[發(fā)明專利]一種基于信號異常的健康監(jiān)控方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911148321.5
• 申請日: 2019-11-21
• 公開（公告）號: CN111046331A
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 潘震;池程芝;張競凱;李鐵穎
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航空無線電電子研究所
• 主分類號: G06F17/16
• 分類號: G06F17/16;G06K9/62
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

1.一種基于信號異常的健康監(jiān)控方法，其特征在于，該方法通過獲取系統(tǒng)觀測信息，計算更新協(xié)方差矩陣和相關(guān)矩陣，由更新后相關(guān)矩陣減去更新前相關(guān)矩陣，獲取相關(guān)矩陣的差值矩陣，計算差值矩陣的標量判據(jù)，通過標量判據(jù)與動態(tài)閾值的比較，標記系統(tǒng)級變化，重置標量判據(jù)和閾值，并通過通道貢獻率，獲取故障定位。

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于信號異常的健康監(jiān)控方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步：主成分分析并計算實時相關(guān)矩陣：

設(shè)置被監(jiān)控對象系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通道數(shù)N₀，數(shù)據(jù)包含系統(tǒng)有效特征；實時獲取狀態(tài)數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行主成分分析，合并線性相關(guān)數(shù)據(jù)，解決運算奇異值問題，獲取N維主成分數(shù)據(jù)，N≤N₀，并根據(jù)t時刻數(shù)據(jù)實時更新相關(guān)矩陣C_t；

第二步：計算差值矩陣和標量判據(jù)：

計算相關(guān)矩陣C_t在t時刻更新前后的變化量，記為差值矩陣D_t，由差值矩陣計算標量判據(jù)γ_t，標量判據(jù)對應(yīng)的是N維通道的系統(tǒng)，能夠作為檢測系統(tǒng)級變化的工具；

第三步：計算動態(tài)閾值并標記系統(tǒng)異常：

由時間軸定義連續(xù)標量判據(jù)γ_t形成判據(jù)向量AR，由判據(jù)向量AR計算動態(tài)閾值σ，當γ_t大于3σ，則標記為一個異常，進行后續(xù)步驟；

第四步：故障和異常診斷隔離：

計算標記異常時刻各通道貢獻率，并根據(jù)通道貢獻率實現(xiàn)故障診斷隔離。

3.如權(quán)利要求2所述的一種基于信號異常的健康監(jiān)控方法，其特征在于，第一步的計算過程如下：

對數(shù)據(jù)進行主成分分析，刪除線性相關(guān)數(shù)據(jù)，解決運算奇異值問題，生成觀測矩陣為X，X定義為

此處共有N個通道觀測變量，每個通道t次觀測數(shù)據(jù)，x_N[t]為第N個通道的第t個觀測量；設(shè)m_x為各通道變量平均值，定義為

其中，為第i個通道的平均值；設(shè)R為NxN協(xié)方差矩陣，t次觀測的變量中x_i和x_j的協(xié)方差描述為

其中，x_i[k]、x_j[l]分別為k時刻第i個和l時刻第j個通道的觀測值；C_t為協(xié)方差矩陣R的相關(guān)矩陣，C_t的第[i,j]個元素的算式為

協(xié)方差矩陣R在每次獲取新的觀測數(shù)據(jù)之后都會進行更新，然而，為了避免冗余的計算，應(yīng)用之前觀測數(shù)據(jù)的向量積；定義變量K_t為t次觀測后的觀測變量的向量積矩陣為

K_t＝X^TX (5)

由上可知協(xié)方差矩陣R可以寫為

對N個通道進行t+1次觀測采樣之后，在t時刻的向量積矩陣K_t基礎(chǔ)上通過如下方程更新為

此處，X_t+1為觀測矩陣X的t+1行，即

X_t+1＝[x₁[t+1] x₂[t+1]...x_N[t+1]] (8)。

4.如權(quán)利要求3所述的一種基于信號異常的健康監(jiān)控方法，其特征在于，第二步的計算過程如下：

在每次觀測采樣后跟蹤相關(guān)矩陣C_t的變化后，定義相關(guān)矩陣的變化差值矩陣為D，如果t時刻由差值矩陣D計算的標量判據(jù)γ_t大于3倍動態(tài)閾值σ，則標記一次系統(tǒng)級變化，差值矩陣D算式為

D＝C_t+1-C_t (9)

此處，C_t+1和C_t分別為式(4)中t+1和t次觀測采樣后的相關(guān)矩陣；將差值矩陣D統(tǒng)一為單個標量判據(jù)γ，定義為

此處，D_ij為差值矩陣D的第[i,j]個元素，系統(tǒng)級變化的標量判據(jù)γ_t只與D有關(guān)。