CN111948688B - 一种星载自主故障诊断方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种星载自主故障诊断方法，首先根据通信状态，判断两台星载监测接收机的工作状态，选择诊断模式，然后根据指令接收状态，判断卫星的工作状态，若卫星不处于维护状态，则根据监测到的实时下行导航信号性能，判断下行导航信号的状态，实现故障诊断。

Description

一种星载自主故障诊断方法及系统

技术领域

本发明属于航空航天技术领域，特别涉及一种星载自主故障诊断方法及系统。

背景技术

北斗导航系统是中国自主研发的一套独立运行的全球卫星导航系统。自2018年12月26日，北斗三号基本系统宣布正式提供全球服务以来，北斗导航卫星已开始对外提供全天候不间断的定位服务。

为了保障导航系统服务的稳定性，需要时刻对卫星导航的下行导航信号状态进行监测。目前，下行导航信号的监测主要通过地面监测接收机、IGMAS等监测手段实现，通过地面站接收卫星遥测对卫星单机自身健康状态进行监测。可以看出，这种方法高度依赖于地面监测站，存在一定的局限性，而卫星境外期间，地面监测工作开展尤为困难，这也使得监测的实效性无法得到保障。而北斗导航系统组成以MEO卫星为主，受轨道约束，每颗卫星平均60％以上的时间在境外，其难以采用现有方法对其下行导航信号状态进行监测，因此，为了提升系统可靠性，提升卫星在轨自主完好性监测能力，实现在轨自主故障诊断至关重要。

目前，针对航天器的自主健康管理的研究，多是针对卫星能源等单一、离散关键遥测进行分析，通过阈值、滤波等数据处理算法实现航天器故障诊断或预测，其侧重的是航天器独立器部件的状态监测，对于多部件融合产生的信号或多源数据融合结果，不具备监测能力。因此，并不适用于导航系统进行下行信号连续性的在轨自主故障诊断。

发明内容

针对现有技术中的部分或全部问题，本发明一方面一种星载自主故障诊断系统，其布置于卫星上，包括：

导航信号播发模块；

至少两台星载监测接收机，其用于监测所述导航信号播发模块的下行导航信号，并诊断所述下行导航信号是否正常；以及

故障诊断与处理模块，其接收所述星载监测接收机发送的诊断信息，进行故障诊断，并给出处理方案，发送给相应的故障模块。

本发明另一方面提供一种星载自主故障诊断方法，包括：

根据通信状态，判断所述两台星载监测接收机的工作状态：

若两台均工作正常，则进入双机诊断模式；以及

若仅有一台工作正常，则进入单机诊断模式；

根据指令接收状态，判断所述卫星的工作状态，若所述卫星不处于维护状态，则开始诊断；以及

根据所述星载监测接收机监测到的实时下行导航信号性能，判断下行导航信号的状态。

进一步地，所述实时下行导航信号性能包括，下行导航信号的实时功率及时延。

进一步地，所述单机诊断模式包括，判断下行导航信号的实时功率及时延与基准值的差值是否超过预设门限，若超过，则进行告警。

进一步地，所述单机诊断模式还包括，对未正常工作的星载监测接收机进行恢复。

进一步地，所述双机诊断模式包括，分别判断所述两台星载监测接收机监测到的下行导航信号的实时功率及时延与基准值的差值是否超过预设门限，若均超过预设门限，则进行告警。

本发明提供的一种基于双机监测的星载自主故障诊断方法，通过对两台星载监测接收机的信息进行联合处理，并结合信号特点，对数据进行层次区分，进而进行自主故障诊断，适用于空间环境恶劣的情况下，星载多航天器部件共同作用的信号监测，能有效降低判读模块本身出故障导致的告警概率。此外，其可根据星载监测接收机的工作状态，自动切换至单机诊断模式或双机诊断模式。

附图说明

为进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出本发明一个实施例的一种星载自主故障诊断系统的结构示意图；以及

图2示出本发明一个实施例的一种星载自主故障诊断方法的流程示意图。

具体实施方式

以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免模糊本发明的发明点。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明并不限于这些特定细节。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按正确比例绘制。

在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。

需要说明的是，本发明的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了阐述该具体实施例，而不是限定各步骤的先后顺序。相反，在本发明的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。

为了能够快速确认导航卫星下行信号的健康状态，在低误判的情况下，发现、确认卫星下行导航信号的状态，及时发出自主故障恢复的告警，以较少卫星因自身故障导致的信号不可用时间，本发明提供一种星载自主故障诊断方法及系统。下面结合具体的实施例及附图，对本发明的方案做进一步描述。

图1示出本发明一个实施例的一种星载自主故障诊断系统的结构示意图。如图1所示，一种星载自主故障诊断系统包括导航信号播发模块101，第一星载监测接收机121，第二星载监测接收机122以及故障诊断与处理模块103。

