CN115617023A - 航天器姿控系统异常定位方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种航天器姿控系统异常定位方法和装置，其中，该方法包括：确定待检测样本遥测数据信息集合，待检测样本遥测数据包括：待检测遥测参数名称、每个待检测遥测参数名称对应的参数特性和数据值；对待检测样本遥测数据进行预处理，以获取处理后的遥测数据；根据预设航天器特点对处理后的遥测数据进行姿态确定模式遥测与姿态控制模式遥测参数变化序列检测；根据预设数据标记方法标记姿态确定模式遥测与姿态控制模式遥测参数变化序列，以生成姿态故障特征序列；根据姿态故障特征序列对姿控系统中的异常器部件进行自动定位。本实施例可以自动定位异常器部件，从而可以有效释放人力资源。

Description

航天器姿控系统异常定位方法和装置

技术领域

本申请实施例涉及航天测量与控制领域，尤其涉及一种航天器姿控系统异常定位方法和装置。

背景技术

近年来，随着卫星技术的发展，航天器的结构和任务需求日益复杂，而当前航天器故障诊断系统采取的方法主要是基于门限或特征的检测方法，异常分析定位更多的是依赖于人工判读的分析模式。

然而，上述异常分析定位方式，会使得异常分析定位效率较低，并且智能化水平较低。

发明内容

鉴于上述问题，本申请实施例提供了一种航天器姿控系统异常定位方法和装置，克服了上述问题。

第一方面，提供了一种航天器姿控系统异常定位方法，包括：

确定待检测样本遥测数据信息集合，所述待检测样本遥测数据包括：待检测遥测参数名称、每个所述待检测遥测参数名称对应的参数特性和数据值；

对所述待检测样本遥测数据进行预处理，以获取处理后的遥测数据；所述预处理包括：剔除重复点，并按时间顺序进行排序；

根据预设航天器特点对所述处理后的遥测数据进行姿态确定模式遥测与姿态控制模式遥测参数变化序列检测；

根据预设数据标记方法生成姿态故障特征序列；

根据所述姿态故障特征序列对姿控系统中的异常器部件进行自动定位。

在一种可选的方式中，所述对所述待检测样本遥测数据进行预处理，以获取处理后的遥测数据，包括：

将待检测样本遥测数据信息集合按照时间戳和所述遥测参数名称生成二维矩阵；

将每一帧数据值按照对应的时间戳填入所述二维矩阵中对应的位置。

在一种可选的方式中，所述根据预设航天器特点对所述处理后的遥测数据进行姿态确定模式遥测与姿态控制模式遥测参数变化序列检测，包括：

将所述处理后的遥测数据按照滑动时间窗分段提取出多个参数变化序列；

根据预设航天器设计文档对提取的所述参数变化序列进行特征标记，以标记出所述参数变化序列中的正常序列和异常序列；

根据所述正常序列和所述异常序列进行异常检测，以实现异常器部件初步定位。

在一种可选的方式中，所述待检测遥测参数名称包括：

姿态控制模式遥测、姿态确定模式遥测、姿态测量三轴角度遥测、姿态测量三轴角速度遥测、陀螺测量三轴角速度、恒星敏感器四元数遥测、陀螺状态遥测和恒星敏感器状态遥测；

所述姿态测量三轴角度遥测包括：姿态测量角度X遥测、姿态测量角度Y遥测和姿态测量角度Z遥测；

所述姿态测量三轴角速度遥测包括：姿态测量角速度X遥测、姿态测量角速度Y遥测和姿态测量角速度Z遥测；

所述陀螺测量三轴角速度包括：陀螺测量角速度X遥测、陀螺测量角速度Y遥测和陀螺测量角速度Z遥测。

在一种可选的方式中，所述根据预设数据标记方法生成姿态故障特征序列，包括：

对姿态控制模式遥测数据进行状态持续时长标记，输出各个状态按时间先后顺序排列的持续时长数组；

对所述姿态测量三轴角度遥测数据进行连续量状态标记，以获取姿态超差持续时长；

对所述姿态测量三轴角度遥测数据、所述姿态测量三轴角速度遥测数据、所述恒星敏感器四元数遥测数据进行恒值检测；

若出现连续的恒值，则记录所述恒值持续时长；

若出现分段恒值，则按时间先后顺序输出恒值与非恒值段持续时长；

若出现没有数据，则记录没有数据的持续时长。

在一种可选的方式中，所述根据所述姿态故障特征序列对姿控系统中的异常器部件进行自动定位，包括：

若姿态角数据中断与超差时间之和大于第一预设时长，则将进入安全模式原因定位为姿态超差引起的；

若姿态确定模式为不能定姿与粗定姿1的时间之和大于所述第一预设时长，则将姿态超差原因定位到敏感器；

若满足第一异常条件和第二异常条件，则将敏感器异常定位到第二陀螺；

其中，所述第一异常条件为：陀螺状态遥测出现过陀螺无效；

所述第二异常条件为：

使用第一陀螺状态遥测，并且第二陀螺的三轴角速度遥测数据中任意一个持续恒值时间大于第二预设时长；

或者；

使用所述第一陀螺状态遥测，并且获取所述第二陀螺的三轴角速度遥测数据与所述第一陀螺的三轴角速度遥测数据的差判值，以及获取所述差判值大于第一预设值的持续时长，且所述持续时长大于第三预设时长；

若满足所述第一异常条件和第三异常条件，则将敏感器异常定位到第一陀螺；

其中，所述第三异常条件为：

使用所述第二陀螺状态遥测，并且所述第一陀螺的三轴角速度遥测数据中任意一个持续恒值时间大于所述第二预设时长；

或者，

使用所述第二陀螺状态遥测，并且获取所述第二陀螺的三轴角速度遥测数据与所述第一陀螺的三轴角速度遥测数据的差判值，以及获取所述差判值大于所述第一预设值的持续时长，且所述持续时长大于所述第三预设时长；

