CN103336170B

CN103336170B - 基于命令集的空间光学遥感器功率特性的分析方法

Info

Publication number: CN103336170B
Application number: CN201310275685.6A
Authority: CN
Inventors: 吴伟平; 闫得杰; 王栋
Original assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Current assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority date: 2013-07-02
Filing date: 2013-07-02
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2033-07-02
Also published as: CN103336170A

Abstract

基于命令集的空间光学遥感器功率特性的分析方法，涉及智能信息处理领域，解决现有对空间光学遥感器功率特性分析采用阈值方法进行监测时存在灵敏度较低，同时存在浪涌电流导致的系统误警率高等问题，进而难以达到实际使用水平的问题，本发明有效地解决了分析阈值函数难于计算，被测系统存在浪涌电流导致的系统误警率高等问题，具有很高的告警灵敏度。本发明对空间遥感器在地面检测过程中及时发现问题，减小危害有着重要的作用。将空间光学遥感器执行的命令集与功率特性相对应，使检测结果不仅限于正常异常，而且能够提供各时间点准确、完整、全面的遥感器状态信息。

Description

基于命令集的空间光学遥感器功率特性的分析方法

技术领域

本发明涉及智能信息处理领域，具体涉及对空间光学遥感器功率特性的采集和分析处理技术。

背景技术

空间光学遥感器的功率特性是反映其工作状态的重要指标之一，很多的异常状况都会在负载功率特性上反映出来，例如浪涌、偏流调焦机构异常、热控异常等等。功率监测法是通过测量负荷功率或电流和电压间相位差及电流波形变化来达到监测负载运行状态的目的，它因为其简单、低成本、实用等特点被广泛应用于数控加工的过程监测中。根据被检信号特点的不同采用传统的阈值法，傅立叶分析法或小波分析方法对信号进行分析。

空间光学遥感器在研发实验过程中实验时间长强度大，人员无法不间断地监视，因此研究空间光学遥感器功率特性的分析告警方法有着重要的实用价值。空间光学遥感器的功率信息噪声很小，工作时功率特性相对稳定，适合采用阈值法进行监测。但其整体的工作方式多种多样，且传统的阈值方法需要在阈值函数的提取上花费很大的精力，而且灵敏度较低，难以达到实际使用水平。因此研究自动化程度好、灵敏度高、方便实用的监控分析方法是目前遥感器功率监控分析研究的主要方向。

发明内容

本发明为解决现有对空间光学遥感器功率特性分析采用阈值方法进行监测时存在灵敏度较低，同时存在浪涌电流导致的系统误警率高等问题，进而难以达到实际使用水平的问题，提供一种基于命令集的空间光学遥感器功率特性的分析方法。

基于命令集的空间光学遥感器功率特性的分析方法，该方法由以下步骤实现：

步骤一、卫星管控仿真系统通过外部通讯总线向空间遥感器电控系统发送控制命令，同时接收空间遥感器电控系统反馈的工作状态参数，所述空间遥感器电控系统根据接收的控制命令对成像系统、热控系统和活动部件进行控制；在摄像前，空间遥感器电控系统控制活动部件执行调焦和调偏流，调整后空间遥感器电控系统进行摄像；当遥感器热环境发生变化时，空间遥感器电控系统控制热控系统进行加热；

步骤二、功率监控分析软件实时接收外部通讯总线发送至空间遥感器电控系统的控制命令和空间遥感器电控系统反馈至卫星管控仿真系统的工作状态参数，并对获得的控制命令和工作状态参数进行解析，获得命令集；同时，功率监控分析软件以固定频率对空间遥感器电控系统的供电电源的电压、电流信息进行实时采集，获得电源输出功率的信息；