所述第一星载监测接收机121及第二星载监测接收机122实时监测所述导航信号播发模块的下行导航信号，并根据所述下行导航信号的参数，诊断其是否正常。

所述故障诊断与处理模块103接收所述第一星载监测接收机121及第二星载监测接收机122发送的诊断信息以及遥测信息，并依据所述诊断信息以及遥测信息，进行故障诊断，给出处理方案，然后发送给相应的故障模块。

基于上述星载自主故障诊断系统，进行自主故障诊断的流程如图2所示。一种星载自主故障诊断方法，包括：

首先，在步骤201，确定诊断模式。根据通信状态，判断两台星载监测接收机的工作状态，然后确定诊断模式。在本发明的一个实施例中，通过完好性遥测更新标志判断所述星载监测接收机是否通信正常，进而判断所述星在监控接收机是否打开，其中，所述完好性遥测更新标志在正常情况下每秒均发生变化，因此，若当前星载监测接收机的完好性遥测更新标志与前一秒相同，则判断所述星载监测接收机未打开。根据上述条件，诊断模式的确定如下：

若Δ1(t+1)-Δ1(t)≠0且Δ2(t+1)-Δ2(t)≠0，则说明两台星载监测接收机均工作正常，进入双机诊断模式；

若Δ1(t+1)-Δ1(t)≠0且Δ2(t+1)-Δ2(t)＝0，则说明第一星载监测接收机工作正常，且第二星载监测接收机工作异常，进入单机诊断模式；

若Δ1(t+1)-Δ1(t)＝0且Δ2(t+1)-Δ2(t)≠0，则说明第一星载监测接收机工作异常，且第二星载监测接收机工作正常，进入单机诊断模式；以及

若Δ1(t+1)-Δ1(t)＝0且Δ2(t+1)-Δ2(t)＝0，则说明两台星载监测接收机均工作异常，需对所述星载监测接收机进行状态恢复；

其中，Δ1(t)为t时刻第一星载监测接收机的完好性遥测更新标志，以及Δ2(t)为t时刻第二星载监测接收机的完好性遥测更新标志；

接下来，在步骤202，确定是否开始诊断。确定好诊断模式后，根据指令接收状态，判断所述卫星的工作状态，是否适合进行后续操作，若所述卫星正在进行维护操作，则可能会影响卫星完好性监测的时延、功率，因此，此时不宜进行诊断操作，需要等待所述卫星不处于维护状态，且工作状态稳定后，再开始诊断；以及

最后，在步骤203，下行导航信号稳定性诊断。所述星载监测接收机根据监测到的实时下行导航信号性能，判断下行导航信号的状态。对于下行导航信号而言，一旦异常，其功率及时延往往是同时发生异常的，且若为单机状态异常，则几乎所有信号都会异常。基于上述特点，在双机诊断模式中，通过双机监测量、多分量监测量建立关联，若多条件同时异常，则认为下行导航信号发生异常，否则认为是星载监测接收机发生异常。在本发明的一个实施例中，所述双机诊断模式及单机诊断模式均通过监测所述下行导航信号的实时功率及时延来判断所述下行导航信号是否稳定，其中：

在本发明的一个实施例中，所述单机诊断模式包括，判断下行导航信号的实时功率及时延与基准值的差值是否超过预设门限，在第一星载监测接收机的单机诊断模式下，若 且/>或在第二星载监测接收机的单机诊断模式下，若/>且/> 则说明此时下行导航信号发生异常，进行告警，其中，P1(t)、P2(t)分别为第一星载监测接收机及第二星载监测接收机监测到的下行导航信号的实时下行功率，T1(t)、T2(t)分别为第一星载监测接收机及第二星载监测接收机监测到的下行导航信号的实时下行时延，分别为第一星载监测接收机及第二星载监测接收机监测到的平均下行功率基准值，其每隔Δt时间定时更新，/>分别为第一星载监测接收机及第二星载监测接收机监测到的平均下行时延基准值，其每隔Δt时间定时更新，以及ΔP、ΔT分别为星载监测接收机监测到的下行功率监测门限以及下行时延监测门限；故障诊断与处理模块收到所述告警后，判断故障模块，并制定处理方案，发送至相应的故障模块，以进行故障修复，其中所述故障修改还包括对工作异常的星载监测接收机进行恢复；以及

在本发明的又一个实施例中，所述双机诊断模式包括，分别判断所述两台星载监测接收机监测到的下行导航信号的实时功率及时延与基准值的差值是否超过预设门限，若均超过预设门限：且/>且/>且/>则说明此时下行导航信号发生异常，进行告警，故障诊断与处理模块收到所述告警后，判断故障模块，并制定处理方案，发送至相应的故障模块，以进行故障修复。