若姿态确定模式值集合满足第四异常条件或者满足第五异常条件，则将敏感器异常定位到恒星敏感器；

其中，所述第四异常条件为：没有出现两个恒星敏感器融合定姿模式或单个恒星敏感器定姿模式，但出现过陀螺定姿或粗定姿2；

所述第五异常条件为：没有出现所述第一陀螺的三轴角速度和所述第二陀螺的三轴角速度无异常，且恒星敏感器四元数中恒值的持续时间大于第四预设时长。

在一种可选的方式中，

所述第二预设时长为两倍的所述第一预设时长；

所述第四预设时长为所述第一预设时长与预设增量之和。

在一种可选的方式中，所述第一预设时长为5分钟，所述预设增量为2。

第二方面，提供了一种航天器姿控系统异常定位装置，包括：

确定模块，用于确定待检测样本遥测数据信息集合，所述待检测样本遥测数据包括：待检测遥测参数名称、每个所述待检测遥测参数名称对应的参数特性和数据值；

获取模块，用于对所述待检测样本遥测数据进行预处理，以获取处理后的遥测数据；所述预处理包括：剔除重复点，并按时间顺序进行排序；

检测模块，用于根据预设航天器特点对所述处理后的遥测数据进行姿态确定模式遥测与姿态控制模式遥测参数变化序列检测；

标记模块，用于根据预设数据标记方法标记姿态确定模式遥测与姿态控制模式遥测参数变化序列，以生成姿态故障特征序列；

定位模块，用于根据所述姿态故障特征序列对姿控系统中的异常器部件进行自动定位。

在一种可选的方式中，所述获取模块，包括：

生成子模块，用于将待检测样本遥测数据信息集合按照时间戳和所述遥测参数名称生成二维矩阵；

填入子模块，用于将每一帧数据值按照对应的时间戳填入所述二维矩阵中对应的位置。

在一种可选的方式中，所述检测模块，包括：

提取子模块，用于将所述处理后的遥测数据按照滑动时间窗分段提取出多个参数变化序列；

标记子模块，用于根据预设航天器设计文档对提取的所述参数变化序列进行特征标记，以标记出所述参数变化序列中的正常序列和异常序列。

在一种可选的方式中，所述待检测遥测参数名称包括：

姿态控制模式遥测、姿态确定模式遥测、姿态测量三轴角度遥测、姿态测量三轴角速度遥测、陀螺测量三轴角速度、恒星敏感器四元数遥测、陀螺状态遥测和恒星敏感器状态遥测；

所述姿态测量三轴角度遥测包括：姿态测量角度X遥测、姿态测量角度Y遥测和姿态测量角度Z遥测；

所述姿态测量三轴角速度遥测包括：姿态测量角速度X遥测、姿态测量角速度Y遥测和姿态测量角速度Z遥测；

所述陀螺测量三轴角速度包括：陀螺测量角速度X遥测、陀螺测量角速度Y遥测和陀螺测量角速度Z遥测。

在一种可选的方式中，所述标记模块，包括：

第一输出子模块，用于对姿态控制模式遥测数据进行状态持续时长标记，输出各个状态按时间先后顺序排列的持续时长数组；

第二获取子模块，用于对所述姿态测量三轴角度遥测数据进行连续量状态标记，以获取姿态超差持续时长；

第一检测子模块，用于对所述姿态测量三轴角度遥测数据、所述姿态测量三轴角速度遥测数据、所述恒星敏感器四元数遥测数据进行恒值检测；

第一记录子模块，用于若出现连续的恒值，则记录所述恒值持续时长；

第二记录子模块，用于若出现分段恒值，则按时间先后顺序输出恒值与非恒值段持续时长；

第三记录子模块，用于若出现没有数据，则记录没有数据的持续时长。

在一种可选的方式中，所述定位模块，包括：

第一定位子模块，用于若姿态角数据中断与超差时间之和大于第一预设时长，则将进入安全模式原因定位为姿态超差引起的；

第二定位子模块，用于若姿态确定模式为不能定姿与粗定姿1的时间之和大于所述第一预设时长，则将姿态超差原因定位到敏感器；

第三定位子模块，用于若满足第一异常条件和第二异常条件，则将敏感器异常定位到第二陀螺；

其中，所述第一异常条件为：陀螺状态遥测出现过陀螺无效；

所述第二异常条件为：

使用第一陀螺状态遥测，并且第二陀螺的三轴角速度遥测数据中任意一个持续恒值时间大于第二预设时长；

或者；