步骤三、功率监控分析软件根据步骤二获得的功率信息和命令集分析当前遥感器功率特性是否满足正常工作的要求，当出现异常时立即产生告警，控制人员向电源发送下电命令。

所述根据功率信息和命令集分析当前遥感器功率特性的具体过程为：

步骤A、设定功率监控分析软件通过监控总线获得的命令集为监控集X，设定控制人员向空间光学遥感器电控系统发送的控制命令的集合为注入集X〞，设定遥感器测试过程中执行的命令集共变化了n次，k∈[1,n]，则X_k、X_k〞分别表示第k次变化后的监控集和注入集；功率判定方式依据公式一、公式二和公式三；

公式一、w_min（X_k-1）≤w_p′≤w_max（X_k-1）；

公式二、w_min（X_k〞）≤w_p′≤w_max（X_k〞）；

公式三、w_min（X_k〞）≤w_p′≤w_max（X_k〞）+∮x_k〞；

式中，w_p′为功率监控分析软件采集获得的当前遥感器的执行功率，对任意命令x的功率函数为w=g(x)，阈值上限w_max为命令x对应功率的最大值，即w_max=Max（g(x)）；其阈值下限w_min为命令x对应功率的最小值，即w_min=Min（g(x)）；其中命令集的阈值上下限为集合内的命令对应阈值上下限的和，即w_max(X)=Max(g(x₁))+Max(g(x₂))+…+Max(g(x_n))和w_min(x)=Min(g(x₁))+Min(g(x₂))+…+Min(g(x_n))，所述X={x₁,x₂…x_n}；∮x_k〞为命令集X_k〞-X_k-1〞中产生浪涌命令的浪涌最大值之和；浪涌标记取值范围是0和1,0表示当前时刻不存在浪涌，1表示当前时刻存在浪涌，其初始值为0；设定遥感器实际执行的命令集发生改变的时刻依次为t₁、t₂、…t_n，对应的注入集依次为X₁〞、X₂〞、…X_n〞，

步骤B、判断是否继续监控，如果是，功率监控分析软件采集当前电源的功率、监控集和注入集，并记录信息，执行步骤C；如果否，监控结束；

步骤C、判断当前时刻是否处于任意⊿t₀内，⊿t₀为监控集与注入集之间最大延迟时间；如果是，执行步骤D；如果否，执行步骤E；

步骤D、判断是否满足监控集的公式一，如果是，返回步骤B；如果否，执行步骤F；

步骤E、判断浪涌标记是否为1，如果是，设置浪涌标记为0；执行步骤G；如果否，执行步骤G；

步骤F、判断是否存在浪涌命令，如果是，执行步骤H；如果否，执行步骤K；

步骤G、判断当前注入集与监控集是否相同，如果是，执行步骤I；如果否，执行步骤L；

步骤H、判断浪涌标记是否为0，如果是，设置浪涌标记为1，执行步骤J；如果否，执行步骤K；

步骤I、判断是否满足注入集的公式二，如果是，返回步骤B；如果否，执行步骤L；

步骤J、判断是否满足注入集的公式三，如果是，返回步骤B；如果否，执行步骤L；

步骤K、判断是否满足注入集的公式二，如果是，返回步骤B；如果否，执行步骤L；

步骤L、报警并记录信息，返回步骤B。

本发明的有益效果：

一、本发明给出了一种实用的空间光学遥感器功率特性的监控和分析方法，有效地解决了分析阈值函数难于计算，被测系统存在浪涌电流导致的系统误警率高等问题，具有很高的告警灵敏度。对空间遥感器在地面检测过程中及时发现问题，减小危害有着重要的作用。

二、本发明所述的方法是一个分区间的动态阈值法，将空间光学遥感器执行的命令集与功率特性相对应，使检测结果不仅限于正常异常，而且能够提供各时间点准确、完整、全面的遥感器状态信息，为解决问题提供了有力的数据支持。

