[發明專利]航天器姿軌控系統故障案例庫構建系統及構建方法

有效

• 申請號: 201911206296.1
• 申請日: 2019-11-29
• 公開（公告）號: CN110991036B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 劉歡;王杰;徐廣德;柳寧;孫國童;武江凱;閆鑫
• 申請（專利權）人: 北京空間技術研制試驗中心
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06N3/08;G06F16/21
• 代理公司: 北京謹誠君睿知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11538
• 代理人: 陸鑫;延慧

本發明涉及一種航天器姿軌控系統故障案例庫構建系統，包括：虛擬運行分析單元、實際運行分析單元、案例生成單元、故障案例庫和人機交互單元；虛擬運行分析單元包括動態模型、模型操作模塊、循環神經網絡和虛擬運行數據庫。實際運行分析單元包括數據采集模塊、數據處理模塊和實際運行數據庫。案例生成單元包括故障特征提取模塊和故障注入模塊。故障案例庫包括實際故障案例、實際故障擴展案例和虛擬故障案例。人機交互單元提供操作人員與虛擬運行分析單元、實際運行分析單元、案例生成單元和故障案例庫進行數據交互的接口。本發明將循環神經網絡用于航天器姿軌控系統模型的修正，可隨著實際系統運行不斷提高模型精度。

技術領域

本發明涉及航天領域，尤其涉及一種航天器姿軌控系統故障案例庫構建系統及構建方法。

背景技術

航天器姿軌控系統是航天器上控制其自身運行軌道和姿態的系統，是航天器核心控制系統。姿軌控系統能否正常工作直接決定了航天器能否安全成功地完成飛行任務。在航天發展史上，由于姿軌控系統發生故障，導致航天器失效的事故屢有發生，因此研究人員對姿軌控系統的故障診斷和健康管理技術的發展越來越重視。

運用故障案例庫來進行故障診斷，是近來在工業界日趨流行的技術方案。通過記錄測試和運行時所發生的故障，逐漸積累并建立對象系統的故障案例庫，當類似系統發生類似故障時，可通過對過往故障歷史數據的查詢比對，迅速定位當前故障，并找到解決辦法。

對于航天器姿軌控系統來說，由于是運行在太空中，其系統狀態的獲取具有一定的局限性和滯后性，而在地面測試階段，受限于外部條件，難以完全模擬太空運行環境，實物設備故障注入所覆蓋的模式有限，僅通過運行和測試數據構建其故障案例庫，存在著成本高、周期長、覆蓋不全面、狀態監測不完備的問題。

發明內容

本發明的目的在于解決上述問題，提供一種航天器姿軌控系統故障案例庫構建系統及構建方法。

為實現上述發明目的，本發明提供一種航天器姿軌控系統故障案例庫構建系統及構建方法，系統包括：

虛擬運行分析單元、實際運行分析單元、案例生成單元、故障案例庫和人機交互單元；

所述虛擬運行分析單元包括：

動態模型，用于描述航天器姿軌控系統各相關環節的動態特性；

模型操作模塊，對所述動態模型的仿真進行控制，對模型參數進行修改，對模型輸出狀態量進行采集；

循環神經網絡，通過學習航天器姿軌控系統實際測試和運行數據，對所述動態模型的參數進行修正，使模型輸出更貼近建模對象，提高建模精度；

虛擬運行數據庫，存儲所述模型操作模塊傳送的動態模型仿真過程中的狀態變量數據；

所述實際運行分析單元包括：

數據采集模塊，其通過傳感器、地面測試或遙測系統通信接口將航天器姿軌控地面測試和在軌運行時系統狀態測量量進行采集并發送至數據處理模塊；

數據處理模塊，其對所述數據采集模塊發送來的數據進行處理，并整理成時序相關的測試和運行記錄存入系統運行數據庫；

實際運行數據庫，其存儲所述數據處理模塊傳送的測試和運行數據；

所述案例生成單元包括：

故障特征提取模塊，其通過對所述實際運行數據庫和所述虛擬運行數據庫中發生故障時各系統狀態變量的特征提取，生成故障案例；

故障注入模塊，其可接收所述故障特征提取模塊傳送的故障信息，也可接收人工設定，將模擬故障模式通過所述虛擬運行分析單元中的所述模型操作模塊注入所述動態模型進行仿真；

所述故障案例庫保存所述案例生成單元所生成的故障案例，包括實際故障案例、實際故障擴展案例和虛擬故障案例；