CN103336249B - 一种导航卫星电源系统自主管理仿真验证系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种导航卫星电源系统自主管理仿真验证系统，包括顺次相连的故障注入子系统、仿真环境子系统和故障诊断子系统，通过建立故障注入子系统、仿真环境子系统、故障诊断子系统，分别实现卫星电源系统故障数据的产生和注入，数据的解析、转发、和显示，故障的诊断和诊断规则定义。通过电源系统自主管理仿真验证系统，卫星总体设计人员不仅可以非常方便的对制定的在轨自主管理方案进行仿真和验证，提高设计的效率，同时对在轨故障的应对预案进行有效的支持验证。
Description
技术领域
本发明涉及导航卫星领域，具体涉及一种导航卫星电源系统自主管理仿真验证系统。
背景技术
二代导航卫星二期工程是全球卫星导航定位系统工程，其具有卫星数量多、寿命长、星座管理复杂等特点。一旦卫星组网完成，地面测控系统的的管理任务将面临极大的考验，正常运转的系统具有35颗卫星和4个地面测控站，如果考虑失效卫星替换，在轨运行的导航卫星数量可能最多达到50颗以上。卫星数量多，测控任务量非常大；另外大部分导航卫星在轨运行均存在一定时间的不可见弧段，因此自主健康管理技术是实现导航卫星系统安全性、可靠性和经济适用性的重要技术之一。提高卫星飞行任务运行的自主能力，可以大大提高星座运行的可靠性，同时减小地面测控系统的任务量。
电源系统是卫星的生命线，电源系统的可靠性和寿命一定程度上决定了卫星工作的可靠性和寿命。卫星电源系统自主健康管理以电源系统故障诊断技术为基础，先通过故障诊断和故障的早期预报对电源系统状态进行评估，再通过健康管理系统进行决策，自主采取所需处理措施，最大限度地减小故障对整个卫星系统造成的影响，减少系统维护费用和增加卫星使用寿命。因此，需要设计一套导航卫星电源系统自主管理仿真验证系统来提高自主管理方案设计的效率，同时对在轨故障的应对预案进行有效的支持验证。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种导航卫星电源系统自主管理仿真验证系统，能够对已制定的在轨自主管理方案进行仿真验证。
本发明的一种导航卫星电源系统自主管理仿真验证系统，包括顺次相连的故障注入子系统、仿真环境子系统和故障诊断子系统，其中：
所述故障注入子系统包括电源仿真模块、数据接口模块和人机交互模块，电源仿真模块和人机交互模块分别与数据接口模块相连，其中：
所述人机交互模块预存导航卫星电源系统的多个典型的故障模型，每个故障模型包括该条故障的故障名称、故障发生时段、故障诊断规则、故障的处理对策、故障的影响以及故障处理结果；人机交互模块还提供手工输入窗口，供工作人员在典型的故障模型中选择一个或者多个模型；人机交互模块将工作人员选择的故障模型通过数据接口模块发送给所述电源仿真模块；
所述电源仿真模块用于生成导航卫星电源系统在轨正常工作模式下的遥测数据，在未接收到人机交互模块发送的典型的故障模型时，通过数据接口模块将正常工作时的遥测数据发送给仿真环境子系统；电源仿真模块接收到人机交互模块发送的故障模型后，根据接收到的故障模型中的故障参数更改相应的遥测数据，然后电源仿真模块将产生的卫星故障模式下的遥测数据通过数据接口模块发送给仿真环境子系统；
所述仿真环境子系统包括顺次相连的前端模块、数据处理模块和显示模块，其中，所述前端模块与故障注入子系统的数据接口模块相连，前端模块接收故障注入子系统的遥测数据后，发送给数据处理模块；所述数据处理模块接收到遥测数据后，对遥测数据进行解析，解析后存储并发给显示模块；所述显示模块对遥测数据以数据订阅的方式进行显示；