附图说明

图1为本发明所述基于命令集的空间光学遥感器功率特性的分析方法中遥感器功率监控的基本架构示意图；

图2为本发明所述的基于命令集的空间光学遥感器功率特性的分析方法中的空间光学遥感器实际执行的命令集变化时刻示意图；

图3为本发明所述的基于命令集的空间光学遥感器功率特性的分析方法中的监控分析软件的软件模块图；

图4为本发明所述的基于命令集的空间光学遥感器功率特性的分析方法的功率分析流程图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1至图4说明本实施方式，基于命令集的空间光学遥感器功率特性的分析方法，该方法的具体过程为：

步骤A、设定功率监控分析软件通过监控总线获得的命令集为监控集X，设定控制人员向空间光学遥感器电控系统发送的控制命令的集合为注入集X〞，设定当前空间光学遥感器实际执行的命令集为运行集X′设定遥感器测试过程中执行的命令集共变化了n次，k∈[1,n]，则X_k、X_k〞分别表示第k次变化后的监控集和注入集；功率判定方式依据公式一、公式二和公式三；

公式一、w_min（X_k-1）≤w_p′≤w_max（X_k-1）；

公式二、w_min（X_k〞）≤w_p′≤w_max（X_k〞）；

公式三、w_min（X_k〞）≤w_p′≤w_max（X_k〞）+∮x_k〞；

式中，w_p′为功率监控分析软件采集获得的当前遥感器的执行功率，即运行集X′执行时所产生的功率。而运行集X′是无法得到的，只能通过监控集和注入集来近似模拟。由于监控集时间上略慢于运行集，而注入集与运行集之间也存在微小的误差，设定遥感器的运行集发生改变的时刻依次为t₁、t₂、…t_n，对应的注入集依次为X₁〞、X₂〞、…Xn〞，则在任意（t_k-⊿t₀，t_k+⊿t₀），k∈[1,n]内，注入集、监控集和运行集之间的更新时间会有差异，在此之外的时间段，这三个集合内的元素应相同。在任意（t_k-⊿t₀，t_k+⊿t₀），k∈[1,n]内，运行集从X_k-1〞变化为X_k〞，则功率判定式相应地从公式一变为公式二，从t_k-⊿t₀时刻开始用公式一判定，采用监控集代替运行集，一旦产生不满足公式一的功率值，可能发生以下两种情况：一是该功率值不满足公式一，但能够满足公式二；二是该功率值既不满足公式一也不满足公式二。第二种情况显然发生了异常，应立即进行告警动作。第一种情况可能有两个原因引起：一是运行集从X_k-1〞变化为X_k〞导致的，是正常的命令执行；二是运行集没有变化，而是发生了异常状况，异常功率恰巧在公式二的范围内。而实际工程中这种“恰巧异常”是很少见的，不作为本方法主要解决的问题。对任意命令x的功率函数为w=g(x)，阈值上限w_max为命令x对应功率的最大值，即w_max=Max（g(x)）；其阈值下限w_min为命令x对应功率的最小值，即w_min=Min（g(x)）；其中命令集的阈值上下限为集合内的命令对应阈值上下限的和，即w_max(X)=Max(g(x₁))+Max(g(x₂))+…+Max(g(x_n))和w_min(x)=Min(g(x₁))+Min(g(x₂))+…+Min(g(x_n))，所述X={x₁,x₂…x_n}；∮x_k〞为命令集X_k〞-X_k-1〞中产生浪涌命令的浪涌最大值之和；浪涌标记取值范围是0和1,0表示当前时刻不存在浪涌，1表示当前时刻存在浪涌，其初始值为0。

