CN105574166A - 基于故障字典的卫星故障诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于故障字典的卫星故障诊断方法，包括：根据卫星设计知识录入卫星故障字典的诊断知识规则；采用分级方式建立故障字典；将卫星遥测数据由原码数据转换成具有物理意义的数据；根据卫星遥测数据和诊断知识规则进行卫星故障诊断，进行故障字典的存储和维护；根据卫星故障诊断的诊断结果进行显示和报警。本发明增强了经典故障字典表示知识的能力，具有较强的通用性和扩展性。本发明在卫星状态通用化表示方法的基础上，利用故障字典诊断方法进行卫星故障诊断，可建立卫星遥测级、单机级、分系统级、整星级的正常规则字典库及卫星故障预案的故障诊断字典库，本发明还设计了基于故障字典方法的卫星故障诊断系统的框架结构和诊断流程。

Description

基于故障字典的卫星故障诊断方法

技术领域

本发明涉及卫星故障诊断，具体地，涉及基于故障字典的卫星故障诊断方法。

背景技术

为提高航天器在轨的运行安全，各航天组织和研究机构都在投入大量的人力、财力和物力进行在轨航天器的安全运行管理、故障诊断和预警系统的研制及相关的研究。

卫星知识的表示是故障诊断的一个难点，以往系统大多是基于某一特定条件下的知识进行故障诊断，不具备通用性和扩展性。故障字典是指提取系统或设备在各种故障状态下的特征信号，如测试点电压或电流信号等，然后将特征信号与故障的对应关系列成字典，或者将故障诊断经验做出条理化总结，以表格形式反映出来。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于故障字典的卫星故障诊断方法。

根据本发明提供的一种基于故障字典的卫星故障诊断方法，包括：

步骤A：根据卫星设计知识录入卫星故障字典的诊断知识规则，诊断知识规则采用逻辑表达式、算术表达式、函数进行表示；采用分级方式建立故障字典；

步骤B：获取卫星遥测数据，将卫星遥测数据由原码数据转换成具有物理意义的数据；

步骤C：根据卫星遥测数据和诊断知识规则进行卫星故障诊断，进行故障字典的存储和维护；

步骤D：根据卫星故障诊断的诊断结果，按照卫星在轨故障预案中的对策和措施进行显示和报警。

优选地，所述分级方式采用遥测级、单机级、分系统级以及整星级；

步骤C包括步骤：进行卫星遥测级、单机级、系统级以及整星级故障字典的存储和维护。

优选地，卫星故障字典包括多级规则字典；

遥测级规则字典是卫星故障字典中的第一级规则字典，由具有约束关系的遥测参数构成，用于在判断单一遥测是否正常的基础上，进行遥测参数之间的制约关系的判断；

单机级规则字典是卫星故障字典中的第二级规则字典，由卫星的各个单机有关的遥测参数构成，并利用这些遥测参数表示的表达式的结果或者函数处理的结果判断各个单机是否正常工作；

分系统级规则字典是卫星故障字典中的第三级规则字典，由卫星的各个单机和遥测的参数信息构成，并利用这些参数信息表示的表达式的结果或者函数处理的结果判断分系统是否工作正常；

整星级规则字典是卫星故障字典中的第四级规则字典，由卫星的分系统、单机和遥测的参数信息构成，并利用这些参数信息表示的表达式的结果或者函数处理的结果判断整星是否正常工作。

优选地，故障预案字典是卫星故障字典中的第五级规则字典，由卫星的在轨故障预案构成；

当经过第一至四级规则字典的判断存在异常遥测数据，则继续进行故障预案字典的诊断，经过故障预案字典的诊断后，如果异常遥测数据是已知故障，则给出参考的故障提示，否则，则将异常遥测数据存档，供以后查询。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明在对卫星故障知识了解的基础上，将卫星故障知识用逻辑表达式、算术表达式和函数表示，增强了经典故障字典表示知识的能力，而且这种方法具有较强的通用性和扩展性。

