CN103812727A - 自动分析并定位深空测控站设备故障的诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种自动分析并定位深空测控站设备故障的诊断方法，旨在提供一种能够根据设备状态，结合系统指标测试结果，自动分析诊断和定位设备故障的方法，本发明通过下述技术方案予以实现：深空测控系统故障诊断的实现涉及系统监控软件、自动化测试软件和故障诊断软件，主要的故障诊断工作由故障诊断软件实现，系统监控软件通过设备状态查询命令，每秒钟定时采集设备所有状态，故障诊断软件与系统监控软件交互，获取设备当前状态；故障诊断软件通过系统监控软件控制自动化测试软件完成系统指标测试，获取系统指标数据；故障诊断软件依据设备状态、系统指标数据以及事先设定的故障树，进行推理分析，最终可将设备故障定位到最小可更换单元。

Description

自动分析并定位深空测控站设备故障的诊断方法

技术领域

本发明是关于航天测控领域中，深空测控系统故障的诊断方法，更具体的说，本发明是关于自动分析并定位深空测控站设备故障的诊断方法。

背景技术

深空探测是指脱离地球引力场,进入太阳系和宇宙空间的航天活动。深空测控系统不同于现有的地基测控系统、天基测控系统,其接收信号微弱、信号时延巨大。航天测控设备是个复杂的大系统。故障诊断、测试维护是测控站长期可靠稳定运行的保障。特别是深空测控站，由于设备数量多，链路复杂，当设备发生故障时，需要操作人员具有相当专业的知识才能对故障进行分离诊断，耗时长且操作繁杂。为了对设备故障进行快速、准确诊断,需要有专业的故障诊断软件，针对深空测控设备的特性对设备故障进行快速诊断、定位。《电讯技术》2009年08期公开了基于CBR和RBR混合推理的专家系统诊断方法与基于故障树模型的诊断方法,设计了航天测控设备离线式智能故障诊断系统。该基于CBR和RBR混合推理专家系统的层次诊断结构模型、知识表示方法以及CBR和RBR诊断推理机制,建立了基于故障树的图论模型,给出了基于故障树模型的知识表示方法和诊断推理方法。这种采用面向对象的方法,需要基于Visual C++和CLIPS环境才能得到实现。传统的传递系统模型在航天器自主诊断系统中只能表示单一粒度诊断知识,知识表示的完备性差,导致诊断结果的分辨率不高,且诊断系统执行效率低的问题。针对这些问题，《航空学报》2013年2期提出了基于分层传递系统模型的航天器故障诊断方法。该方法为了保证不同粒度诊断知识的完备性表示,将系统模型按不同粒度和结构关系进行分层，通过自顶向下的递归搜索,先监测系统异常,再匹配故障类型,逐层缩小搜索空间,找出故障候选集和故障的层次关系，同时为了减小计算规模,在诊断过程中引入了分离策略,降低实时诊断计算量。虽然应用该方法可以增加模型知识表示的完备性,能提高诊断效率和结果的分辨率。此方法对于设备配置简单的测控站具有获取设备故障效率高、故障结果分辨率高优点。但对于深空测控站这种配置复杂的设备不一定能够实现。一般来说传统的测控站仅仅依赖于设备上报的状态信息，就可从中获取设备故障状态直接向操作员提示，但由于深空测控站设备直接上报的状态中通常无法直接对应提示出损坏的设备单元，也就是说某些深空测控站设备直接上报的故障现象可能是由一个或多个设备单元损坏造成的，也可能是由其他设备损坏造成的；同时，还可能出现所有设备上报的状态均为正常，但设备指标异常的情况。

发明内容

本发明的目的是针对深空测控站设备较多，组合复杂的实际情况，提供一种可及时发现故障，轻松查找出设备问题，能够根据设备状态，结合设备系统指标测试结果，可自动分析和定位设备故障的诊断方法。