使用所述第一陀螺状态遥测，并且获取所述第二陀螺的三轴角速度遥测数据与所述第一陀螺的三轴角速度遥测数据的差判值，以及获取所述差判值大于第一预设值的持续时长，且所述持续时长大于第三预设时长；

第四定位子模块，用于若满足所述第一异常条件和第三异常条件，则将敏感器异常定位到第一陀螺；

其中，所述第三异常条件为：

使用所述第二陀螺状态遥测，并且所述第一陀螺的三轴角速度遥测数据中任意一个持续恒值时间大于所述第二预设时长；

或者，

使用所述第二陀螺状态遥测，并且获取所述第二陀螺的三轴角速度遥测数据与所述第一陀螺的三轴角速度遥测数据的差判值，以及获取所述差判值大于所述第一预设值的持续时长，且所述持续时长大于所述第三预设时长；

第五定位子模块，用于若姿态确定模式值集合满足第四异常条件或者满足第五异常条件，则将敏感器异常定位到恒星敏感器；

其中，所述第四异常条件为：没有出现两个恒星敏感器融合定姿模式或单个恒星敏感器定姿模式，但出现过陀螺定姿或粗定姿2；

所述第五异常条件为：没有出现所述第一陀螺的三轴角速度和所述第二陀螺的三轴角速度无异常，且恒星敏感器四元数中恒值的持续时间大于第四预设时长。

在一种可选的方式中，

所述第二预设时长为两倍的所述第一预设时长；

所述第四预设时长为所述第一预设时长与预设增量之和。

第三方面，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如以上任意一个实施例中航天器姿控系统异常定位方法的步骤。

第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如以上任意一个实施例中航天器姿控系统异常定位的步骤。

本发明面向航天器在轨管理故障处置应用，可以解决低轨卫星姿控分系统成熟在轨故障模式的异常自动分析定位问题，可为低轨卫星姿控异常自动化处置提供判断依据，将现在的异常发现为主的故障诊断系统功能拓展到具备一定的原因自动定位功能，有助于提高航天器故障诊断的智能化水平。

上述说明仅是本申请实施例技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请实施例的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请实施例的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例提供的一种航天器姿控系统异常定位方法的流程示意图；

图2为本实施例中提供的异常姿态确定模式遥测变化序列的示意图；

图3为本实施例中提供的无载荷工作时的姿态控制模式遥测变化序列的示意图；

图4为本实施例中提供的一种航天器姿控系统异常定位装置的结构示意图；

图5为本实施例中提供的一种计算机设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语“实施例”并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：存在A，同时存在A和B，存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

此外，本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序，可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个以上（包括两个），同理，“多组”指的是两组以上（包括两组）。

由于低轨航天器轨道具有强周期性，其遥测参数也呈现出很多规律性变化序列特征，识别出正常的遥测参数变化序列特征，反过来便可据此发现数据的异常变化。并且，各变化序列之间普遍存在相互印证关系，很大程度上保证了异常识别定位的准确性。本发明致力于解决低轨卫星姿控分系统成熟在轨故障模式的异常自动分析定位问题，可为异常自动处置提供依据。为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

