[發明專利]一種基于高維空間映射的航天器系統異常檢測方法

在審

• 申請號: 202010054486.2
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111274543A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 張香燕;田華東;王大軼;左子瑾;高瑾博;周進鋒
• 申請（專利權）人: 北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: G06F17/18
• 分類號: G06F17/18
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 程何

1.一種基于高維空間映射的航天器系統異常檢測方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1，獲取高維空間遙測參數的在軌遙測數據，以最小時間間隔對在軌遙測數據進行補全；

S2，采用不同壓縮時間間隔，對補全的在軌遙測數據進行數據壓縮平滑操作；

S3，利用標準化方法對所有的在軌遙測數據進行標準化，使得落在不同區間范圍的在軌遙測數據值能夠進行比較；

S4，計算不同高維空間遙測參數之間的相似性，對所有的高維空間遙測參數進行聚類，將所有的高維空間遙測參數劃分為不同的子集，形成一系列的子系統；

S5，對所有子系統的高維空間遙測參數進行降維，獲得降維后的遙測參數集；

S6，對降維后的遙測參數集中每個維度的數據進行異常檢測，獲取不同維度的異常數據，并對不同維度的異常數據進行集成，獲得航天器系統的模式異常信息。

2.根據權利要求1所述的一種基于高維空間映射的航天器系統級異常檢測方法，其特征在于，所述進行數據壓縮平滑操作的方法為：

使用數據平滑算法對要進行處理的數據進行平滑操作；

所述數據平滑算法為其中，x_new為平滑處理后的遙測數據，x_i為第i個要處理的數據，k為所有要處理數據的個數。

3.根據權利要求1所述的一種基于高維空間映射的航天器系統級異常檢測方法，其特征在于，所述標準化方法包括第一標準化方法和第二標準化方法；

所述第一標準化方法為：對補全的在軌遙測數據進行線性變換，使用轉換算法將所有數據映射到[0，1]區間上；

所述轉換算法為：

其中，x_j,i為補全的在軌遙測數據，j為正整數；Min為補全的在軌遙測數據預期的最小值，Max為補全的在軌遙測數據預期的最大值；為轉換后的在軌遙測數據；

所述第二標準化方法為：使用轉化函數對補全的在軌遙測數據進行處理；

所述轉化函數為：

其中，μ為所有補全的在軌遙測數據的均值；σ為所有補全的在軌遙測數據的標準差；x_j,i為補全的在軌遙測數據；為轉換后的在軌遙測數據。

4.根據權利要求1所述的一種基于高維空間映射的航天器系統級異常檢測方法，其特征在于，所述計算不同高維空間遙測參數之間的相似性的方法為：第一相似性方法或第二相似性方法；

所述第一相似性方法為由計算相似性；其中，和分別為第j個遙測參數的第l個數據和第k個遙測參數的第l個數據，l＝1,2,...,n，n為每個遙測參數包括的遙測數據個數；

所述第二相似性方法為由計算相似性；其中，X_j和X_k分別為第j個遙測參數向量和第k個遙測參數向量，EX_j和EX_k分別為X_j和X_k的期望，E((X_j-EX_j)(X_k-EX_k))為(X_j-EX_j)(X_k-EX_k)的期望，D(X_j)和D(X_k)分別為X_j和X_k的方差，Cov(X_j,X_k)為X_j和X_k的協方差。

5.根據權利要求1所述的一種基于高維空間映射的航天器系統級異常檢測方法，其特征在于，所述對所有子系統的高維空間遙測參數進行降維的方法為：

1)依次對每個子系統中任意兩個維度之間的遙測數據求其協方差，所有維度之間的協方差構成所有子系統遙測數據的協方差矩陣；

2)對該協方差矩陣求解所有的特征值和特征向量；

3)按特征值的大小對特征值及其對應的特征向量進行排序；

4)選取前k個特征值對應的特征向量作為所有子系統的遙測數據在新空間中的映射。