所述故障诊断子系统包括数据注入模块、推理机模块、故障与对策数据库、人机界面模块，所述推理机模块与数据注入模块、故障与对策数据库以及人机界面模块分别相连；故障与对策数据库中存储所述典型的故障模型，数据注入模块接收前端模块发送的遥测数据后，发送给推理机模块，推理机模块调用故障与对策数据库中的故障模型，并依据故障模型中的故障诊断规则对遥测数据进行推理，如果在遥测数据中没有诊断出故障，则将遥测信息发给人机界面模块；如果诊断出故障，找到该条故障对应的处理对策，将故障与对应的处理对策发给人机界面模块；所述人机界面模块将接收到的遥测数据、故障以及处理对策进行显示，同时，将故障的处理对策生成遥控指令，依次通过推理机模块和数据注入模块发送给前端模块；所述前端模块再将遥控指令通过数据接口发送给电源仿真模块，电源仿真模块根据遥控指令更改遥测数据中的故障数据对应的参数值。
其中，典型故障模型包括：负载过流故障、一个分流支路全分流、放电调节器输入欠压、放电调节器输出过压、充电调节器输入过流、充电调节器输出过流、蓄电池组过充电、蓄电池单体短路、蓄电池单体开路、蓄电池均衡管理器不均衡和遥测遥控功能失效。
所述人机界面模块还与故障与对策数据库相连，人机界面模块提供手动输入界面，供工作人员修改典型故障的诊断规则，并将修改后的诊断规则对应更新到故障与对策数据库。
本发明具有如下有益效果：
通过建立故障注入子系统、仿真环境子系统、故障诊断子系统，分别实现卫星电源系统故障数据的产生和注入，数据的解析、转发、和显示，故障的诊断和诊断规则定义。通过电源系统自主管理仿真验证系统，卫星总体设计人员不仅可以非常方便的对制定的在轨自主管理方案进行仿真和验证，提高设计的效率，同时对在轨故障的应对预案进行有效的支持验证。
附图说明
图1为本发明的系统框图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如图1所示，本发明的一种导航卫星电源系统自主管理仿真验证系统，包括顺次相连的故障注入子系统、仿真环境子系统和故障诊断子系统，其中：
故障注入子系统包括电源仿真模块、数据接口模块和人机交互模块，电源仿真模块和人机交互模块分别与数据接口模块相连，其中：
人机交互模块预存导航卫星电源系统的多个典型的故障模型，每个故障模型包括该条故障的故障名称、故障发生时段、故障诊断规则、故障的处理对策、故障的影响以及故障处理结果；人机交互模块还提供手工输入窗口，供工作人员在典型的故障模型中选择一个或者多个模型；人机交互模块将工作人员选择的故障模型通过数据接口模块发送给电源仿真模块；
电源仿真模块用于生成导航卫星电源系统在轨正常工作模式下的遥测数据，在未接收到人机交互模块发送的典型的故障模型时，通过数据接口模块将正常工作时的遥测数据发送给仿真环境子系统；电源仿真模块接收到人机交互模块发送的故障模型后，根据接收到的故障模型中的故障参数更改相应的遥测数据，然后电源仿真模块将产生的卫星故障模式下的遥测数据通过数据接口模块发送给仿真环境子系统；
仿真环境子系统包括顺次相连的前端模块、数据处理模块和显示模块，其中，前端模块与故障注入子系统的数据接口模块相连，前端模块接收故障注入子系统的遥测数据后，发送给数据处理模块；数据处理模块接收到遥测数据后，对遥测数据进行解析，解析后存储并发给显示模块，其中解析包括对数据进行组帧等；显示模块对遥测数据以数据订阅的方式进行显示，实现全部遥测数据的表格化、曲线化显示与实时监视。
故障诊断子系统包括数据注入模块、推理机模块、故障与对策数据库、人机界面模块，推理机模块与数据注入模块、故障与对策数据库以及人机界面模块分别相连；故障与对策数据库中存储典型的故障模型，数据注入模块接收前端模块发送的遥测数据后，发送给推理机模块，推理机模块调用故障与对策数据库中的故障模型，并依据故障模型中的故障诊断规则对遥测数据进行推理，如果在遥测数据中没有诊断出故障，则将遥测信息发给人机界面模块；如果诊断出故障，找到该条故障对应的处理对策，将故障与对应的处理对策发给人机界面模块；人机界面模块将接收到的遥测数据、故障以及处理对策进行显示，同时，将故障的处理对策生成遥控指令，依次通过推理机模块和数据注入模块发送给前端模块；前端模块再将遥控指令通过数据接口发送给电源仿真模块，电源仿真模块根据遥控指令更改遥测数据中的故障数据对应的参数值。
