[發明專利]監督局部線性嵌入的衛星姿態控制系統故障檢測方法

有效

• 申請號: 201911028807.5
• 申請日: 2019-10-28
• 公開（公告）號: CN110703738B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 曲直;徐開;何昕;李峰;劉萌萌;解延浩;韓霜雪;任顥
• 申請（專利權）人: 長光衛星技術股份有限公司
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02;G06K9/62
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產權代理有限公司 22214
• 代理人: 朱紅玲

1.監督局部線性嵌入的衛星姿態控制系統故障檢測方法，其特征是，該方法由以下步驟實現：

步驟一、獲取高維原始遙測衛星數據，并對獲得的原始衛星遙測數據進行特征分析及預處理；

步驟二、采用監督局部線性嵌入算法對步驟一預處理后的原始衛星遙測數據進行降維，獲得衛星控制系統遙測數據的低維嵌入特征信息，具體實現過程為：

步驟二一、尋找衛星遙測數據樣本點x_i的鄰域點,計算所述樣本點x_i的鄰域點的權值矩陣W；

步驟二二、引入新樣本點，通過權值矩陣更新算法更新權值矩陣W，具體實現過程為：

計算新樣本點x_new與原始遙測數據中各個樣本點x_i之間的距離，記作對于樣本點x_i，若有為第i個樣本點到任意第i(k)個鄰域點的距離，則對于第i個樣本點的鄰域點更新為{x_i(1),x_i(2),L,x_i(k),x_new}，然后將鄰域點與樣本點之間的距離進行升序排列，排列后第i個樣本點的鄰域點表述為{x′_i(1),x′_i(2),L,x′_i(k+1)}，樣本點x′_i(1)是距離第i個樣本點距離最近的樣本點，樣本點x′_i(k+1)是距離第i個樣本點距離最遠的樣本點；計算鄰域點間變化的樣本點x_i對應的權值向量w_i，樣本點x_i的第j個鄰域點x_i(j)的權值點為w_ij，即獲得更新的權值矩陣W；

步驟二三、將更新的權值點帶入重構誤差最小化方程，求解方程的特征矩陣，該特征矩陣為獲得的衛星控制系統遙測數據的低維嵌入特征信息,具體實現過程為：

使重構誤差δ(Y)最小化，即：

所述重構誤差需要滿足的約束條件為：

其中I表示d×d單位矩陣；重構誤差最小化的公式變換為：

定義M＝(I-W)^T(I-W)，則有由得，

L(Y,μ)＝Y^TMY-μ(N^-1Y^TY-I)

可得μ為拉格朗日乘數因子，Y為M的特征向量，求解低維坐標可轉化為求解矩陣M＝(I-W)^T(I-W)特征向量，獲得特征向量Y，即低維嵌入特征信息；

步驟三、對步驟二獲得的衛星控制系統遙測數據的低維嵌入特征信息采用SPE統計量完成故障檢測；

采用SPE統計量完成故障檢測的具體過程為：

采用局部線性回歸(LLR)法對高維預處理后數據X與其對應的低維嵌入特征信息求取高維空間到低維空間的映射矩陣，映射矩陣為A＝YX^T(XX^T)^-1；

定義在線更新的樣本數據為x_new，則SPE統計量的計算公式為：

式中，式為樣本數據x_new的重構估計值，通過樣本數據x_new的SPE統計值與控制限的高低來判斷此區域樣本是否產生異常；

定義協方差矩陣特征值為λ_p+1和控制限特征值c_α為置信水平的正態分布值，對控制限的統計分布定義為：

若樣本點統計量SPE_new大于控制限SPE_α時，則遙測數據區間有故障產生。