[發明專利]一種基于多模式閾值優化的星載轉臺故障檢測方法

在審

• 申請號: 202111494820.7
• 申請日: 2021-12-08
• 公開（公告）號: CN114154424A
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 周志杰;張朋;胡昌華;唐帥文;王杰;孔祥玉;趙導
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍火箭軍工程大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06K9/62;G06N5/04;G06Q10/04;H04B7/185
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉芳

本發明涉及一種基于多模式閾值優化的星載轉臺故障檢測方法。所述方法包括：構建基于證據推理的多模式閾值優化框架；確定所述多模式閾值優化框架下每個關鍵參數的初始區間參考值；根據所述每個關鍵參數的初始區間參考值進行基于區間參考值證據推理的多模式閾值迭代優化，生成優化閾值；基于所述優化閾值進行星載轉臺在線故障檢測。本發明創新利用證據推理算法融合多模式閾值及監測數據，并對多模式閾值進行優化，實現對星載轉臺的在軌故障檢測，解決了入軌前多模式初始閾值設置不合理、初始閾值與在軌運行狀態差異大帶來的故障檢測率低等問題。本發明方法能夠充分融合專家知識，提高星載轉臺在軌故障檢測能力，具有很好的工程應用價值。

技術領域

本發明涉及測量技術領域，特別是涉及一種基于多模式閾值優化的星載轉臺故障檢測方法。

背景技術

當前，隨著科學技術水平的飛速發展，各國加快了對外太空的探索步伐，運載火箭、航天飛機、載人飛船、人造衛星等大型航天器不斷涌現。其中，遙感及各類空間探測衛星作為一種人類探索空間及地球的重要手段，在各國發射的人造衛星中占據的比例越來越大。而作為衛星上的一類重要載荷，星載轉臺在衛星在軌探測及空間通信任務中的地位舉足輕重。然而，星載轉臺在軌運行期間，由于空間環境的變化及轉動部件性能的退化，經常出現因轉臺軸系摩擦增大而導致轉臺轉動阻力增大，甚至出現在軌瞬間卡死而造成衛星姿態失穩的情況，不但影響了衛星在軌任務執行效率，而且危及了在軌衛星本體安全。因此，及時快速檢測星載轉臺在軌故障，對確保在軌衛星任務質量及安全運行至關重要。

目前，對衛星系統各部件的在軌故障檢測主要采用遙測參數判讀法，航天器遙測數據按一定的幀頻下傳至地面，管理人員以各部件的關鍵參數(如電機電流等)為監視重點，結合其在軌工作模式，在監測系統中設置相應的超限報警閾值，若監測到某一參數超出閾值范圍，則給出報警信息，完成故障檢測。該故障檢測方法簡單，只要超限報警閾值設置合理，就能夠及時發現部件在軌異常。顯然，報警閾值的設置是快速準確檢測故障的前提。但實際運行過程中，這一方法仍存在三個方面的問題：(1)初始報警閾值一般由衛星研制部門根據部件的設計指標確定，設定的初始閾值區間較為保守，不利于發現閾值范圍內的趨勢性緩變故障，容易出現故障漏報問題，容易造成故障的進一步惡化并發展為嚴重故障；(2)閾值區間的設置往往與部件實際在軌運行狀態存在一定差異，使得部件性能退化后，初始閾值的適應性變差。(3)當衛星某些參數值因工作模式切換、運行環境變化等原因而變化時，報警閾值無法準確設定，且采用某一固定閾值無法覆蓋所有工況的變化，容易造成較大的故障虛警率或漏報率。因此，有必要在初始閾值條件下，根據部件實際在軌工作模式和運行狀態，對初始閾值進行優化，得到更為合理的故障報警閾值，使其既能適應不同工作模式下的緩變故障檢測需求，又能適應部件長期運行帶來的狀態變化影響。

目前，故障報警閾值的優化方法主要有基于模型、基于知識和基于數據等方法。其中，基于模型的方法要求必須準確掌握系統運行機理模型，對于在軌星載轉臺的復雜系統而言，很難準確建立系統的機理模型。基于數據驅動的閾值優化方法主要對歷史數據的最佳利用實現閾值更新，但需要準確掌握系統參數的先驗分布，且此類方法大多屬于“黑箱”模型，在模型可解釋性方面表現不足。此外，以往的大多數閾值優化方法一般僅從系統單模式的角度進行優化，并未考慮系統的多模式工作特性。因此，其適用范圍有限。以上現有的閾值優化方法在應用于星載轉臺故障檢測時，由于入軌前多模式初始閾值設置不合理，往往會造成初始閾值與在軌運行狀態差異大引起的故障檢測率低等問題。