CN104794360A - 航天器的在轨自主状态评估系统及其评估方法 - Google Patents

Abstract

航天器的在轨自主状态评估系统及其评估方法，属于航天器部件故障定位领域。现有的航天器设备的故障定位及性能变化趋势的评估方法存在精确度低的问题。一种航天器的在轨自主状态评估系统的评估方法，利用工程参数评价模块、部件状态评估模块、卫星状态评估模块实现的状态评估方法通过以下步骤实现：工程参数评价器对工程参数评价模型库中所有工程参数进行评价，获取工程参数评价值；综合得到的与各部件相关的所有工程参数评价值，部件状态评估器对当前航天器部件进行状态评估获取部件状态评估值；步骤三、综合航天器所有部件状态评估值并结合航天器可靠性模型，利用卫星状态评估器计算航天器的状态评估值，以获取航天器卫星状态评估值。

Description

航天器的在轨自主状态评估系统及其评估方法

技术领域

本发明涉及一种航天器的在轨自主状态评估系统及其评估方法。

背景技术

目前，了解航天器设备性能变化趋势的主要手段是通过航天器的下行遥测参数。受星地通讯时间及遥测信道容量的限制，遥测通过采样后周期下传，易造成航天器参数丢失现象，导致对航天器的设备故障定位及性能变化趋势的分析评估精确度低。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的航天器设备的故障定位及性能变化趋势的评估方法存在精确度低的问题，而提出一种航天器的在轨自主状态评估系统及其评估方法。

一种航天器的在轨自主状态评估系统，所述在轨自主状态评估系统包括：

用于获取每个工程参数量化的工程参数评价值的工程参数评价模块；

用于综合工程参数评价值，经过加权计算每个部件的状态而得到部件状态评估值的部件状态评估模块；

用于综合所有部件状态评估值，经过计算航天器状态而得到航天器状态评估值的卫星状态评估模块。

一种航天器的在轨自主状态评估系统的评估方法，所述状态评估方法通过以下步骤实现：

步骤一、综合历史工程参数评价值数据库中存储的每个工程参数的历史工程参数评价值，工程参数评价器采用参数评价公式：V_now＝V_old+(Q×Sta)，对工程参数评价模型库中航天器涉及的所有工程参数逐个进行评价，以获取工程参数的工程参数评价值，并作为下一次工程参数评价计算所用的历史工程参数评价值；式中，V_old表示历史工程参数评价值；Q表示工程参数评价权值；Sta表示当前工程参数值，且当在门限内时，Sta＝1，当在门限外时Sta＝-1；V_now表示当前工程参数评价值；

步骤二、综合步骤一得到的与各部件相关的所有工程参数评价值，部件状态评估器采用部件状态评估公式： $V_{\mathrm{node}\_\mathrm{now}}=a{\mathrm{\Σ}}_{i=0}^n{q}_i{V}_i+(1-a)V_{\mathrm{node}\_\mathrm{old}},$ 对部件状态评估模型中当前航天器部件进行状态评估，以获取部件状态评估值，并作为下一次状态评估所用的历史部件状态评估值；式中，V_{node_now}表示计算的当前部件状态评估值，i表示部件的参数数目，q_i表示第i个参数的权值，V_i表示第i个参数的状态评估值，α表示状态评估分配量，且0＜α＜1，V_{node_old}表示历史部件状态评估值；

步骤三、综合步骤二得到的航天器所有部件的部件状态评估值并结合航天器可靠性模型，利用卫星状态评估器计算航天器的状态评估值，以获取航天器卫星状态评估值。

本发明的有益效果为：

本发明设计一种航天器设备在轨嵌入式测试方法，为工程参数评价器设计精确的参数评价公式：V_now＝V_old+(Q×Sta)，对工程参数评价模型库中所有的工程参数逐个进行评价，以获取工程参数的工程参数评价值；又为部件状态评估器设计精确的部件状态评估公式： $V_{\mathrm{node}\_\mathrm{now}}=a{\mathrm{\Σ}}_{i=0}^n{q}_i{V}_i+(1-a)V_{\mathrm{node}\_\mathrm{old}},$ 以结合事先计算获得的工程参数评价值对部件状态评估模型中航天器部件进行状态评估，获取精确的部件状态评估值；为最后利用卫星状态评估器获取航天器卫星状态评估值，提供精确依据。使通过航天器的下行遥测参数的方式，在周期下传过程中仍然保证航天器各参数的准确性，从而能精确分析航天器设备的故障定位，准确评估航天器设备性能的变化趋势。