步骤E、判断浪涌标记是否开始，如果是，设置浪涌标记为结束；执行步骤G；如果否，执行步骤G；

步骤H、判断浪涌标记是否为结束，如果是，设置浪涌标记为开始，执行步骤J；如果否，执行步骤K；

步骤L、报警并记录信息，返回步骤B。

本实施方式所述的功率监控分析软件包括1553B总线监听模块、注入指令解析模块、监控指令解析模块、功率采集模块、指令分析模块和检测信息库；所述1553B总线监听模块分别接收卫星管控仿真系统发送的控制命令和空间遥感器电控系统反馈的状态参数，并分别送入注入指令解析模块和监控指令解析模块形成注入集和监控集，同时功能采集模块采集当前电源的功率信息，指令分析模块根据注入集、监控集以及功率信息并结合检测信息库给出的分析结果送入告警模块。所述功率监控分析软件以固定频率对空间遥感器电控系统的供电电源的电压、电流信息进行实时采集，采集频率为50ms。

具体实施方式二、本实施方式为具体实施方式一所述的基于命令集的空间光学遥感器功率特性的分析方法的实施例：

一、某空间光学遥感器外部总线采用1553B通讯总线，每隔500ms向卫星管控仿真系统反馈当前的工作状态参数。遥感器供电电源采用安捷伦公司生产的6655A单通道直流电源，该电源集成有电压、电流采集模块,可通过GPIB接口或网络接口输出电源的信息，可接受SCPI（可编程仪器的标准命令）。

二、所述的空间光学遥感器功率特性分析方法由1553B总线监听卡、6655A单通道直流电源、一台集成千兆网口的通用计算机和所述的功率监控分析软件组成。通过6655A电源集成的功率采集模块采集功率信息，并通过网络反馈至电源监控系统计算机的千兆网络接口，功率采集处理软件接收千兆网络传输的功率信息，将得到的电源输出功率情况；采集频率采用总线通讯频率的10倍，即50ms。

三、所述的功率监控分析软件通过PCI总线控制1553B总线通讯卡接收1553B总线上的数据，获取当前遥感器控制命令和状态参数实时地维护当前注入集和监控集；

四、功率监控分析软件由6个模块组成，1553B总线监听模块、注入指令解析模块、监控指令解析模块、功率采集模块、指令分析模块和检测信息库；系统通过1553B总线监听模块分别接受卫星管控仿真系统发送的控制命令和遥感器反馈的状态参数，并分别送入注入命令解析模块和监控命令解析模块形成注入集和监控集。同时功率采集模块采集当前功率信息。功率分析模块综合以上信息并结合检测信息库给出分析结果送入告警模块，功率采集模块根据功率信息、命令集等信息分析当前遥感器功率特性是否满足正常工作的要求，当出现危险时立即产生告警，并继续进行监控过程，直至用户停止监控过程。当异常值与正常之差的绝对值超过预设的告警限值（经验值，一般可采用系统峰值功率的1%）时，并通过网络向电源发送下电命令，保证产品安全。

五、算法中使用的函数w=g(x)，∮x_k〞的计算方法采用命令功率关系表来实现，即先初始化一张命令功率对应关系表，在计算时查找表中对应项即可。针对每组不同的功率负载，系统都存储一张命令与功率关系的对应表，该表各列分别对应不同的命令，各行分别对应功率的范围、浪涌的限额和延迟时间⊿t₀如表1所示。

表1

⊿t₀的选取一般可结合总线的通讯周期考虑，选取总线通讯周期的最小倍数，使得⊿t₀能够保证在（t_k-⊿t₀，t_k+⊿t₀），k∈[1,n]之外监控集与执行集完全相同。本应用中总线通讯周期为500ms。任何命令执行后，其相应的状态位都会在最近的外部总线通讯周期输出，因此⊿t₀的选为总线通讯周期的1倍，500ms即可。各个命令间的区分以能够独立产生功率变化为准，例如加热命令，空间光学遥感器一般有多个加热区，各个加热区的加热功率不同，可分别单独或组合加热，这时要将加热命令区分为多个针对不同加热区的命令。由于遥感器输入电压恒定，各功率值采用电流值表示，单位安培；延迟时间⊿t₀的单位为采集信息的周期数，n表示n个采集周期。本应用中采集周期为50ms，浪涌时间一般低于1ms，因此⊿t₀的取1。