图1为实施例提供的一种航天器姿控系统异常定位的流程示意图，航天器姿控系统异常定位方法可以如下包括。

S110、确定待检测样本遥测数据信息集合，待检测样本遥测数据包括：待检测遥测参数名称、每个待检测遥测参数名称对应的参数特性和数据值；

在该步骤中，可以利用功能映射法确定待检测样本遥测数据集合，根据专业知识选择待标记参数集并逐一分析参数特征，确定出特征状态及其含义。

具体的，航天器的遥测参数成千上万，但是大部分遥测参数都是对部件工作状态、工作模式和工作过程的表征，部件功能和遥测参数有着相对明确的映射关系。不同型号航天器的同一类分系统部件功能大致相同，可将应用在不同型号中的相同部件功能映射到同一个关键共性遥测参数集合中。本发明利用功能映射法提炼姿态控制分系统关键共性遥测参数，归纳确定出待检测样本遥测数据集合。需要检测的遥测参数数据集合主要根据姿态控制分系统的组成、器部件组合使用情况、系统设计特点来选择确定。

航天器通常有一套姿态确定优先级策略，姿态确定模式相关的遥测量就是体现该策略的重要依据。同时，航天器姿态控制分系统往往会设计一个或多个表征控制系统当前工作模式的状态遥测参数，通常称为姿态控制分系统工作模式遥测或控制模式遥测，姿态控制模式遥测变化序列是统领航天器姿态控制全局的重要遥测参数变化序列。

本发明以低轨航天器姿态控制分系统异常定位问题为实施例。如表1所示，列出了实施例部分待检测的遥测参数集合，其中，待检测遥测参数名称包括：姿态控制模式遥测、姿态确定模式遥测、姿态测量三轴角度遥测、姿态测量三轴角速度遥测、陀螺测量三轴角速度、恒星敏感器四元数遥测、陀螺状态遥测和恒星敏感器状态遥测；

姿态测量三轴角度遥测包括：姿态测量角度X遥测、姿态测量角度Y遥测和姿态测量角度Z遥测；

姿态测量三轴角速度遥测包括：姿态测量角速度X遥测、姿态测量角速度Y遥测和姿态测量角速度Z遥测；

陀螺测量三轴角速度包括：陀螺测量角速度X遥测、陀螺测量角速度Y遥测和陀螺测量角速度Z遥测。

S120、对待检测样本遥测数据进行预处理，以获取处理后的遥测数据；预处理包括：剔除重复点，并按时间顺序进行排序；

在本步骤中，可以利用时间戳匹配轮询算法清理数据，剔除重复点，并按时间顺序进行排序。

在一种可实现方式中，对待检测样本遥测数据进行预处理，以获取处理后的遥测数据，包括以下子步骤A1-A2：

A1、将待检测样本遥测数据信息集合按照时间戳和遥测参数名称生成二维矩阵；

A2、将每一帧数据值按照对应的时间戳填入二维矩阵中对应的位置。

待检测样本遥测数据形式为单个遥测文本文件所组成的数据集合，各个遥测帧的时间戳存在不统一的情况。为方便分析参数间在时间维度上的关联变化情况，需利用程序将多个数据归集为按时间戳排序的矩阵文件。由于各待检测样本遥测数据在帧间隔时间上存在疏密不一的情况，在所生成的矩阵中，空项代表该遥测参数在对应时间戳处无遥测值。同时，遥测数据中的重复值会导致数据分析产生恒值误判，在数据归集时会首先将重复值予以剔除处理。

具体算法为：将待检测样本遥测数据信息集合按照时间戳全集和遥测参数全集生成二维矩阵，将每一帧数据值按照其时间戳填入其对应位置，数据中的重复值在此过程中会被自动剔除。

S130、根据预设航天器特点对处理后的遥测数据进行姿态确定模式遥测与姿态控制模式遥测参数变化序列检测；

在一种可实现方式中，根据预设航天器特点对处理后的遥测数据进行姿态确定模式遥测与姿态控制模式遥测参数变化序列检测，包括以下子步骤B1-B3：

B1、将处理后的遥测数据按照滑动时间窗分段提取出多个参数变化序列；

B2、根据预设航天器设计文档对提取的参数变化序列进行特征标记，以标记出参数变化序列中的正常序列和异常序列；

B3、根据正常序列和异常序列进行异常检测，以实现异常器部件初步定位。

如前，姿态确定模式遥测与姿态控制模式遥测是航天器姿态控制分系统中非常关键的两条遥测参数变化序列。这两个遥测参数均为离散状态量，其参数值对应表示航天器当前所处的姿态确定与姿态控制模式。掌握这两个遥测参数的变化规律并提炼出正常变化序列和异常变化序列，是识别、定位航天器姿态控制分系统异常的前提。