本发明的评估方法设计了工程参数进行评价、航天器部件进行评估时的准确存储格式，进行评价评估计算时采用严格的计算、存储和完全计算判断的限定流程，每一次获得的工程参数评价值、部件状态评估值和航天器状态评估值都是准确的。使计算过程和计算结果不受星地通讯时间及遥测信道容量的限制，采样后周期下传遥测航天器参数数据不会出现丢失现象。将航天器设备性能变化趋势的评估性能提高至93-96％。

且由航天器部件进行评估时的准确存储格式可知，能确定出发生故障的航天器部件的位置。

附图说明

图1为本发明的整体流程示意图；

图2为本发明涉及的航天器的在轨自主状态评估系统的组成结构示意图；

图3为本发明涉及的计算工程参数评价值的流程图；

图4为本发明涉及的计算部件状态评估值的流程图；

图5为本发明涉及的工程参数的存储格式的示意图；

图6为本发明涉及的部件状态评估模型的存储格式的示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：

本实施方式的航天器的在轨自主状态评估系统，所述在轨自主状态评估系统包括：用于获取每个工程参数量化的工程参数评价值的工程参数评价模块；

用于综合与各部件相关的所有工程参数评价值，经过加权计算每个部件的状态而得到部件状态评估值的部件状态评估模块；

用于综合所有部件的部件状态评估值并结合航天器的可靠性模型，过计算航天器状态而得到航天器状态评估值的卫星状态评估模块。

具体实施方式二：

与具体实施方式一不同的是，本实施方式的航天器的在轨自主状态评估系统，所述工程参数评价模块还包括用于存储航天器涉及的所有工程参数的工程参数评价模型库、

用于计算工程参数评价模型库中每个工程参数的工程参数评价值的工程参数评价器、

以及用于存储每个工程参数的工程参数评价值的历史工程参数评价值数据库。

具体实施方式三：

与具体实施方式一或二不同的是，本实施方式的航天器的在轨自主状态评估系统，所述部件状态评估模块还包括用于存储存储航天器部件的部件状态评估模型、

用于计算部件状态评估模型中所有部件的部件状态评估值的部件状态评估器、

以及用于下一次计算部件状态的历史部件状态评估值。

具体实施方式四：

与具体实施方式三不同的是，本实施方式的航天器的在轨自主状态评估系统，卫星状态评估模块还包括用于辅助卫星状态评估器进行状态评估计算的航天器可靠性模型、

用于利用航天器可靠模型计算航天器的状态评估值，以最终获取航天器卫星状态评估值的卫星状态评估器、

以及用于存储卫星状态评估值的历史卫星状态评估值数据库。

具体实施方式五：

一种上述航天器的在轨自主状态评估系统的评估方法，所述状态评估方法通过以下步骤实现：

步骤一、综合历史工程参数评价值数据库中存储的每个工程参数的历史工程参数评价值，工程参数评价器采用参数评价公式：V_now＝V_old+(Q×Sta)，对工程参数评价模型库中航天器涉及的所有工程参数逐个进行评价，以获取工程参数的工程参数评价值，并作为下一次工程参数评价计算所用的历史工程参数评价值；式中，V_old表示历史工程参数评价值；Q表示工程参数评价权值；Sta表示当前工程参数值，且当在门限内时，Sta＝1，当在门限外时Sta＝-1；V_now表示当前工程参数评价值；

步骤二、综合步骤一得到的与各部件相关的所有工程参数评价值，部件状态评估器采用部件状态评估公式： $V_{\mathrm{node}\_\mathrm{now}}=a{\mathrm{\Σ}}_{i=0}^n{q}_i{V}_i+(1-a)V_{\mathrm{node}\_\mathrm{old}},$ 对部件状态评估模型中当前航天器部件进行状态评估，以获取部件状态评估值，并作为下一次状态评估所用的历史部件状态评估值；式中，V_{node_now}表示计算的当前部件状态评估值，i表示部件的参数数目，q_i表示第i个参数的权值，V_i表示第i个参数的状态评估值，α表示状态评估分配量，且0＜α＜1，V_{node_old}表示历史部件状态评估值；

步骤三、综合步骤二得到的航天器所有部件的部件状态评估值并结合航天器可靠性模型，利用卫星状态评估器计算航天器的状态评估值，以获取航天器卫星状态评估值。

具体实施方式六：

与具体实施方式五不同的是，本实施方式的航天器的在轨自主状态评估系统的评估方法，步骤一所述历史工程参数评价值数据库是用于存储工程参数的，每个工程参数的存储格式包括序号、工程参数N的位置、工程参数N的尺寸、工程参数N的诊断策略及权值，和工程参数N的门限；其中，序号N的数值根据航天器特定设备参数多少而定；工程参数N的位置表示当前工程参数所在数据包中的偏移量；工程参数N的尺寸表示当前工程参数在数据包中所占的bit数；工程参数N的诊断策略及权值表示对当前参数进行诊断的方法；工程参数N的门限表示对当前参数进行诊断时所用的诊断门限。

