[發明專利]檢測和隔離平頭式大氣數據系統(FADS)的壓力感測中的故障的系統和方法

有效

• 申請號: 200980120614.0
• 申請日: 2009-06-17
• 公開（公告）號: CN102066951A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 加亞庫馬·馬哈文皮賴;瑞米許·納拉雅南;哈瑞許·湘德南·蘇達米尼;斯瓦米納森·蘇布拉瑪尼艾爾;西旺·凱拉薩瓦迪塢;夏瑪·蘇蘭達拉·維爾
• 申請（專利權）人: 印度太空研究組織
• 主分類號: G01P13/02
• 分類號: G01P13/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及特定來說空間飛行器中使用的平頭式大氣數據系統(Flush?Air?Data?system，FADS)的壓力感測系統的領域中的航空工程。更具體地說，本發明涉及一種用于檢測和隔離壓力感測系統的壓力端口和壓力變換器中的故障的系統和方法。

背景技術

空間飛行器、高速航行器和行星探測器的平頭式大氣數據系統(FADS)所利用的壓力感測系統一般由壓力端口、氣動管道和壓力變換器組成。壓力變換器測量來自壓力端口的表面氣壓，且向FADS處理器提供壓力數據輸入，所述FADS處理器又產生比如攻角、滑角、馬赫數和動壓等大氣數據參數。這些大氣數據參數對于飛行器的引導和控制系統進行實時控制和陣風載荷減輕至關重要，以便保護飛行器系統使其不會發生氣動力加熱，以實行增益調度并用于沿著所要軌跡引導飛行器。因此，維持用于控制飛行器的這些壓力測量的準確性是很重要的。

然而，可能因壓力變換器中的故障或由于結冰或外來質粒子所引起的壓力端口的阻塞而發生壓力測量的不準確性。被阻塞的壓力端口和出故障的壓力變換器造成所估計的大氣數據參數與其真實值的顯著偏離，這可最終導致飛行器的飛行任務失去控制和失敗。研究1995年1月19日NASA的X-31實驗航行器失事的原因的意外事故調查委員會已推理出，冰在航行器的未加熱的全靜壓系統中或上的堆積將錯誤的空速信息提供給了飛行控制計算機。這導致總氣壓數據的錯誤讀取，且致使航行器飛行控制系統自動針對較低速度而錯誤配置。航行器突然開始在所有軸上振蕩，上仰到超過90度的攻角，失去控制并墜落。

此外，存在大氣數據系統的壓力端口被昆蟲或由于飛行期間氣動管道中所截留的水結冰而密封的若干其它報告。這些事件可引起對起飛具有錯誤的空速指示的可能性以及不適當的空勤組動作的可能性的關注，其導致高速中斷的起飛或飛行中情景意識的丟失。因此，始終需要從FADS計算中去除被阻塞的壓力端口和/或出故障的變換器，以增強空間飛行器中FADS的大氣數據參數估計的準確性和可靠性。

常規的故障檢測和隔離(FDI)技術利用如神經網絡等人工智能算法來識別被阻塞的壓力端口，所述技術是利用反演模型的間接且復雜的方法。在此類現有系統中，單個或兩個壓力變換器連接到一個壓力端口，其導致難以使端口阻塞與壓力變換器故障隔離開。此外，單個或兩個變換器的供電是使用單個電源來完成的，其在發生電源故障時影響整個壓力測量。

第7257470號美國專利描述基于人工智能的大氣數據系統中的故障隔離方法和設備，其特定針對基于人工智能的大氣數據系統。此方法是需要與壓力端口的數目一樣多的數目的神經網絡的反演方法。所述方法主要依據FADS的輸入參數來進行壓力端口中的故障檢測，且因此其需要反演模型來解決壓力測量故障。此類反演模型計算需要FADS中每一壓力端口處的壓力估計的輸出，其導致計算量大且復雜的過程。

第2432914A號GB專利描述基于人工智能的大氣數據系統中的故障檢測，其也特定針對基于人工智能的大氣數據系統。此方法也利用大量神經網絡來進行壓力傳感器的大氣數據產生和故障檢測。現有技術系統的主要缺點在于，其依靠反演模型來估計壓力端口處的壓力值，這使故障檢測和隔離(FDI)變得復雜。并且，現有系統需要如殘余壓力的方差等統計特性的廣泛驗證。

相對于常規方法，利用眾多神經網絡來實現空間飛行器的壓力感測系統中的壓力端口的大氣數據產生和故障檢測。然而，這些方法涉及用于故障檢測的反演模型，其在FADS上處理起來非常困難且復雜。為了克服上文提到的現有技術的不足，需要具有減小的計算負擔和對于機載實施觀點的適宜性的FDI方案。因此，需要提供一種用于檢測和隔離壓力感測系統的壓力端口和壓力變換器中的故障的改進的系統和方法。

發明內容

本發明的目標

本發明的目標是提供一種用于檢測和隔離壓力感測系統的壓力端口和壓力變換器中的故障的系統，其增強FADS的壓力估計的準確性和可靠性。

本發明的另一目標是提供一種用于檢測和隔離壓力感測系統的壓力端口和壓力變換器中的故障的系統，其實現實時控制空間飛行器所需的準確且可靠的大氣數據產生。

本發明的又一目標是提供一種用于檢測和隔離壓力感測系統的壓力端口和壓力變換器中的故障的方法，其直接、簡單、十分安全且準確。

本發明概述