若X₁增加一个命令x_k即等于集合X₂（或者X₁减少一个命令X_k即等于集合X₂），则称X₁与X₂间的距离为1，X₁与X₂称为x_k的可计算差集。假设g(x_k+x_s)=g(x_k)+g(x_s)，即各命令在产生的功率的作用上相互独立，g(x_k)_max=w_max（X₁）-w_max（X₂），g(x_k)_min=w_min（X₁）-w_min（X₂）。

为保证该方法在工程中的可用性，命令功率关系表的生成采用理论估计，实验迭代修正的方式，即测试人员先根据各负载的理论功耗和测试经验设置表中各项初始值，然后进行一系列参数确认实验，从简单的待机状态，逐步增加执行命令，直至满负载执行。实验过程重复执行5次以排除随机干扰。监控系统自动记录每次采集到的监控集和对应的功率。每次实验完成后，首先删除全部（t_k-⊿t₀，t_k+⊿t₀）时间内的记录，然后对剩余记录按命令集排序，求出所有命令的可计算差集，计算g(x_k)_max和g(x_k)_min，并分别于命令功率关系表中的功率上下限相比较，取其最大值作为上限，最小值为下限。五次实验结果计算完成后，得到最终的功率关系表。

Claims

1.基于命令集的空间光学遥感器功率特性的分析方法，其特征是，该方法由以下步骤实现：

步骤三、功率监控分析软件根据步骤二获得的功率信息和命令集分析当前遥感器功率特性是否满足正常工作的要求，当出现异常时立即产生告警，控制人员向电源发送下电命令；

所述根据步骤二获得的功率信息和命令集分析当前遥感器功率特性的具体过程为：

公式一、w_min(X_k-1)≤w_p′≤w_max(X_k-1)；

公式二、w_min(X_k〞)≤w_p′≤w_max(X_k〞)；

公式三、w_min(X_k〞)≤w_p′≤w_max(X_k〞)+∮x_k〞；

式中，w_p′为功率监控分析软件采集获得的当前遥感器的执行功率，对任意命令x的功率函数为w＝g(x)，阈值上限w_max为命令x对应功率的最大值，即w_max＝Max(g(x))；其阈值下限w_min为命令x对应功率的最小值，即w_min＝Min(g(x))；其中命令集的阈值上下限为集合内的命令对应阈值上下限的和，即w_max(X)＝Max(g(x₁))+Max(g(x₂))+…+Max(g(x_n))和w_min(x)＝Min(g(x₁))+Min(g(x₂))+…+Min(g(x_n))，所述X＝{x₁,x₂…x_n}；∮x_k〞为命令集X_k〞-X_k-1〞中产生浪涌命令的浪涌最大值之和；浪涌标记取值范围是0和1,0表示当前时刻不存在浪涌，1表示当前时刻存在浪涌，初始值为0；设定遥感器实际执行的命令集发生改变的时刻依次为t₁、t₂、…t_n，对应的注入集依次为X₁〞、X₂〞、…X_n〞，

步骤L、报警并记录信息，返回步骤B。

2.根据权利要求1所述基于命令集的空间光学遥感器功率特性的分析方法，其特征在于，所述功率监控分析软件包括1553B总线监听模块、注入指令解析模块、监控指令解析模块、功率采集模块、指令分析模块和检测信息库；所述1553B总线监听模块分别接收卫星管控仿真系统发送的控制命令和空间遥感器电控系统反馈的状态参数，并分别送入注入指令解析模块和监控指令解析模块形成注入集和监控集，同时功能采集模块采集当前电源的功率信息，指令分析模块根据注入集、监控集以及功率信息并结合检测信息库给出的分析结果送入告警模块。

3.根据权利要求1所述基于命令集的空间光学遥感器功率特性的分析方法，其特征在于，所述功率监控分析软件以固定频率对空间遥感器电控系统的供电电源的电压、电流信息进行实时采集，采集频率为50ms。