具体实施方式七：

与具体实施方式五或六不同的是，本实施方式的航天器的在轨自主状态评估系统的评估方法，步骤一所述对工程参数评价模型库中航天器涉及的所有工程参数逐个进行评价，以获取工程参数的工程参数评价值的过程是，

步骤一一、设置对第一个工程参数进行评价；

步骤一二、读取第一个工程参数的序号数值及诊断策略；

步骤一三、读取与第一个工程参数相应的历史工程参数评价值；

步骤一四、工程参数评价器利用评价公式：V_now＝V_old+(Q×Sta)计算当前工程参数评价值；

步骤一五、判断是否完成所有工程参数的评价；

步骤一六、若是，则结束，若否，则返回至设置对下一个工程参数进行评价直至所有工程参数的评价完成。

具体实施方式八：

与具体实施方式七不同的是，本实施方式的航天器的在轨自主状态评估系统的评估方法，步骤二所述部件状态评估模型是用于存储航天器部件的，部件状态评估模型的存储格式包括序号和工程参数N的位置，工程参数N的位置即为工程参数N的权值，表示当前工程参数进行部件状态评估值计算时所占的分量。因每个航天器部件包含多种工程参数，通过综合该部件所有工程参数评价值，获取该部件的部件状态评估值，但是每个工程参数对部件评价值的贡献不同，所以采取加权的手段。

具体实施方式九：

与具体实施方式五、六或八不同的是，本实施方式的航天器的在轨自主状态评估系统的评估方法，步骤三所述综合步骤二得到的航天器所有部件的部件状态评估值并结合航天器可靠性模型，利用卫星状态评估器计算航天器的状态评估值，以获取航天器卫星状态评估值的过程是，

步骤三一、读取航天器部件的可靠性指标及部件状态评估值，可靠性指标是一种航天器部件常用指标；

步骤三二、将部件的可靠性指标和部件状态评估值相乘，获取部件的在考虑可靠性指标情况下的可靠性状态评估值；

步骤三三、判断是否完成所有部件的可靠性状态评估值计算；

步骤三四、若否，则重复步骤三一至三三的步骤；若是，则执行步骤三五；

步骤三五、部件状态评估器利用航天器可靠性模型计算出航天器状态评估绝对值；

步骤三六、将航天器状态评估绝对值除以航天器的可靠性指标，最终获取航天器状态评估值；

步骤三七、至此，通过比较不同时刻的航天器状态评估值，便可获知航天器健康状态的变化情况：

若当前时刻较之前时刻的航天器状态评估值是降低的，则评估出航天器健康状态下降；

若当前时刻较之前时刻的航天器状态评估值是升高的，则评估出航天器健康状态提升。

Claims (9)