设计规律与数据变化序列之间有着设计规律主导数据变化序列、数据变化序列印证设计规律的关系。本发明立足于这种根本关系，将数据与知识结合起来，首先将遥测数据按照滑动时间窗分段提取出多个参数变化序列。然后，以航天器设计文档为基础，将提取的序列进行特征标记，定性区分为正常序列和异常序列。最后，按照正常序列特征和异常序列特征对实时数据进行泛化分析，据此检测出异常并实现异常器部件初步定位。在该低轨航天器姿态控制分系统设计知识的指导下，采用对不同状态持续时长进行记录的方式，很容易检测出其姿态确定模式遥测参数变化序列，例如图2，给出了其中一种异常的姿态确定模式遥测参数变化序列。同理可检测出姿态控制模式遥测参数变化序列，例如图3，表示无载荷工作情况下的姿态控制模式遥测参数变化序列。

S140、根据预设数据标记方法标记姿态确定模式遥测与姿态控制模式遥测参数变化序列，以生成姿态故障特征序列；

在本步骤中，可以利用连续量状态标记、离散量状态标记、空值标记、恒值标记、数值标记等数据标记方法生成姿态故障特征序列。

在一个实施例中，根据预设数据标记方法标记姿态确定模式遥测与姿态控制模式遥测参数变化序列，以生成姿态故障特征序列，包括：

对姿态控制模式遥测数据进行状态持续时长标记，输出各个状态按时间先后顺序排列的持续时长数组；

对姿态测量三轴角度遥测数据进行连续量状态标记，以获取姿态超差持续时长；

对姿态测量三轴角度遥测数据、姿态测量三轴角速度遥测数据、恒星敏感器四元数遥测数据进行恒值检测；

若出现连续的恒值，则记录恒值持续时长；

若出现分段恒值，则按时间先后顺序输出恒值与非恒值段持续时长；

若出现没有数据，则记录没有数据的持续时长。

具体的，异常定位分析时，确定待标记的遥测范围为表1中所有遥测参数。对姿态控制模式延时遥测数据进行状态持续时长标记，输出各个状态按时间先后顺序排列的持续时长数组，将此标记方法称为离散量状态标记。

将转入安全速率阻尼模式状态的第一帧记为T0时刻，T0时刻是引起进入安全模式的因果变化序列的上级参数的标记起始时刻。设转入安全模式的两种条件为不能定姿持续T1时长或姿态测量三轴角度超出控制目标角度范围（-R，R）持续T2时长，对该两种遥测的标记时长设置为持续时长T1/T2的两倍。其中，姿态测量三轴角度为连续变化量，此处用一个范围（-R，R）来判断其姿态超差情况，记录姿态超差持续时长，将此标记方法称为连续量状态标记。

正常情况下，两个陀螺测量三轴角速度遥测值基本一致，因此可以采用对两个陀螺的三轴角速度遥测值进行差判的方法来检查是否存在陀螺异常。设两个陀螺测量的三轴角速度遥测值的差判门限为L，将此标记方法称为差判标记。

姿态敏感器异常时可能出现输出为恒值或空值的情况，相关二次处理遥测同样跟着出现恒值或数据中断的情况。此实施例中，对姿态测量三轴角度、姿态测量三轴角速度、恒星敏感器四元数进行恒值检测，若出现连续的恒值情况则记录其恒值持续时长，若存在分段恒值情况，则按时间先后顺序输出恒值与非恒值段持续时长。由于有的遥测参数延时、遥测间隔较长，也可能出现没有数据的情况。此时，便记录没有数据的持续时长。将上述两种标记方法分别称为恒值标记、空值标记。

还有个别数据非常稀疏的遥测参数直接记录其值序列即可。例如，一个轨道周期内某遥测只有寥寥几帧，采用罗列的方式即可清晰地呈现遥测状态。此标记方法称为数值标记。

详细的数据标记算法如表2所示。

值得注意的是，上述表2中的各个数字只是一种举例表示，在实际应用场景中也可以为其他数字，本公开不对其加以限制。

S150、根据姿态故障特征序列对姿控系统中的异常器部件进行自动定位。

在本步骤中，可以利用逻辑推理法，分别从单参数角度与综合分析的角度讨论各遥测参数及变化序列对异常定位的贡献，梳理出异常定位条件，形成异常定位算法，实现姿控异常自动定位。