本发明提供的星载自主故障诊断方法及系统，通过双份星载监测接收机的信息联合处理方式，对导航卫星下行信号监测，能实时、准确的判断信号状态。该方法适用于空间环境恶劣的情况下，星载多航天器部件共同作用的信号监测，配备双份星载监测单元，对所需监测信号进行监测，能有效降低判读模块本身出故障导致的告警概率。

尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

Claims (7)

1.一种星载自主故障诊断系统，其特征在于，包括：

导航信号播发模块；

至少两台星载监测接收机，其被配置为监测所述导航信号播发模块发送的下行导航信号，并诊断所述下行导航信号是否正常；以及

故障诊断与处理模块，其被配置为根据所述星载监测接收机发送的诊断信息，进行故障诊断，并给出处理方案，并将处理方案发送给相应的故障模块，包括：

根据通信状态，判断两台星载监测接收机的工作状态：

若两台星载监测接收机的通信状态均正常，则进入双机诊断模式，其中所述双机诊断模式包括，分别判断所述两台星载监测接收机监测到的下行导航信号的实时功率及时延与基准值的差值是否超过预设门限，若均超过预设门限，则进行告警；以及

若仅有一台星载监测接收机的通信状态正常，则进入单机诊断模式，其中所述单机诊断模式包括，判断下行导航信号的实时功率及时延与基准值的差值是否超过预设门限，若超过，则进行告警；

根据指令接收状态，判断卫星的工作状态，若所述卫星不处于维护状态，则开始诊断；以及

根据所述星载监测接收机监测到的实时下行导航信号性能，判断下行导航信号的状态，其中实时下行导航信号性能包括下行导航信号的实时功率及时延。

2.一种基于如权利要求1所述的星载自主故障诊断系统的星载自主故障诊断方法，其特征在于，包括步骤：

根据通信状态，判断两台星载监测接收机的工作状态：

若两台星载监测接收机的通信状态均正常，则进入双机诊断模式；以及

若仅有一台星载监测接收机的通信状态正常，则进入单机诊断模式；

根据指令接收状态，判断卫星的工作状态，若所述卫星不处于维护状态，则开始诊断；以及

根据所述星载监测接收机监测到的实时下行导航信号性能，判断下行导航信号的状态。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，通过完好性遥测更新标志判断所述星载监测接收机是否通信正常：

若Δ1(t+1)-Δ1(t)≠0且Δ2(t+1)-Δ2(t)≠0，则说明两台星载监测接收机的通信状态均正常，进入双机诊断模式；

若Δ1(t+1)-Δ1(t)≠0且Δ2(t+1)-Δ2(t)＝0，则说明第一星载监测接收机的通信状态正常，且第二星载监测接收机异常，进入单机诊断模式；

若Δ1(t+1)-Δ1(t)＝0且Δ2(t+1)-Δ2(t)≠0，则说明第一星载监测接收机异常，且第二星载监测接收机的通信状态正常，进入单机诊断模式；以及

若Δ1(t+1)-Δ1(t)＝0且Δ2(t+1)-Δ2(t)＝0，则说明两台星载监测接收机均工作异常；

其中，Δ1(t)为t时刻第一星载监测接收机的完好性遥测更新标志，以及Δ2(t)为t时刻第二星载监测接收机的完好性遥测更新标志。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述实时下行导航信号性能包括下行导航信号的实时功率及时延。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述单机诊断模式包括，判断下行导航信号的实时功率及时延与基准值的差值是否超过预设门限：

在第一星载监测接收机的单机诊断模式下，若：

且/>或

在第二星载监测接收机的单机诊断模式下，若：

且/>则说明此时下行导航信号发生异常，进行告警，

其中，

P1(t)、P2(t)分别为第一星载监测接收机及第二星载监测接收机监测到的下行导航信号的实时下行功率；

T1(t)、T2(t)分别为第一星载监测接收机及第二星载监测接收机监测到的下行导航信号的实时下行时延；

分别为第一星载监测接收机及第二星载监测接收机监测到的平均下行功率基准值，其每隔Δt时间定时更新；

分别为第一星载监测接收机及第二星载监测接收机监测到的平均下行时延基准值，其每隔Δt时间定时更新；以及

ΔP、ΔT分别为星载监测接收机监测到的下行功率监测门限以及下行时延监测门限。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述单机诊断模式还包括，对通讯状态异常的星载监测接收机进行恢复。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述双机诊断模式包括，分别判断所述两台星载监测接收机监测到的下行导航信号的实时功率及时延与基准值的差值是否超过预设门限，若：

且

且

且

则说明此时下行导航信号发生异常，进行告警。