[發(fā)明專利]一種基于信號異常的健康監(jiān)控方法

在審

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• 申請日: 2019-11-21
• 公開（公告）號: CN111046331A
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發(fā)明（設計）人: 潘震;池程芝;張競凱;李鐵穎
• 申請（專利權）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

本發(fā)明公開了一種基于信號異常的健康監(jiān)控方法，該方法通過獲取系統(tǒng)觀測信息，計算更新協(xié)方差矩陣和相關矩陣，由更新后相關矩陣減去更新前相關矩陣，獲取相關矩陣的差值矩陣，計算差值矩陣的標量判據，通過標量判據與動態(tài)閾值的比較，標記系統(tǒng)級變化，重置標量判據和閾值，并通過通道貢獻率，獲取故障定位。該方法能夠在相對較少的數據通道信息支撐的情況下實現較高的系統(tǒng)級變化(系統(tǒng)狀態(tài)改變或者發(fā)生故障)的監(jiān)測與隔離，對通道信號較難獲取和實時性要求較高的一些系統(tǒng)尤其重要。

技術領域

本發(fā)明屬于故障預測與健康管理領域，涉及一種基于信號異常的健康監(jiān)控方法

背景技術

信號異常分析方法是基于數據監(jiān)測的健康監(jiān)控方法的總稱，該類方法主要用來檢測和診斷系統(tǒng)異常。信號異常分析方法的核心思想是通過簡要的度量，降低常規(guī)和非常規(guī)操作時的測量要求，并檢測和診斷主要的系統(tǒng)級變化。

信號異常分析方法從上世紀90年代提出概念以來，已經成功應用到軍用和民用航空領域，主要應用目的如下：

1)創(chuàng)建能夠跟蹤被監(jiān)測系統(tǒng)的簡要度量工具模型；

2)減少監(jiān)控數據項規(guī)模；

3)保證足夠的低錯誤率基礎上最大化故障檢測率；

4)簡化系統(tǒng)級故障的檢測方式。

但是該類方法仍然存在很多需要解決的問題，如多通道數據計算時的奇異值問題、高頻采樣時實時監(jiān)控的計算速度問題、監(jiān)控結果可信度分析問題等。

發(fā)明內容

發(fā)明目的

本發(fā)明提供了一種基于信號異常的健康監(jiān)控方法，為精確監(jiān)測系統(tǒng)異常并對故障和異常進行診斷與隔離，實現通過相對簡單的數據采集和較小的運算代價獲得所需的健康監(jiān)控能力的目的。

發(fā)明技術解決方案

為了實現上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述的技術方案：

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

包括以下步驟：

第一步：主成分分析并計算實時相關矩陣：

設置被監(jiān)控對象系統(tǒng)的數據通道數N₀，數據包含系統(tǒng)有效特征。實時獲取狀態(tài)數據，并對數據進行主成分分析，合并線性相關數據，解決運算奇異值問題，獲取N維主成分數據，N≤N₀，并根據t時刻數據實時更新相關矩陣C_t。

第二步：計算差值矩陣和標量判據：

由第一步可知，每次更新實時數據都可以實時更新相關矩陣C_t，計算相關矩陣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γ_t，標量判據對應的是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σ并標記系統(tǒng)異常：

由時間軸定義連續(xù)標量判據γ_t形成判據向量AR，由判據向量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：

對標記異常時刻計算各通道貢獻率，并根據通道貢獻率實現故障診斷隔離。

本發(fā)明的優(yōu)點

本發(fā)明的優(yōu)點在于：