● 摘要
随着航天技术的发展，航天器的种类日益繁多，规模越来越大。研制高精度、高稳定性的大型航天器是当前的一个重要的课题，也将是航天技术发展的必然趋势。控制力矩陀螺作为航天器的姿态控制系统通常采用的执行机构，在工作过程中所产生的振动会对航天器的姿态控制造成一定的影响，这种影响对于航天器是不能忽略不计的。本文以单框架控制力矩陀螺（SGCMG）为研究对象，明确控制力矩陀螺各个部件之间的动力学关系，建立动力学模型，并对干扰源和干扰特性进行分析，并通过试验验证了相关理论分析。
控制力矩陀螺测得的扰振信号较为复杂，不仅包括平稳成分还包括瞬时非平稳成分，多个干扰源信号互相混叠，难以区分，还有一些有用的信号被湮没在其他信号中。为将所需信号从众多信号中分离出来，将盲源分离引入控制力矩陀螺的扰振信号分离是十分必要的。本文针对控制力矩陀螺扰振信号的特点重点研究了基于瞬时盲分离（ICA）和经验模式分解（Empirical Mode Decomposition, EMD）的提取微弱振动信号的方法和可以应用在超完备情况和简单的完备/欠完备情况下基于独立向量分析的卷积混合盲分离方法。
论文主要内容如下：
（1） 提出了基于ICA提取微弱振动信号的方法。结合EMD和ICA方法，提出了级联EMD-ICA信噪分离的方法，获取噪声的先验知识，将信号中的强噪声作为虚拟观测信号引入，实现微弱振动信号特征识别的目的。
（2） 针对提取噪声中微弱振动信号，提出利用源信号的相关性，噪声信号不相关的特征，通过进一步增强了相关的特征信号，达到分离识别振动信号源的目的。
（3） 以独立向量分析为基础，结合了寂静期在动态信号里的时间结构建立的算法框架。该算法既能显著减少错误置换的发生，又能够利用局部时刻时上源信号的活跃状态与非活跃状态的不同组合，得到全部时间全部源信号活跃的所有可能状态，以此来解决全局过完备的问题。该算法可以处理用来处理卷积混合盲分离的超完备情况和简单的完备/欠完备情况。文中还介绍了一些预处理和后处理的方法，用于增加收敛速度。
（4） 控制力矩陀螺的动力学建模。利用动力学基本原理对CMG的各个部件进行详细分析，并推导出动力学模型。
（5） 控制力矩陀螺干扰特性分析。CMG一般包括转子、轴承组件、框架系统等，结构上非常复杂，所以在工作时所产生干扰也非常复杂。本文根据各个干扰的特点，详细的分析了控制力矩陀螺在不同干扰激励下的响应，最终推导出整体的干扰响应。
（6） 提出一种新的测量CMG固有频率方法。结合锤击法和CMG启动过程测试的固有频率测量方法，不仅可以很准确地确定出控制力矩陀螺的工作状态的固有频率，还解决了锤击法测试中固有频率可能无法全部测量出来的问题。