2、本发明在卫星状态通用化表示方法的基础上，利用故障字典诊断方法进行卫星故障诊断，可建立卫星遥测级、单机级、分系统级、整星级的正常规则字典库及卫星故障预案的故障诊断字典库，本发明还设计了基于故障字典方法的卫星故障诊断系统的框架结构和诊断流程。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为卫星故障诊断方法总体架构示意图；

图2为卫星分级故障字典示意图；

图3为卫星故障诊断推理机制原理图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明公开了基于故障字典的卫星故障诊断方法，首先根据卫星设计知识进行卫星知识化表示和录入，将卫星故障知识用逻辑表达式、算术表达式以及函数表达式进行故障字典规则录入；然后获取卫星遥测数据存储、解析和其他预处理，将原码数据转换成具有物理意义的数据；最后根据获取的卫星遥测数据和卫星故障字典库中的规则进行卫星故障诊断推理，通过卫星遥测级、单机级、系统级和整星级故障字典进行故障诊断，根据诊断结果，按照故障预案中的对策和措施进行显示和报警。本发明的最大特点是增强了经典故障字典表示知识的能力，具有较强的通用性和扩展性。本发明在卫星状态通用化表示方法的基础上，利用故障字典诊断方法进行卫星故障诊断，可建立卫星遥测级、单机级、分系统级、整星级的正常规则字典库及卫星故障预案的故障诊断字典库，本发明还设计了基于故障字典方法的卫星故障诊断系统的框架结构和诊断流程。

根据本发明提供的一种基于故障字典的卫星故障诊断方法，包括：

步骤A：根据卫星设计知识录入卫星故障字典的诊断知识规则，诊断知识规则采用逻辑表达式、算术表达式、函数进行表示；采用分级方式建立故障字典；

步骤B：获取卫星遥测数据，将卫星遥测数据由原码数据转换成具有物理意义的数据；

步骤C：根据卫星遥测数据和诊断知识规则进行卫星故障诊断，进行故障字典的存储和维护；

步骤D：根据卫星故障诊断的诊断结果，按照卫星在轨故障预案中的对策和措施进行显示和报警。

所述分级方式采用遥测级、单机级、分系统级以及整星级；

步骤C包括步骤：进行卫星遥测级、单机级、系统级以及整星级故障字典的存储和维护。

卫星故障字典包括多级规则字典；

遥测级规则字典是卫星故障字典中的第一级规则字典，由具有约束关系的遥测参数构成，用于在判断单一遥测是否正常的基础上，进行遥测参数之间的制约关系的判断；

单机级规则字典是卫星故障字典中的第二级规则字典，由卫星的各个单机有关的遥测参数构成，并利用这些遥测参数表示的表达式的结果或者函数处理的结果判断各个单机是否正常工作；

分系统级规则字典是卫星故障字典中的第三级规则字典，由卫星的各个单机和遥测的参数信息构成，并利用这些参数信息表示的表达式的结果或者函数处理的结果判断分系统是否工作正常；

整星级规则字典是卫星故障字典中的第四级规则字典，由卫星的分系统、单机和遥测的参数信息构成，并利用这些参数信息表示的表达式的结果或者函数处理的结果判断整星是否正常工作；

故障预案字典是卫星故障字典中的第五级规则字典，由卫星的在轨故障预案构成；

当经过第一至四级规则字典的判断存在异常遥测数据，则继续进行故障预案字典的诊断，经过故障预案字典的诊断后，如果异常遥测数据是已知故障，则给出参考的故障提示，否则，则将异常遥测数据存档，供以后查询。

采用逻辑表达式进行表示，具体为：逻辑表达式用遥测参数、单机、分系统之间的“与或非”表达式进行它们之间约束关系的表示。例如，当两个遥测参数需要满足同时开机或关机的状态时，可以采取以下逻辑表达式：

(tele1[1]&tele2[1])||(！tele1[1]&！tele2[1])

