本发明属于发射，具体涉及一种海上发射安全性实时预测方法。
背景技术：
1、海上发射具有地点选择灵活的优点，海上发射能够通过选取发射地点以减少被发射系统所需燃料、卫星调整轨道燃料消耗、避免散落物掉落在居住区等。
2、然而发射平台受海浪作用将产生具有周期特征的六自由度运动，会使发射过程存在复杂的耦合动力学效应，影响发射安全性特征值。不同的发射平台横摇纵摇的摇心各异且发射装置在发射平台上布置的位置也各异，这导致海上发射系统动力学建模时基于摇心的运动施加不具备普适性。海上发射安全性需要根据海上发射系统的实时状态进行预测。因此，研发一种技术方案能够适配不同的发射平台与发射装置安装位置，并能够实时预测海上发射的安全性。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种海上发射安全性实时预测方法，该方法能够实现对海上发射的安全性进行实时、准确的判断。
2、实现本发明的技术方案如下：
3、一种海上发射安全性实时预测方法，具体过程为：
4、建立海上发射系统动力学模型：建立海上发射系统动力学模型，设置模型输入载荷边界条件，模型输出为被发射系统完全离开发射筒时的发射安全性特征值；
5、获取样本数据库：确定采样范围，并从中进行抽样得到采样点，计算每一采样点的船舶运动结果；将所述船舶运动结果作为海上发射系统动力学模型的输入载荷边界条件，获得每一采样点所对模型的输出，得到样本数据库；
6、训练代理模型：利用所述样本数据库，对发射装置运动边界幅值、频率、相位与发射安全性特征值之间的代理模型进行训练；
7、采集船舶运动数据：利用船舶上布置的传感器采集船舶的运动数据，提取运动边界幅值、频率及相位，并进行有效性判断；
8、安全发射预测：将有效的特征值输入代理模型中，得到被发射系统的发射安全性特征值，判断所述发射安全性特征值是否超出安全发射范围，从而实现安全发射预测。
9、进一步地，本发明所述建立海上发射系统动力学模型，设置模型输入载荷边界条件及模型输出，具体过程为：
10、建立海上发射系统的集合模型，并进行网格划分，并设置模型动力学计算所需参数；
11、模型载荷设置：对被发射系统底部施加推力，对底座和发射架与船舶接触的部分(即发射台底座和弹坑部位)施加位移边界条件；
12、模型接触设置：被发射系统与发射架、被发射系统与适配器、被发射系统与底座、适配器与发射架上的导轨间设置接触；
13、模型输出设置：输出发射过程中被发射系统的受力，三个方向位移、速度、加速度，三个方向角位移、角速度、角加速度；适配器、发射架、底座的应力应变；所有接触力。
14、进一步地，本发明所述采样范围为：根据海上发射要求能安全发射的最大海况下对应的船舶运动的六个自由度运动的最大幅值与最大周期，确定采样时的幅值范围为0到最大幅值*扩大系数，采样周期为0到最大周期*扩大系数，所述扩大系数使采样范围包括实际发射时可能遇见的最大幅值和最大周期；确定采样的相位范围为0到2π。
15、进一步地，本发明所述采样点由幅值、周期和相位构成，计算每一采样点的船舶运动结果t是时间，i取值为1，2，3，4，5，6，表示船舶的六个自由度，ais表示采样的幅值，tis表示采样的周期，表示采样的相位。
16、进一步地，本发明获得每一采样点所对模型的输出，在输出结果中提取被发射系统与发射筒的接触力，若接触力不等于0，表明发生了碰撞，记为碰撞情况，若接触力等于0，提取发射安全性特征值，所述发射安全性特征值即被发射系统完全出筒时刻，被发射系统三个方向角速度、角位移，三个方向位移，速度，由此得到样本库。
17、进一步地，本发明所述发射安全特征值还包括：发射过程被发射系统与发射筒最小间隙、发射过程中被发射系统的受力以及发射系统中适配器、发射架、底座的应力应变。
18、进一步地，本发明所述代理模型在训练时，采用r平方、均方误差和/或平均绝对误差的方法来判断代理模型的正确性，当判断代理模型训练未满足正确性要求时，增加采样点的数量并做进一步训练。
19、进一步地，本发明所述采集船舶运动数据，具体过程为：
20、s4-1使用三组位移传感器、三组角度传感器布置在发射台底座或弹坑上持续测量；
21、s4-2过去3t秒内运动曲线傅里叶变换
22、每个时刻，对过去3t秒的测量数据进行快速傅里叶变换，t为船舶在当前海况下的最大的某个自由度运动的周期，得到幅度谱、功率谱、相位谱，截取频率在0-5hz的信号；
23、s4-3过去tlaunch时间内运动曲线傅里叶变换
24、对过去tlaunch秒进行快速傅里叶变换，得到幅频曲线、功率谱、相位谱、截取频率在0-5hz的信号，tlaunch是被发射系统从点火到离开发射筒的时间；
