6、9、12、15……个幅值频谱对应的幅值附加相位为，第4、7、10、13、16……个幅值频谱对应的幅值附加相位为；第1个所述幅值频谱对应的幅值附加相位设为零；

46、第二单帧伪随机信号产生子模块，用于进行反傅里叶变换产生对应的多个所述单帧伪随机信号；

47、第二附加相位产生子模块，用于如果所述幅值频谱的总数量不为三的倍数，所述幅值频谱对应的幅值附加相位为；第1个所述幅值频谱对应的幅值附加相位设为零；其中，所述n表示所述幅值频谱的总数量，所述n表示第n个所述幅值频谱，所述mod表示求余函数；所述fix表示取整函数，所述roud表示四舍五入取整函数；

48、第三单帧伪随机信号产生子模块，用于进行反傅里叶变换产生对应的多个所述单帧伪随机信号。

49、第二方面提供的随机振动信号生成装置的有益效果与第一方面或第一方面任一可能的实现方式描述的随机振动信号生成方法的有益效果相同，此处不做赘述。

50、第三方面，本技术还提供一种电子设备，包括：一个或多个处理器；和其上存储有指令的一个或多个机器可读介质，当由所述一个或多个处理器执行时，使得所述装置执行第一方面任一可能的实现方式描述的随机振动信号生成方法。

51、第三方面提供的电子设备的有益效果与第一方面或第一方面任一可能的实现方式描述的随机振动信号生成方法的有益效果相同，此处不做赘述。