[發(fā)明專利]一種基于聚類分析的異常檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410646007.0
• 申請日: 2014-11-14
• 公開（公告）號: CN105653835B
• 公開（公告）日: 2018-07-27
• 發(fā)明（設計）人: 耿輝;張素明;張翔;廖友萍;安雪巖;劉巧珍;易航;李劍峰;夏偉強;施清平;趙琳;李璨;趙小卓;張利彬;王曉林
• 申請（專利權）人: 北京宇航系統(tǒng)工程研究所;中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62
• 代理公司: 核工業(yè)專利中心 11007
• 代理人: 王朋

本發(fā)明涉及航天器異常運行狀態(tài)檢測技術領域，具體涉及一種基于聚類分析的異常檢測方法，目的是解決現(xiàn)有的航天器運行狀態(tài)異常檢測方式難以制定狀態(tài)數(shù)據(jù)判斷規(guī)則且難以對航天器整體異常情況作出判斷的技術問題。其特征在于，具體包括如下步驟：確定最優(yōu)聚類距離參數(shù)、進行歷史數(shù)據(jù)聚類和檢測異常運行狀態(tài)。本發(fā)明通過對航天器運行狀態(tài)歷史數(shù)據(jù)的聚類分析，生成用于異常運行狀態(tài)檢測的歷史運行狀態(tài)數(shù)據(jù)類模型，避免了人工制定判斷規(guī)則的困難；同時，可以根據(jù)航天器當前運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，對用于異常運行狀態(tài)檢測的歷史運行狀態(tài)數(shù)據(jù)類模型進行更新，能夠根據(jù)當前運行情況改進異常檢測模型。

技術領域

本發(fā)明涉及航天器異常運行狀態(tài)檢測技術領域，具體涉及一種基于聚類分析的異常檢測方法。

背景技術

航天器是功能、組成十分復雜的系統(tǒng)，其運行狀態(tài)數(shù)據(jù)眾多。通過分析航天器的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，監(jiān)控它們是否處于異常運行狀態(tài)，有利于及時發(fā)現(xiàn)并處理航天器的運行故障，對于確保航天器的運行可靠性具有極為重要的意義。

目前，航天器運行狀態(tài)監(jiān)控主要采取對關鍵運行狀態(tài)數(shù)據(jù)分別判斷的異常檢測方式，各項狀態(tài)數(shù)據(jù)的判斷規(guī)則通常由人工制定。這一監(jiān)控方式存在兩方面的問題：第一，由于航天器的運行方式、運行環(huán)境復雜，往往難以通過理論計算或仿真模擬方法，人工制定合適的狀態(tài)數(shù)據(jù)判斷規(guī)則；第二，由于針對各項狀態(tài)數(shù)據(jù)分別進行判斷，缺少從整體角度對航天器運行狀態(tài)的綜合性檢測，無法有效把握航天器運行狀態(tài)的整體異常情況。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有航天器運行狀態(tài)異常檢測方式的難以制定狀態(tài)數(shù)據(jù)判斷規(guī)則且難以對航天器整體異常情況作出判斷的技術問題，提供了一種通過對航天器運行狀態(tài)歷史數(shù)據(jù)進行聚類建模，用于當前異常運行狀態(tài)的檢測，實現(xiàn)對航天器運行狀態(tài)的智能監(jiān)控的基于聚類分析的異常檢測方法。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：

一種基于聚類分析的異常檢測方法，具體包括如下步驟：

第一步：確定最優(yōu)聚類距離參數(shù)；

第二步：進行歷史數(shù)據(jù)聚類；

第三步：檢測異常運行狀態(tài)。

如上所述的第一步具體包括如下步驟：

步驟1.1：航天器運行狀態(tài)數(shù)據(jù)中共包括n個測試變量，按其名稱順序記為x₁、x₂、…、x_n；對于歸一化后的運行狀態(tài)歷史數(shù)據(jù)，將每個時刻t上的全部n個測試變量值：x_j(t)，j＝1，2，…，n，組合為一個向量X(t)＝[x₁(t),x₂(t),…,x_n(t)]，則向量X(t)為n維歐式空間上的一個數(shù)據(jù)點，歐式空間的n個維度與n個測試變量分別對應；

步驟1.2：航天器運行狀態(tài)歷史數(shù)據(jù)包括m個時刻上的測試變量值，即包括n維歐式空間上的m個數(shù)據(jù)點：X(t_i)，i＝1，2，…，m；計算m個運行狀態(tài)歷史數(shù)據(jù)點在全部n個空間維度上的最大值和最小值，分別記為x_j(max)，j＝1，2，…，n和x_j(min)，j＝1，2，…，n，然后計算全部n個空間維度上的數(shù)據(jù)范圍和Zone＝sum(x_j(max)-x_j(min))，j＝1，2，…，n；

步驟1.3：對于給定的聚類距離參數(shù)D，計算對應的優(yōu)化目標為聚類優(yōu)化指數(shù)Index；

步驟1.4：在(0,Zone]區(qū)間內(nèi)，對聚類距離參數(shù)D進行尋優(yōu)，優(yōu)化目標為使步驟1.3得到的聚類優(yōu)化指數(shù)Index最小，通過現(xiàn)有尋優(yōu)方法確定最優(yōu)的D，記為最優(yōu)聚類距離參數(shù)D_opt。

如上所述的步驟1.3中具體計算方法如下：