本发明解决现有技术问题所采用的方案是：一种自动分析并定位深空测控站设备故障的诊断方法，具有如下技术特征：在被监控设备与测试仪器之间相连有包含系统监控软件的系统监控计算机、包含故障诊断软件的故障诊断计算机和包含有自动化测试软件的自动化测试计算机；在故障诊断测试中，系统监控软件每秒向所有被监控设备发送查询命令，采集被监控设备所有状态信息，被监控设备响应设备状态查询，将各个故障监测点状态实时上报系统监控软件；故障诊断软件启动故障诊断流程，按照设定的故障树，依据被监控设备当前状态信息，判断相关设备故障状态和提示故障信息；故障诊断软件启动系统测试，依次测试相关被监控设备状态，对整个故障诊断流程进行统一调度和控制，向系统监控软件发送相关设备的指标测试请求；系统监控软件将待测的被监控设备信号接入测试仪器，构建自动化测试闭环环境，控制自动化测试软件完成指定设备系统指标的测试；故障诊断软件将系统监控软件获得设备系统指标测试结果与预设的设备系统指标门限值相比较，依据测试结果超过预设值与否，查找、判定发生故障的设备单元，分析得知可能的故障模块，显示诊断结果；测试结果正常，则继续进行其它设备的故障诊断。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

本发明针对深空测控设备较多，故障原因复杂的特点，采用了不同于传统测控站的设备故障信息获取方法。为深空测控设备提出了一种自动实现故障诊断的方法，在设备发生故障时，通过本发明可最终定位到设备最小可更换单元。

本发明将设备状态和系统指标测试结合起来，由软件自动依据系统设计专家事先设定的故障推理逻辑进行分析判断，在设备发生故障时，非专业人员也可以在较短的时间内，轻松查找出设备问题，在设备没有提示故障时，出于系统自检的目的，也可以启动软件的故障诊断流程，依据系统指标测试结果，判定系统的当前状态，若有故障可及时发现。

本发明故障诊断软件利用系统监控软件实现测控站监控设备的数据采集，获取测控站设备的详细状态参数；识别、处理设备故障；指挥测控站设备测试，获取设备的性能状态参数；分析并诊断设备故障的确切部位和原因，辅助测控站排除设备故障，恢复系统正常运行，完成设备维护。本发明不仅可以在深空测控站设备故障时，诊断故障使用，在设备正常时，也可以在故障诊断软件上运行诊断流程，作为设备日常自检来使用，使设备的故障可以尽早发现。

附图说明

下面结合附图和实施例对本专利进一步说明。

图1是本发明的深空测控系统故障诊断系统原理框图。

具体实施方式

参阅图1。在以下实施例中，自动分析并定位深空测控站设备故障的诊断系统，包括：在被监控设备与测试仪器之间相连有包含系统监控软件的系统监控计算机、包含故障诊断软件的故障诊断计算机和包含有自动化测试软件的自动化测试计算机。深空测控站设备故障诊断系统是故障诊断软件获取设备当前状态和系统指标测试结果，按照事先设定的故障判决逻辑推理诊断出设备故障单元。系统监控软件需要每秒对当前设备所有状态进行查询，实时获取被监控设备状态信息，作为故障诊断的重要依据之一。系统监控软件负责调度管理被监控设备系统指标测试过程，包括测试前的设备链路配置、参数设置、测试过程启动执行、测试结果获取工作。故障诊断软件需管理多个事先装订的故障树，对应于设备系统可能的各种故障，作为故障诊断的推理逻辑。故障诊断软件创建有完备的被监控设备产品信息、故障模式、分析诊断等数据库和知识库，具有设备级和模块级故障诊断定位能力。故障诊断软件管理每个被监控设备单元在一种特定参数条件下的设备系统指标门限值，作为故障诊断的重要依据。故障诊断软件对整个故障诊断流程进行统一调度控制，判断相关设备状态、诊断设备状态故障和设备系统指标、根据设备系统指标和设备状态综合分析得出结论。分为如下几个诊断步骤：相关设备判断、设备状态故障诊断、设备系统指标诊断、根据设备系统指标和设备状态综合分析得出结论。

