[發明專利]一種星載氫鐘壽命評估方法

在審

• 申請號: 202011042033.4
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112364475A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 王小寧;周波;鄭恒;王晉婧;李晶;王文明;鄭紫霞;龍東騰;龔佩佩;角淑媛;劉鼎;程海龍
• 申請（專利權）人: 中國航天標準化研究所;北京無線電計量測試研究所
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G04D7/00;G06F119/04
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張歡

本發明涉及一種星載氫鐘壽命評估方法，包括步驟如下：(1)對氫鐘的FMEA和故障樹進行分析，識別出影響氫鐘可靠性與壽命的因素為真空裝置故障與電離裝置故障；建立氫鐘的故障模式與數據特征量之間的對應關系；數據特征量指能夠反映氫鐘部組件或整鐘性能的數據；(2)搭建星載氫鐘壽命評估模型；(3)對數據特征量進行數據處理；(4)利用蒙特卡羅仿真方法對氫鐘壽命進行評估，得到氫鐘的平均壽命與氫鐘壽命的分布。本發明的方法通過綜合利用多源數據，提升對星載氫鐘壽命的評估準確度。

技術領域

本發明屬于裝備可靠性領域，具體涉及一種星載氫鐘壽命評估方法。

背景技術

北斗衛星導航系統是中國正在實施的自主發展、獨立運行的全球衛星導航系統。星載氫原子鐘(以下簡稱“氫鐘”)是衛星導航系統的核心，其性能及鐘差預報是影響導航定位精度的關鍵因素，自主導航系統及精密單點定位系統主要靠高精度的星載原子鐘鐘差預報進行導航定位，而星載原子鐘的性能分析是高精度鐘差預報的基礎。氫鐘是利用氫原子躍遷產生的高穩定頻率信號進行計時的一種精密儀器，具有優良的頻率穩定度。星載氫鐘主要包括物理部分和電路部分，物理部分主要由微波腔組件、磁屏蔽組件、真空主體組件、束光學組件、氫源組件等組成；電路部分主要包括兩個鎖頻環，其中10MHz晶振鎖定在物理部分輸出的躍遷頻率上。

由于氫鐘結構復雜、涉及到的工藝和零部件多，且價格昂貴，屬于小樣本產品，同時考慮到氫鐘是北斗三號導航衛星的主用原子鐘，在軌運行時間短、積累的數據有限，傳統的單獨利用統計學數據、基于加速壽命試驗數據、基于加速退化試驗數據對航天器開展壽命評估的方法對氫鐘開展壽命評估不再適用。因而需要綜合利用前期積累的多個階段的多源數據，開展氫鐘壽命的評估工作對衛星的穩定運行非常重要。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：為了充分利用星載氫鐘開展的關鍵部組件加速試驗數據、在軌遙測數據、整鐘地面長期運行數據以及性能數據等多源數據和質量問題信息，本發明提供了一種星載氫鐘壽命評估方法，通過綜合利用多源數據，提升對星載氫鐘壽命的評估準確度。

本發明所采用的技術方案是：一種星載氫鐘壽命評估方法，包括步驟如下：

(1)對氫鐘的FMEA和故障樹進行分析，識別出影響氫鐘可靠性與壽命的因素為真空裝置故障與電離裝置故障，其中，真空裝置故障包括真空失效、供氫異常、腔泡系統失效、電離源故障；電離裝置故障包括電離泡失效、電離電路故障；

建立氫鐘的故障模式與數據特征量之間的對應關系；

數據特征量指能夠反映氫鐘部組件或整鐘性能的數據；其中，氫鐘部組件的數據特征量包括：鈦泵和吸氣劑泵的吸氫量，吸氣劑復合泵的真空度和高壓源電流，磁屏蔽系數，電離泡光強，電離電路的電離功率；

整鐘的數據特征量包括遙測數據和性能數據，其中，遙測數據包括：電離泡光強、二次諧波幅度、晶振壓控電壓、變容二極管電壓、高壓源電流；性能數據包括頻率準確度、頻率漂移率和頻率穩定度；

(2)搭建星載氫鐘壽命評估模型如下：

T＝min[T_c,T_d]；

式中，T為氫鐘整鐘的壽命，T_c為消耗型壽命，T_d為退化型壽命；

消耗型壽命指具有設定的氫氣、吸氣劑、鈦儲存量且隨著消耗不可補充而導致氫鐘失效的壽命；

退化型壽命指遙測數據或性能數據在氫鐘關鍵部組件或整鐘運行時逐漸超出正常工作的閾值而導致氫鐘關鍵部組件或整鐘失效的壽命；

(3)對數據特征量進行數據處理；