在一种可实现方式中，根据姿态故障特征序列对姿控系统中的异常器部件进行自动定位，包括：

若姿态角数据中断与超差时间之和大于第一预设时长，则将进入安全模式原因定位为姿态超差引起的；

若姿态确定模式为不能定姿与粗定姿1的时间之和大于第一预设时长，则将姿态超差原因定位到敏感器；

若满足第一异常条件和第二异常条件，则将敏感器异常定位到第二陀螺；

其中，第一异常条件为：陀螺状态遥测出现过陀螺无效；

第二异常条件为：

使用第一陀螺状态遥测，并且第二陀螺的三轴角速度遥测数据中任意一个持续恒值时间大于第二预设时长；

或者；

使用所述第一陀螺状态遥测，并且获取所述第二陀螺的三轴角速度遥测数据与所述第一陀螺的三轴角速度遥测数据的差判值，以及获取所述差判值大于第一预设值的持续时长，且所述持续时长大于第三预设时长；

若满足第一异常条件和第三异常条件，则将敏感器异常定位到第一陀螺；

其中，第三异常条件为：

使用第二陀螺状态遥测，并且第一陀螺的三轴角速度遥测数据中任意一个持续恒值时间大于第二预设时长；

或者，

使用所述第二陀螺状态遥测，并且获取所述第二陀螺的三轴角速度遥测数据与所述第一陀螺的三轴角速度遥测数据的差判值，以及获取所述差判值大于所述第一预设值的持续时长，且所述持续时长大于所述第三预设时长；

若姿态确定模式值集合满足第四异常条件或者满足第五异常条件，则将敏感器异常定位到恒星敏感器；

其中，第四异常条件为：没有出现两个恒星敏感器融合定姿模式或单个恒星敏感器定姿模式，但出现过陀螺定姿或粗定姿2；

第五异常条件为：没有出现第一陀螺的三轴角速度和第二陀螺的三轴角速度无异常，且恒星敏感器四元数中恒值的持续时间大于第四预设时长。

其中，第二预设时长为两倍的第一预设时长；

第四预设时长为第一预设时长与预设增量之和；

示例的，第一预设时长为5分钟，预设增量为2。

具体的，结合卫星设计规律，根据识别出的正常、异常遥测参数变化序列，利用逻辑推理的方法设计异常自动定位算法如表3所示（表3中的陀螺A为上述实施例中的第一陀螺，陀螺B为上述实施例中的第二陀螺）。算法依次给出了进入安全模式、姿态超差的原因定位条件，再继续给出定位到具体单机的条件。异常定位算法关系到异常定位的正确性，是异常定位的核心设计环节。

其中，t1时长为上述实施例中的第一预设时长；2*T1时长为上述实施例中的第二预设时长；L为上述实施例中的第一预设值；5分钟为上述实施例中的第三预设时长；T1+2分钟为上述实施例中的第四预设时长。

示例的，选择某卫星进入安全模式姿控异常案例进行应用效果检验，按照上述表3所示的标记算法对两个案例的数据进行标记，标记出的故障特征序列见表4：

根据表3中的异常定位算法，对两个姿控异常案例进行原因定位的结果分别为：陀螺A输出三轴角速度X/Y/Z持续恒值、陀螺B输出角速度Z持续为较大异常值。经与在轨管理异常记录比对，本发明使用的方法推出的原因定位结果与两个异常案例记录一致。

本发明以姿控分系统遥测数据异常诊断为例，利用功能映射法确定待检测样本遥测数据集合，逐一分析参数特征，确定出特征状态及其含义；利用时间戳轮询匹配算法清理数据，剔除重复点，按时间顺序排序；结合型号特点进行姿态确定模式与姿态控制模式遥测参数变化序列检测；利用连续量状态标记、离散量状态标记、空值标记等数据标记方法生成姿态故障特征序列；最后，利用逻辑推理法设计异常原因定位算法，实现姿控异常原因自动定位。本发明面向航天器在轨管理故障处置应用，可以解决低轨卫星姿控分系统成熟在轨故障模式的异常自动分析定位问题，可为低轨卫星姿控异常自动化处置提供判断依据，将现在的异常发现为主的故障诊断系统功能拓展到具备一定的原因自动定位功能，有助于提高航天器故障诊断的智能化水平。