在故障诊断测试中，系统监控软件每秒向所有被监控设备发送查询命令，被监控设备收到查询命令后向系统监控软件响应被监控设备状态查询响应，将本设备的各个故障监测点状态实时上报给系统监控软件。当被监控设备出现故障时，故障诊断软件启动相应的故障诊断流程，按照事先设定的故障树，首先对该故障相关的设备状态进行直接判断，若设备状态有故障，则提示出相应的故障信息，对于某些由复杂原因造成的故障，还需列出所有可能的原因；然后，故障诊断软件启动系统测试过程，依次测试与此故障相关的设备状态，具体测试步骤包括：故障诊断软件向系统监控软件发送与此故障相关设备的指标测试请求，由系统监控软件自动对被监控设备链路进行配置，控制信号源发送指定信号输入到被监控设备输入端口，将待测的被监控设备输出信号接入测试仪器，构建自动化测试闭环环境，并控制自动化测试软件完成指定系统指标的测试，获得系统指标测试结果。故障诊断软件通过系统监控软件获得系统指标测试结果后，与预设的系统指标门限值相比较，若测试结果超过预设值，则可判定该部分设备单元异常，结合被监控设备上报的直接状态信息，可分析得知可能的故障模块，若测试结果正常，可排除此次测试的设备，继续进行其他设备的故障诊断工作，直到完成与该故障相关所有设备的测试诊断，显示诊断结果。上述测试仪器可以是频谱仪设备。

系统监控软件获取被监控设备当前状态的过程是系统监控软件每秒向所有被监控设备发送查询命令，设备收到查询命令后向系统监控软件响应设备状态查询响应，将本被监控设备的各个状态实时上报给系统监控软件，上报状态包括被监控设备直接状态和监测点状态两种，其中被监控设备直接状态是可以直接反应被监控设备某个可更换单元的状态，如：电源状态、开关状态等，此类状态通常分为“故障/正常”两类，若提示故障，则表示电源模块或开关模块出现了损坏，需要更换；监测点状态是被监控设备内部对某个信号监测点的状态提示信息，如：本振模块锁定状态、小环接收机锁定状态等，此类状态通常分为“失锁/锁定”两类，若为锁定，表示设备状态正常，若为失锁，可能是设备模块损坏，也可能是外部信号没有电平输入。

获取系统指标测试结果的过程是故障诊断软件向系统监控软件发送系统指标测试请求，由系统监控软件自动对设备链路进行配置，构建自动化测试闭环环境，并控制自动化测试软件完成指定设备系统指标的测试，获得设备系统指标测试结果。当被监控设备系统出现功能异常，如测距、测速数据不正常，或遥控命令无法正确发出，此时，就需要故障诊断软件启动相应的故障诊断流程。首先，按照事先设定的故障树，找到与此故障相关的设备单元，并检查这些设备单元的直接状态中是否有模块故障，若有模块故障，则直接提示请操作员先更换损坏的模块。在排除了设备的直接模块故障后，若设备系统功能仍然不正常，需依据设备系统指标测试，进一步对故障原因进行分析。具体的分析步骤如下：若被监控设备A上报某模块失锁，需要分离是模块故障还是外部信号的原因，就需要故障诊断软件通过系统监控软件控制信号源，通过测试链路向被监控设备A的输入端口送固定电平的测试信号，控制频谱仪设备采集被监控设备A输出端口的耦合信号，控制自动化测试软件进行输出电平测试，测得的输出电平与事先装订的门限值相比较，若偏差在合理范围内，则可判定被监控设备A是正常的，否则可认定被监控设备A模块故障。按照上述系统指标测试步骤，依次对与此功能相关的被监控设备进行检查，即可最终找到真正发生故障的设备单元，实现设备的故障诊断功能。