25、s4-4预测有效性判断
26、判断两次快速傅里叶变换得到的对应曲线的关系，如果对应曲线相近，则认为当前采集的数据有效，进入步骤s4-5；
27、s4-5数据特征值提取
28、数据特征值为从传感器测得的六自由度运动的幅频曲线中，提取最大幅值、最大幅值对应的频率和相位作为数据特征值，由此得到六个自由度方向运动的预测幅值、相位、频率。
29、进一步地，本发明所述曲线相近的判断依据为：
30、基于两条曲线的频率计算r，
31、
32、其中，n为离散的频率的总数，yi3t为步骤s4-2得到的幅度曲线的第i个值，yitl为步骤s4-3得到的幅度曲线的第i个值；
33、当r小于设定阈值时，认为对应曲线相近，预测是有效的。
34、进一步地，本发明当r小于0.2时，认为对应曲线相近，预测是有效的。
35、有益效果：
36、第一，本发明利用建立海上发射系统动力学模型获取相应的样本数据，进行代理模型的训练，并利用训练得到模型进行安全性预测预测，能够适配不同的发射平台与发射装置安装位置并能够实时预测海上发射的安全性，为现场发射任务提供参考。
37、第二，本发明将在海上发射动力学模型建立时，对底座和发射架与船接触的部分施加位移边界条件，并利用正弦函数模拟，正弦函数的周期性和发射平台运动的周期性配合，之后有将采集的发射平台随机运动，进行傅里叶变换，得到幅频曲线等信息。即随机运动是由哪些简谐函数构成。这样仿真的边界和实际测量的运动边界就对应上了，从而确保该方法判断结果具有更高的精确性。
38、第三，本在采集船舶运动数据时，创新采用运动数据特征提取方法，即从时域转换到频域再提取出频率、周期、相位，无需考虑发射装置与发射平台的相对位置，并能够适配不同的发射平台。
39、第四，在运动数据特征提取时，采用将测量的发射系统运动数据通过快速傅里叶变换得到发射系统运动数据的频域信息，通过比较过去一段长时间和一段短时间的频域信息差异程度判断发射平台运动是否具有频域的稳定性及是否具有预测价值，基于上述过程可以确保得到发射安全性特征值的准确性。
40、第五，现有技术中会借助摇心来施加边界条件。摇心即发射平台摇摆围绕的点，然而横摇纵摇的摇心并不在一处。使用摇心是错误的方法。而且实际上很难得到准确的摇心。无法实现正确的仿真。本发明直接把握发射平台运动具有一定周期性的特点。在火箭/导弹下(即发射台或弹坑)施加运动，可以轻松实现仿真和实际测量点的对应。
1.一种海上发射安全性实时预测方法，其特征在于，具体过程为：
2.根据权利要求1所述海上发射安全性实时预测方法，其特征在于，所述建立海上发射系统动力学模型，设置模型输入载荷边界条件及模型输出，具体过程为：
3.根据权利要求1所述海上发射安全性实时预测方法，其特征在于，所述采样范围为：根据海上发射要求能安全发射的最大海况下对应的船舶运动的六个自由度运动的最大幅值与最大周期，确定采样时的幅值范围为0到最大幅值*扩大系数，采样周期为0到最大周期*扩大系数，所述扩大系数使采样范围包括实际发射时可能遇见的最大幅值和最大周期；确定采样的相位范围为0到2π。
4.根据权利要求3所述海上发射安全性实时预测方法，其特征在于，所述采样点由幅值、周期和相位构成，计算每一采样点的船舶运动结果t是时间，i取值为1，2，3，4，5，6，表示船舶的六个自由度，ais表示采样的幅值，tis表示采样的周期，表示采样的相位。
5.根据权利要求4所述海上发射安全性实时预测方法，其特征在于，获得每一采样点所对模型的输出，在输出结果中提取被发射系统与发射筒的接触力，若接触力不等于0，表明发生了碰撞，记为碰撞情况，若接触力等于0，提取发射安全性特征值，所述发射安全性特征值即被发射系统完全出筒时刻，被发射系统三个方向角速度、角位移，三个方向位移，速度，由此得到样本库。
6.根据权利要求1所述海上发射安全性实时预测方法，其特征在于，所述发射安全特征值还包括：发射过程被发射系统与发射筒最小间隙、发射过程中被发射系统的受力以及发射系统中适配器、发射架、底座的应力应变。
7.根据权利要求1所述海上发射安全性实时预测方法，其特征在于，所述代理模型在训练时，采用r平方、均方误差和/或平均绝对误差的方法来判断代理模型的正确性，当判断代理模型训练未满足正确性要求时，增加采样点的数量并做进一步训练。
8.根据权利要求1所述海上发射安全性实时预测方法，其特征在于，所述采集船舶运动数据，具体过程为：
9.根据权利要求8所述海上发射安全性实时预测方法，其特征在于，明所述曲线相近的判断依据为：
10.根据权利要求9所述海上发射安全性实时预测方法，其特征在于，当r小于0.2时，认为对应曲线相近，预测是有效的。