1.一种航天器的在轨自主状态评估系统，其特征是：所述在轨自主状态评估系统包括：

用于获取每个工程参数量化的工程参数评价值的工程参数评价模块；

用于综合工程参数评价值，经过加权计算每个部件的状态而得到部件状态评估值的部件状态评估模块；

用于综合所有部件状态评估值，经过计算航天器状态而得到航天器状态评估值的卫星状态评估模块。

2.根据权利要求1所述航天器的在轨自主状态评估系统，其特征在于：所述工程参数评价模块还包括，

用于存储航天器涉及的所有工程参数的工程参数评价模型库、

用于计算工程参数评价模型库中每个工程参数的工程参数评价值的工程参数评价器、

以及用于存储每个工程参数的工程参数评价值的历史工程参数评价值数据库。

3.根据权利要求1或2所述航天器的在轨自主状态评估系统，其特征在于：所述部件状态评估模块还包括，

用于存储存储航天器部件的部件状态评估模型、

用于计算部件状态评估模型中所有部件的部件状态评估值的部件状态评估器、

以及用于下一次计算部件状态的历史部件状态评估值。

4.根据权利要求3所述航天器的在轨自主状态评估系统，其特征在于：卫星状态评估模块还包括，

用于辅助卫星状态评估器进行状态评估计算的航天器可靠性模型、

用于利用航天器可靠模型计算航天器的状态评估值，以最终获取航天器卫星状态评估值的卫星状态评估器、

以及用于存储卫星状态评估值的历史卫星状态评估值数据库。

5.一种上述航天器的在轨自主状态评估系统的评估方法，其特征在于：所述状态评估方法通过以下步骤实现：

步骤一、综合历史工程参数评价值数据库中存储的每个工程参数的历史工程参数评价值，工程参数评价器采用参数评价公式：V_now＝V_old+(Q×Sta)，对工程参数评价模型库中航天器涉及的所有工程参数逐个进行评价，以获取工程参数的工程参数评价值，并作为下一次工程参数评价计算所用的历史工程参数评价值；式中，V_old表示历史工程参数评价值；Q表示工程参数评价权值；Sta表示当前工程参数值，且当在门限内时，Sta＝1，当在门限外时Sta＝-1；V_now表示当前工程参数评价值；

步骤二、综合步骤一得到的与各部件相关的所有工程参数评价值，部件状态评估器采用部件状态评估公式：对部件状态评估模型中当前航天器部件进行状态评估，以获取部件状态评估值，并作为下一次状态评估所用的历史部件状态评估值；式中，V_{node_now}表示计算的当前部件状态评估值，i表示部件的参数数目，q_i表示第i个参数的权值，V_i表示第i个参数的状态评估值，α表示状态评估分配量，且0＜α＜1，V_{node_old}表示历史部件状态评估值；

步骤三、综合步骤二得到的航天器所有部件的部件状态评估值并结合航天器可靠性模型，利用卫星状态评估器计算航天器的状态评估值，以获取航天器卫星状态评估值。

6.根据权利要求5所述航天器的在轨自主状态评估系统的评估方法，其特征在于：步骤一所述历史工程参数评价值数据库是用于存储工程参数的，每个工程参数的存储格式包括序号、工程参数N的位置、工程参数N的尺寸、工程参数N的诊断策略及权值，和工程参数N的门限；其中，序号N的数值根据航天器特定设备参数多少而定；工程参数N的位置表示当前工程参数所在数据包中的偏移量；工程参数N的尺寸表示当前工程参数在数据包中所占的bit数；工程参数N的诊断策略及权值表示对当前参数进行诊断的方法；工程参数N的门限表示对当前参数进行诊断时所用的诊断门限。

7.根据权利要求5或6所述航天器的在轨自主状态评估系统的评估方法，其特征在于：步骤一所述对工程参数评价模型库中航天器涉及的所有工程参数逐个进行评价，以获取工程参数的工程参数评价值的过程是，

步骤一一、设置对第一个工程参数进行评价；

步骤一二、读取第一个工程参数的序号数值及诊断策略；

步骤一三、读取与第一个工程参数相应的历史工程参数评价值；

步骤一四、工程参数评价器利用评价公式：V_now＝V_old+(Q×Sta)计算当前工程参数评价值；

步骤一五、判断是否完成所有工程参数的评价；

步骤一六、若是，则结束，若否，则返回至设置对下一个工程参数进行评价直至所有工程参数的评价完成。

8.根据权利要求7所述航天器的在轨自主状态评估系统的评估方法，其特征在于：步骤二所述部件状态评估模型是用于存储航天器部件的，部件状态评估模型的存储格式包括序号和工程参数N的位置，工程参数N的位置即为工程参数N的权值，表示当前工程参数进行部件状态评估值计算时所占的分量。

9.根据权利要求5、6或8所述航天器的在轨自主状态评估系统的评估方法，其特征在于：步骤三所述综合步骤二得到的航天器所有部件的部件状态评估值并结合航天器可靠性模型，利用卫星状态评估器计算航天器的状态评估值，以获取航天器卫星状态评估值的过程是，

步骤三一、读取航天器部件的可靠性指标及部件状态评估值；

步骤三二、将部件的可靠性指标和部件状态评估值相乘，获取部件的在考虑可靠性指标情况下的可靠性状态评估值；

步骤三三、判断是否完成所有部件的可靠性状态评估值计算；

步骤三四、若否，则重复步骤三一至三三的步骤；若是，则执行步骤三五；

步骤三五、部件状态评估器利用航天器可靠性模型计算出航天器状态评估绝对值；

步骤三六、将航天器状态评估绝对值除以航天器的可靠性指标，最终获取航天器状态评估值；

步骤三七、至此，通过比较不同时刻的航天器状态评估值，便可获知航天器健康状态的变化情况：

若当前时刻较之前时刻的航天器状态评估值是降低的，则评估出航天器健康状态下降；

若当前时刻较之前时刻的航天器状态评估值是升高的，则评估出航天器健康状态提升。