其中，tele1[1]表示遥测参数1的状态1(0：开机；1：关机)，tele2[1]表示遥测参数2的状态1(0：开机；1：关机),&：表示逻辑与，||：表示逻辑或，！：表示取反。

采用算术表达式进行表示，具体为：算术表达式表示法就是用遥测参数、单机、分系统之间的算术表达式进行它们之间约束关系的表示，该方法需要遥测参数的物理量的值，单机和分系统的表示都是状态量，不适合用此方法表示。例如，当两个遥测参数需要满足二者之差小于0.5时，可以采取以下逻辑表达式：

abs(tele1-tele2)<0.5

其中，tele1表示遥测参数1的值，tele2表示遥测参数2的值；

采用函数进行表示，具体为：逻辑表达式和算术表达式可以描述大多数的卫星知识，但卫星的某些单机或者系统的判断需要一个比较复杂的流程，简单的用逻辑、算术表达式很难表示清楚，比如太阳电池阵的各个子阵的电压，需要考虑分流的影响。函数表达式一般用如下形式表示：

fun(tele1,tele2,…)

更为具体地，图1为本发明一种基于故障字典的卫星故障诊断方法总体架构示意图，包括数据获取、数据预处理、诊断推理、分级故障字典库、故障解释等。对于基于遥测数据的故障诊断系统，接收到的遥测数据存放在数据库中，供历史查询和调用，对于建立的故障字典，因为都是以数据表的形式存储的，可以方便地在数据库中存储和管理。

图2为分级故障字典示意图，将卫星按照其功能划分为若干个相对独立的子系统，各个子系统又由各个单机组成，整个系统的故障字典由各个层次的故障小字典组成；此外，根据卫星的在轨故障预案可以建立卫星的在轨故障预案字典库。遥测级规则字典是第一级，由具有约束关系的遥测参数构成，遥测级规则字典是在判断单一遥测是否正常的基础上，进行遥测参数之间的制约关系的判断；单机级规则字典是第二级，由卫星的各个单机有关的遥测参数构成，利用这些参数表示的表达式的结果或者函数处理的结果可以判断各个单机是否正常工作；分系统级规则字典是第三级，由卫星的各个单机和遥测的参数信息构成，利用这些参数表示的表达式的结果或者函数处理的结果可以判断分系统是否工作正常；整星级规则字典是第四级，由卫星的分系统、单机和遥测的参数信息构成，利用这些参数表示的表达式的结果或者函数处理的结果可以判断整星是否正常工作；故障预案字典是第五级，由卫星的在轨故障预案整理出来，当经过前面各级故障字典之后如果有异常遥测数据，则继续进行故障预案字典的诊断，经过故障预案字典的诊断之后，如果是已经整理过的故障或者相似故障，可以直接判断出来或给出参考的故障提示，如果是未知的故障，则将发生故障的遥测参数存档，供以后查询。

图3为故障诊断推理机制活动图，图中分为遥测数据的接收、预处理、故障诊断和数据库几个部分。故障诊断的流程包括以下五个步骤：

(1)初始化配置信息

首先读入网络传输和卫星遥测数据帧的配置信息，主要的配置信息包括：一是网络传输数据的配置信息，如网络端口号、服务器端口地址等；二是遥测数据的遥测帧长、卫星代号、同步字、校验字等遥测数据帧的识别信息。

(2)遥测数据预处理

遥测数据接收之后需要对遥测数据进行解析，根据遥测数据的帧格式可以把每个遥测波道的原始遥测值解析出来，解析出来之后再根据各个波道的处理公式进行转换。

(3)各级故障字典判断

遥测数据经过预处理后，首先分别进行遥测级规则字典诊断、单机级规则字典诊断、分系统级规则字典诊断、整星级规则字典诊断；如果遥测数据出现异常，则继续进行在轨故障预案字典的判断，从卫星的故障数据库中匹配具有故障参数的记录，如果存在相同的故障情况，则直接复用已有的故障诊断知识，如果没有，则在诊断知识库中寻找最相似的故障知识，如果存在，则复用相似记录，如果不存在则提取诊断特征，将发生故障的参数存储在诊断特征库中。

