[發(fā)明專利]基于多分辨率集成的航天器遙測異常檢測方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202210180126.6
• 申請日: 2022-02-25
• 公開（公告）號: CN114626444A
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬千里;余忠忠
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G06N3/04;G06N3/08;G06V10/30;G06V10/80;G06V10/82
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 黃衛(wèi)萍

本發(fā)明公開了一種基于多分辨率集成的航天器遙測異常檢測方法，步驟如下：獲取航天器傳回的遙測數(shù)據(jù)，并進(jìn)行包括標(biāo)準(zhǔn)化在內(nèi)的預(yù)處理；對航天器遙測數(shù)據(jù)進(jìn)行下采樣，組織成不同長度的輸入序列數(shù)據(jù)；將所述輸入序列數(shù)據(jù)輸入多分辨率編碼模塊，得到相應(yīng)的隱層特征；融合這些隱層特征，并將融合后的隱層特征輸入多分辨率解碼模塊，得到輸出序列數(shù)據(jù)；引入形狀約束損失約束輸出序列的形狀，結(jié)合重構(gòu)損失進(jìn)行迭代訓(xùn)練；根據(jù)輸入序列和輸出序列的重構(gòu)誤差計(jì)算相應(yīng)的異常分?jǐn)?shù)，檢測出遙測數(shù)據(jù)中的異常值。本發(fā)明通過將航天器遙測數(shù)據(jù)輸入多分辨率編碼、解碼模塊，充分建模數(shù)據(jù)中的序列信息，能夠高效檢測出航天器遙測數(shù)據(jù)中異常值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航天器遙測異常檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于多分辨率集成的航天器遙測異常檢測方法。

背景技術(shù)

航天器是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜精密的高科技機(jī)器，有著非常多的遙測傳感器，負(fù)責(zé)收集溫度、輻射、功率、儀表和主機(jī)活動(dòng)等方面信息。鑒于這些遙測傳感器的復(fù)雜性和昂貴的維修成本，監(jiān)測這些傳感器的活動(dòng)是開展航天活動(dòng)一個(gè)重要和必要的組成部分。航天器遙測數(shù)據(jù)異常檢測是增強(qiáng)航天器在軌可靠性和安全高效運(yùn)行的主要依據(jù)，也是地面運(yùn)管人員了解和監(jiān)測航天器在軌運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)鍵技術(shù)。

目前，航天器遙測的異常檢測方法主要包括：通過可視化序列數(shù)據(jù)和匯總傳感器統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的手動(dòng)分析方法；基于數(shù)據(jù)的密度和距離等相似性度量的機(jī)器學(xué)習(xí)方法；基于有監(jiān)督和無監(jiān)督的深度學(xué)習(xí)方法。由于航天器遙測數(shù)據(jù)規(guī)模龐大且非常復(fù)雜，手動(dòng)分析遙測數(shù)據(jù)成本很昂貴，且依賴于特定領(lǐng)域的專家知識。基于相似性度量的機(jī)器學(xué)習(xí)方法通常將遙測序列數(shù)據(jù)看作高維數(shù)據(jù)集合分析其分布，這種技術(shù)無法獲得遙測序列數(shù)據(jù)的時(shí)序依賴性，且容易受噪聲影響。由于航天器遙測數(shù)據(jù)通常缺乏標(biāo)注信息且異常數(shù)據(jù)數(shù)量遠(yuǎn)少于正常數(shù)據(jù)，有監(jiān)督分類方法適用性大打折扣。因此，本文通過多分辨率集成的無監(jiān)督方法來自動(dòng)捕獲航天器遙測數(shù)據(jù)中復(fù)雜的時(shí)序依賴關(guān)系，能夠避免噪聲數(shù)據(jù)的影響，從而實(shí)現(xiàn)高效的異常檢測目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，提供一種基于多分辨率集成的航天器遙測異常檢測方法，該方法設(shè)計(jì)一個(gè)多分辨率編碼模塊和一個(gè)多分辨率解碼模塊，結(jié)合形狀約束損失，自動(dòng)捕獲序列數(shù)據(jù)中復(fù)雜的時(shí)序依賴關(guān)系，采用下采樣操作來過濾數(shù)據(jù)中的噪聲，以無監(jiān)督方式有效檢測航天器遙測數(shù)據(jù)異常值。

本發(fā)明的目的可以通過采取如下技術(shù)方案達(dá)到：

一種基于多分辨率集成的航天器遙測異常檢測方法，所述航天器遙測異常檢測方法包括以下步驟：

S1、獲取航天器遙測數(shù)據(jù)，并對遙測數(shù)據(jù)進(jìn)行包括標(biāo)準(zhǔn)化在內(nèi)的預(yù)處理；包括標(biāo)準(zhǔn)化在內(nèi)的預(yù)處理操作能夠減少數(shù)值量綱帶來的不利影響。

S2、對航天器遙測數(shù)據(jù)進(jìn)行下采樣，組織成不同長度的輸入序列數(shù)據(jù)；

S3、將所述輸入序列數(shù)據(jù)輸入多分辨率編碼模塊，得到隱層特征；

S4、融合所述隱層特征，將融合后的隱層特征輸入多分辨率解碼模塊，得到輸出序列數(shù)據(jù)；

S5、引入形狀約束損失約束輸出序列的形狀，并結(jié)合重構(gòu)損失迭代訓(xùn)練；

S6、根據(jù)輸入序列和輸出序列的重構(gòu)誤差計(jì)算相應(yīng)的異常分?jǐn)?shù)，檢測出遙測數(shù)據(jù)中的異常值。

進(jìn)一步地，所述步驟S1中包括標(biāo)準(zhǔn)化在內(nèi)的預(yù)處理操作能夠減少數(shù)值量綱帶來的影響。

進(jìn)一步地，所述步驟S2中對航天器遙測傳感數(shù)據(jù)X＝{x₁,x₂,…,x_T}，其中x_T表示T時(shí)刻的遙測數(shù)據(jù)，T表示序列數(shù)據(jù)的長度，進(jìn)行下采樣得到K條下采樣序列，下采樣過程如下：