进一步的，本文提出的方法不依赖于某个具体岗位人员的经验，能有效释放人力资源，在保证准确性和快速性的同时实现异常的自动定位。

图4为本实施例提供的一种航天器姿控系统异常定位装置的结构示意图，包括：

确定模块310，用于确定待检测样本遥测数据信息集合，所述待检测样本遥测数据包括：待检测遥测参数名称、每个所述待检测遥测参数名称对应的参数特性和数据值；

获取模块320，用于对所述待检测样本遥测数据进行预处理，以获取处理后的遥测数据；所述预处理包括：剔除重复点，并按时间顺序进行排序；

检测模块330，用于根据预设航天器特点对所述处理后的遥测数据进行姿态确定模式遥测与姿态控制模式遥测参数变化序列检测；

标记模块340，用于根据预设数据标记方法标记姿态确定模式遥测与姿态控制模式遥测参数变化序列，以生成姿态故障特征序列；

定位模块350，用于根据所述姿态故障特征序列对姿控系统中的异常器部件进行自动定位。

在一种可选的方式中，所述获取模块，包括：

生成子模块，用于将待检测样本遥测数据信息集合按照时间戳和所述遥测参数名称生成二维矩阵；

填入子模块，用于将每一帧数据值按照对应的时间戳填入所述二维矩阵中对应的位置。

在一种可选的方式中，所述检测模块，包括：

提取子模块，用于将所述处理后的遥测数据按照滑动时间窗分段提取出多个参数变化序列；

标记子模块，用于根据预设航天器设计文档对提取的所述参数变化序列进行特征标记，以标记出所述参数变化序列中的正常序列和异常序列。

在一种可选的方式中，所述待检测遥测参数名称包括：

姿态控制模式遥测、姿态确定模式遥测、姿态测量三轴角度遥测、姿态测量三轴角速度遥测、陀螺测量三轴角速度、恒星敏感器四元数遥测、陀螺状态遥测和恒星敏感器状态遥测；

所述姿态测量三轴角度遥测包括：姿态测量角度X遥测、姿态测量角度Y遥测和姿态测量角度Z遥测；

所述姿态测量三轴角速度遥测包括：姿态测量角速度X遥测、姿态测量角速度Y遥测和姿态测量角速度Z遥测；

所述陀螺测量三轴角速度包括：陀螺测量角速度X遥测、陀螺测量角速度Y遥测和陀螺测量角速度Z遥测。

在一种可选的方式中，所述标记模块，包括：

第一输出子模块，用于对姿态控制模式遥测数据进行状态持续时长标记，输出各个状态按时间先后顺序排列的持续时长数组；

第二获取子模块，用于对所述姿态测量三轴角度遥测数据进行连续量状态标记，以获取姿态超差持续时长；

第一检测子模块，用于对所述姿态测量三轴角度遥测数据、所述姿态测量三轴角速度遥测数据、所述恒星敏感器四元数遥测数据进行恒值检测；

第一记录子模块，用于若出现连续的恒值，则记录所述恒值持续时长；

第二记录子模块，用于若出现分段恒值，则按时间先后顺序输出恒值与非恒值段持续时长；

第三记录子模块，用于若出现没有数据，则记录没有数据的持续时长。

在一种可选的方式中，所述定位模块，包括：

第一定位子模块，用于若姿态角数据中断与超差时间之和大于第一预设时长，则将进入安全模式原因定位为姿态超差引起的；

第二定位子模块，用于若姿态确定模式为不能定姿与粗定姿1的时间之和大于所述第一预设时长，则将姿态超差原因定位到敏感器；

第三定位子模块，用于若满足第一异常条件和第二异常条件，则将敏感器异常定位到第二陀螺；

其中，所述第一异常条件为：陀螺状态遥测出现过陀螺无效；

所述第二异常条件为：

使用第一陀螺状态遥测，并且第二陀螺的三轴角速度遥测数据中任意一个持续恒值时间大于第二预设时长；

或者；

使用所述第一陀螺状态遥测，并且获取所述第二陀螺的三轴角速度遥测数据与所述第一陀螺的三轴角速度遥测数据的差判值，以及获取所述差判值大于第一预设值的持续时长，且所述持续时长大于第三预设时长；

第四定位子模块，用于若满足所述第一异常条件和第三异常条件，则将敏感器异常定位到第一陀螺；

其中，所述第三异常条件为：

使用所述第二陀螺状态遥测，并且所述第一陀螺的三轴角速度遥测数据中任意一个持续恒值时间大于所述第二预设时长；

或者，

使用所述第二陀螺状态遥测，并且获取所述第二陀螺的三轴角速度遥测数据与所述第一陀螺的三轴角速度遥测数据的差判值，以及获取所述差判值大于所述第一预设值的持续时长，且所述持续时长大于所述第三预设时长；