(4)诊断结论的显示

当诊断完成之后，各个终端可以通过浏览器接收诊断中心服务器上的诊断结果，并进行诊断结论的显示。

(5)诊断记录的存储

故障诊断过程结束之后，将卫星发生的异常遥测数据以及故障诊断的结果都存储到故障历史库中，供以后查询和分析。

本发明的最大特点是提出了表示卫星在轨工作状态的通用化知识表示方法，为通用化卫星故障诊断提供了实现的数学基础。

本发明基于故障字典的卫星故障诊断方法很适合基于遥测数据的卫星的故障诊断，通过卫星的遥测参数约束关系的故障字典数据库，利用卫星的遥测参数进行故障诊断。另外，本发明也具有比较大的通用性和扩展性，利用本发明建立的故障字典表结构，可以只改变故障字典的内容和配置信息，实现各个型号卫星的移植。

本发明基于故障字典的卫星故障诊断方法采用了故障字典作为卫星知识的表示方法，通过对卫星遥测数据和工作状态的分析，提出了表示卫星在轨工作状态的通用化知识表示方法，将反映卫星单机、部件的各遥测参数之间的关系、分系统的在轨正常工作状态以及卫星在轨正常运行状态使用通用的数学、逻辑表达式表示出来，为通用化卫星在轨状态判断提供了数学实现基础；并且设计了基于故障字典方法的卫星故障诊断系统的诊断流程和框架。本发明所公开的基于故障字典的卫星故障诊断方法对各型号卫星的基于遥测数据的故障诊断具有一定的借鉴作用。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (4)

1.一种基于故障字典的卫星故障诊断方法，其特征在于，包括：

步骤A：根据卫星设计知识录入卫星故障字典的诊断知识规则，诊断知识规则采用逻辑表达式、算术表达式、函数进行表示；采用分级方式建立故障字典；

步骤B：获取卫星遥测数据，将卫星遥测数据由原码数据转换成具有物理意义的数据；

步骤C：根据卫星遥测数据和诊断知识规则进行卫星故障诊断，进行故障字典的存储和维护；

步骤D：根据卫星故障诊断的诊断结果，按照卫星在轨故障预案中的对策和措施进行显示和报警。

2.根据权利要求1所述的基于故障字典的卫星故障诊断方法，其特征在于，所述分级方式采用遥测级、单机级、分系统级以及整星级；

步骤C包括步骤：进行卫星遥测级、单机级、系统级以及整星级故障字典的存储和维护。

3.根据权利要求1所述的基于故障字典的卫星故障诊断方法，其特征在于，卫星故障字典包括多级规则字典；

遥测级规则字典是卫星故障字典中的第一级规则字典，由具有约束关系的遥测参数构成，用于在判断单一遥测是否正常的基础上，进行遥测参数之间的制约关系的判断；

单机级规则字典是卫星故障字典中的第二级规则字典，由卫星的各个单机有关的遥测参数构成，并利用这些遥测参数表示的表达式的结果或者函数处理的结果判断各个单机是否正常工作；

分系统级规则字典是卫星故障字典中的第三级规则字典，由卫星的各个单机和遥测的参数信息构成，并利用这些参数信息表示的表达式的结果或者函数处理的结果判断分系统是否工作正常；

整星级规则字典是卫星故障字典中的第四级规则字典，由卫星的分系统、单机和遥测的参数信息构成，并利用这些参数信息表示的表达式的结果或者函数处理的结果判断整星是否正常工作。

4.根据权利要求3所述的基于故障字典的卫星故障诊断方法，其特征在于，故障预案字典是卫星故障字典中的第五级规则字典，由卫星的在轨故障预案构成；

当经过第一至四级规则字典的判断存在异常遥测数据，则继续进行故障预案字典的诊断，经过故障预案字典的诊断后，如果异常遥测数据是已知故障，则给出参考的故障提示，否则，则将异常遥测数据存档，供以后查询。