其中，根据导航卫星电源系统的工作属性，提出了11种典型的故障模型，包括：负载过流故障、一个分流支路全分流、放电调节器输入欠压、放电调节器输出过压、充电调节器输入过流、充电调节器输出过流、蓄电池组过充电、蓄电池单体短路、蓄电池单体开路、蓄电池均衡管理器不均衡和遥测遥控功能失效。
为了方便对典型故障的维护和修改，本发明的系统还将人机界面模块与故障与对策数据库相连，人机界面模块提供手动输入界面，供工作人员修改典型故障的诊断规则，并将修改后的诊断规则对应更新到故障与对策数据库，可以实现动态添加故障信息与恢复策略。
综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种导航卫星电源系统自主管理仿真验证系统，其特征在于，包括顺次相连的故障注入子系统、仿真环境子系统和故障诊断子系统，其中：
所述故障注入子系统包括电源仿真模块、数据接口模块和人机交互模块，电源仿真模块和人机交互模块分别与数据接口模块相连，其中：
所述人机交互模块预存导航卫星电源系统的多个典型的故障模型，每个故障模型包括故障的故障名称、故障发生时段、故障诊断规则、故障的处理对策、故障的影响以及故障处理结果；人机交互模块还提供手工输入窗口，供工作人员在典型的故障模型中选择一个或者多个模型；人机交互模块将工作人员选择的故障模型通过数据接口模块发送给所述电源仿真模块；
所述电源仿真模块用于生成导航卫星电源系统在轨正常工作模式下的遥测数据，在未接收到人机交互模块发送的典型的故障模型时，通过数据接口模块将正常工作时的遥测数据发送给仿真环境子系统；电源仿真模块接收到人机交互模块发送的故障模型后，根据接收到的故障模型中的故障参数更改相应的遥测数据，然后电源仿真模块将产生的卫星故障模式下的遥测数据通过数据接口模块发送给仿真环境子系统；
所述仿真环境子系统包括顺次相连的前端模块、数据处理模块和显示模块，其中，所述前端模块与故障注入子系统的数据接口模块相连，前端模块接收故障注入子系统的遥测数据后，发送给数据处理模块；所述数据处理模块接收到遥测数据后，对遥测数据进行解析，解析后存储并发给显示模块；所述显示模块对遥测数据以数据订阅的方式进行显示；
所述故障诊断子系统包括数据注入模块、推理机模块、故障与对策数据库、人机界面模块，所述推理机模块与数据注入模块、故障与对策数据库以及人机界面模块分别相连；故障与对策数据库中存储所述典型的故障模型，数据注入模块接收前端模块发送的遥测数据后，发送给推理机模块，推理机模块调用故障与对策数据库中的故障模型，并依据故障模型中的故障诊断规则对遥测数据进行推理，如果在遥测数据中没有诊断出故障，则将遥测信息发给人机界面模块；如果诊断出故障，找到该条故障对应的处理对策，将故障与对应的处理对策发给人机界面模块；所述人机界面模块将接收到的遥测数据、故障以及处理对策进行显示，同时，将故障的处理对策生成遥控指令，依次通过推理机模块和数据注入模块发送给前端模块；所述前端模块再将遥控指令通过数据接口发送给电源仿真模块，电源仿真模块根据遥控指令更改遥测数据中的故障数据对应的参数值。
2.如权利要求1所述的一种导航卫星电源系统自主管理仿真验证系统，其特征在于，典型故障模型包括：负载过流故障、一个分流支路全分流、放电调节器输入欠压、放电调节器输出过压、充电调节器输入过流、充电调节器输出过流、蓄电池组过充电、蓄电池单体短路、蓄电池单体开路、蓄电池均衡管理器不均衡和遥测遥控功能失效。
3.如权利要求1所述的一种导航卫星电源系统自主管理仿真验证系统，其特征在于，所述人机界面模块还与故障与对策数据库相连，人机界面模块提供手动输入界面，供工作人员修改典型故障的诊断规则，并将修改后的诊断规则对应更新到故障与对策数据库。
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