以上所述的仅是本发明的优选实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些变更和改变应视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种自动分析并定位深空测控站设备故障的诊断方法，具有如下其特征在于：在被监控设备与测试仪器之间相连有包含系统监控软件的系统监控计算机、包含故障诊断软件的故障诊断计算机和包含有自动化测试软件的自动化测试计算机；在故障诊断测试中，系统监控软件每秒向所有被监控设备发送查询命令，采集被监控设备所有状态信息，被监控设备响应设备状态查询，将各个故障监测点状态实时上报系统监控软件；故障诊断软件启动故障诊断流程，按照设定的故障树，获取被监控设备当前状态信息，判断相关设备故障状态和提示故障信息；故障诊断软件启动系统测试，依次测试相关被监控设备状态，对整个故障诊断流程进行统一调度和控制，向系统监控软件发送相关设备的指标测试请求；系统监控软件将待测被监控设备信号接入测试仪器，构建自动化测试闭环环境，控制自动化测试软件完成指定设备系统指标的测试；故障诊断软件将系统监控软件获得的设备系统指标测试结果与预设的设备系统指标门限值相比较，依据测试结果超过预设值与否，查找、判定发生故障的设备单元，分析得知可能的故障模块，显示诊断结果；测试结果正常，则继续进行其它设备的故障诊断。

2.按权利要求1所述的自动分析并定位深空测控站设备故障的诊断方法，其特征在于，系统监控软件调度管理被监控设备系统指标测试，包括测试前的设备链路配置、参数设置、测试过程的启动和测试结果的获取。

3.按权利要求1所述的自动分析并定位深空测控站设备故障的诊断方法，其特征在于，故障诊断软件将每个被监控设备单元设备系统指标门限值，作为故障诊断依据。

4.按权利要求1所述的自动分析并定位深空测控站设备故障的诊断方法，其特征在于，故障诊断软件对整个故障诊断流程进行统一调度控制，判断相关设备状态、诊断设备状态故障和设备系统指标、根据设备系统指标和设备状态综合分析得出结论。

5.按权利要求1所述的自动分析并定位深空测控站设备故障的诊断方法，其特征在于，故障诊断软件创建有完备的被监控设备产品信息、故障模式和分析诊断数据库及知识库，具有设备级和模块级故障诊断定位能力。

6.按权利要求1所述的自动分析并定位深空测控站设备故障的诊断方法，其特征在于，被监控设备出现故障时，故障诊断软件启动相应的故障诊断流程，按照事先设定的故障树，首先对该故障相关的设备状态进行直接判断，若设备状态出现故障，则提示出相应的故障信息，对于某些由复杂原因造成的故障，则列出所有可能的原因。

7.按权利要求1所述的自动分析并定位深空测控站设备故障的诊断方法，其特征在于，故障诊断软件向系统监控软件发送与故障相关设备的系统指标测试请求后，由系统监控软件自动对被监控设备链路进行配置，控制信号源设备发送指定信号构建设备故障诊断链路。

8.按权利要求1所述的自动分析并定位深空测控站设备故障的诊断方法，其特征在于，故障诊断软件通过系统监控软件获得系统指标测试结果后，与预设的系统指标门限值相比较，若测试结果超过预设值，则判定该部分设备单元异常，结合被监控设备上报的直接状态信息，分析得知可能的故障模块，若测试结果正常，排除此次测试的设备，进行其它设备的故障诊断工作，直到完成与该故障相关的所有设备的测试诊断，显示诊断结果。

9.按权利要求1所述的自动分析并定位深空测控站设备故障的诊断方法，其特征在于，被监控设备响应系统监控软件的查询命令，实时上报给系统监控软件的状态中包括被监控设备直接状态和监测点状态两种，被监控设备状态直接反应被监控设备某个可更换单元的状态信息，监测点状态是被监控设备内部对某个信号监测点的状态信息提示。

10.按权利要求1所述的自动分析并定位深空测控站设备故障的诊断方法，其特征在于，信号源设备通过测试链路向被监控设备的输入端口送固定电平的测试信号，控制测试仪器采集被监控设备输出端口的耦合信号，控制自动化测试软件进行输出电平测试，把测得的输出电平与事先装订的门限值相比较，若偏差在合理范围内，则判定被监控设备为正常，否则认定为被监控设备模块故障。

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