[發明專利]基于故障趨勢比及特征選擇的微小故障診斷方法及系統

在審

• 申請號: 202010547795.3
• 申請日: 2020-06-16
• 公開（公告）號: CN111783286A
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 何章鳴;王大軼;王炯琦;馬正芳;侯博文;孫博文;魏居輝;周萱影
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 北京卓嵐智財知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11624
• 代理人: 郭智

本發明實施例提供基于故障趨勢比及特征選擇的微小故障診斷方法及系統，所述方法包括，通過對航天器控制系統的運動學和動力學分析獲得所述控制系統的監控數據；根據先驗知識對所述監控數據中的正常數據的趨勢項進行剔除；基于不同故障之間的非對稱重要性因子對剔除正常數據趨勢項的監控數據進行特征選擇以獲得對應的次優可視化映射；根據所述次優可視化映射分離所述監控數據中的故障數據。本技術方案通過對正常數據的剔除及根據特征選擇的數據次優可視化映射，提高基于故障趨勢比及特征選擇的微小故障診斷性能，這對提高在軌航天器可靠性和延長航天器壽命具有重要意義。

技術領域

本發明涉及航天器數據處理領域，具體涉及基于故障趨勢比及特征選擇的微小故障診斷方法及系統。

背景技術

航天器是典型的復雜系統，集機械、電子、材料、控制、能源、通訊以及計算機技術等多學科最新尖端成果于一體。航天器控制系統承擔姿態控制、軌道控制、太陽帆板和天線驅動控制等任務，是航天器中最重要和最復雜的子系統之一[1]。2018年12月嫦娥四號成功月背軟著陸，標志著中國航天工業的偉大進步。然而在世界范圍內，航天器控制系統故障也曾導致空間計劃、科學研究、經濟效益乃至政治軍事等方面的嚴重損失[2-4]。例如，2005年12月，日本隼鳥號探測器的姿態控制反作用輪燃料泄漏，探測器無法保持姿態。與地面控制中心失去聯絡長達2個月，錯過返回窗口，導致“隼鳥”延期3年返回地球[5]。又如，2017年7月，中國文昌長征5號火箭搭載的實踐18號衛星墜海，任務失利，技術歸零，輿論震動。包為民院士在CAC2017的大會報告中指出：若航天器控制器的早期微小故障能被及時檢測到，控制器足夠智能，而不是功能單一，那么價值16億元的東方紅5號衛星平臺不至于墜海[6]。再如，2018年中國某型航天器發生微小單機故障，未及時檢測報警，導致執行器連續噴氣，姿態角速度急劇增加，造成平臺失控翻滾，SADA太陽翼折斷，最后整個航天器失效。由于航天器控制系統所承擔任務的重要性以及故障的高發性，提高控制系統的可靠性成為確保航天器在軌安全與運行質量的關鍵。

顯著故障往往都是從早期微小故障演化而來，若在系統運行的可控范圍內及時檢測出微小故障并分離定位，將有效避免失效事件的發生，因此微小故障的診斷在實現整星的高可靠長壽命方面起著重要的作用。

發明內容

本發明實施例提供基于故障趨勢比及特征選擇的微小故障診斷方法及系統，通過對正常數據的剔除及數據特征選擇的次優可視化映射，提高基于故障趨勢比及特征選擇的微小故障診斷性能，這對提高在軌航天器可靠性和延長航天器壽命具有重要意義。

為達到上述目的，一方面，本發明實施例提供了基于故障趨勢比及特征選擇的微小故障診斷方法，所述方法包括：

通過對航天器控制系統的運動學和動力學分析獲得所述控制系統的監控數據；

根據先驗知識對所述監控數據中的正常數據的趨勢項進行剔除；

基于不同故障之間的非對稱重要性因子對剔除正常數據趨勢項的監控數據進行特征選擇以獲得對應的次優可視化映射；

根據所述次優可視化映射分離所述監控數據中的故障數據。

另一方面，本發明實施例提供了基于故障趨勢比及特征選擇的微小故障診斷系統，所述系統包括：

數據獲取單元，用于通過對航天器控制系統的運動學和動力學分析獲得所述控制系統的監控數據；

數據剔除單元，用于根據先驗知識對所述監控數據中的正常數據的趨勢項進行剔除；

映射單元，用于基于不同故障之間的非對稱重要性因子對剔除正常數據趨勢項的監控數據進行特征選擇以獲得對應的次優可視化映射；

故障分離單元，用于根據所述次優可視化映射分離所述監控數據中的故障數據。

上述技術方案具有如下有益效果：