第五定位子模块，用于若姿态确定模式值集合满足第四异常条件或者满足第五异常条件，则将敏感器异常定位到恒星敏感器；

其中，所述第四异常条件为：没有出现两个恒星敏感器融合定姿模式或单个恒星敏感器定姿模式，但出现过陀螺定姿或粗定姿2；

所述第五异常条件为：没有出现所述第一陀螺的三轴角速度和所述第二陀螺的三轴角速度无异常，且恒星敏感器四元数中恒值的持续时间大于第四预设时长。

在一种可选的方式中，所述第二预设时长为两倍的所述第一预设时长；

所述第四预设时长为所述第一预设时长与预设增量之和。

本申请实施例还提供了一种计算机设备。具体请参阅图5，图5为本实施例计算机设备基本结构框图。

计算机设备包括通过系统总线相互通信连接存储器410和处理器420。需要指出的是，图中仅示出了具有组件410-420的计算机设备，但是应理解的是，并不要求实施所有示出的组件，可以替代的实施更多或者更少的组件。其中，本技术领域技术人员可以理解，这里的计算机设备是一种能够按照事先设定或存储的指令，自动进行数值计算和/或信息处理的设备，其硬件包括但不限于微处理器、专用集成电路（Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC）、可编程门阵列（Field－Programmable Gate Array，FPGA）、数字处理器（Digital Signal Processor，DSP）、嵌入式设备等。

计算机设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。计算机设备可以与用户通过键盘、鼠标、遥控器、触摸板或声控设备等方式进行人机交互。

存储器410至少包括一种类型的可读存储介质，可读存储介质包括非易失性存储器（non-volatile memory）或易失性存储器，例如，闪存（flash memory）、硬盘、多媒体卡、卡型存储器（例如，SD或DX存储器等）、随机访问存储器（random access memory，RAM）、只读存储器（read-only memory，ROM）、可擦写可编程只读存储器（erasable programmableread-only memory，EPROM）、电可擦写可编程只读存储器（electrically erasableprogrammable read-only memory，EEPROM）、可编程只读存储器（programmable read-onlymemory，PROM）、磁性存储器、磁盘、光盘等，RAM可以包括静态RAM或动态RAM。在一些实施例中，存储器410可以是计算机设备的内部存储单元，例如，该计算机设备的硬盘或内存。在另一些实施例中，存储器410也可以是计算机设备的外部存储设备，例如该计算机设备上配备的插接式硬盘、智能存储卡（Smart Media Card，SMC）、安全数字（Secure Digital，SD）卡或闪存卡（Flash Card）等。当然，存储器410还可以既包括计算机设备的内部存储单元也包括其外部存储设备。本实施例中，存储器410通常用于存储安装于计算机设备的操作系统和各类应用软件，例如上述方法的程序代码等。此外，存储器410还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的各类数据。

处理器420通常用于执行计算机设备的总体操作。本实施例中，存储器410用于存储程序代码或指令，程序代码包括计算机操作指令，处理器420用于执行存储器410存储的程序代码或指令或者处理数据，例如运行上述方法的程序代码。

本文中，总线可以是工业标准体系结构（Industry Standard Architecture，ISA）总线、外设部件互连标准（Peripheral Component Interconnect，PCI）总线或扩展工业标准结构（Extended Industry Standard Architecture，EISA）总线等。该总线系统可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

本申请的另一实施例还提供一种计算机可读介质，计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读介质。计算机中的处理器读取存储在计算机可读介质中的计算机可读程序代码，使得处理器能够执行在上述方法中每个步骤、或各步骤的组合中规定的功能动作；生成实施在框图的每一块、或各块的组合中规定的功能动作的装置。

计算机可读介质包含但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外的存储器或半导体系统、设备或者装置，或者前述的任意适当组合，存储器用于存储程序代码或指令，程序代码包括计算机操作指令，处理器用于执行存储器存储的上述方法的程序代码或指令。

存储器和处理器的定义，可以参考前述计算机设备实施例的描述，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

在本申请各个实施例中的各功能单元或模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）或处理器（processor）执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（Read-OnlyMemory，ROM）、随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。本申请描述的“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本申请可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了装置若干的单元权利要求中，这些装置中的若干个单元可以是通过同一个硬件项来具体体现。第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些单词解释为名称。上述实施例中的步骤，除有特殊说明外，不应理解为对执行顺序的限定。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种航天器姿控系统异常定位方法，其特征在于，包括：

确定待检测样本遥测数据信息集合，所述待检测样本遥测数据包括：待检测遥测参数名称、每个所述待检测遥测参数名称对应的参数特性和数据值；

对所述待检测样本遥测数据进行预处理，以获取处理后的遥测数据；所述预处理包括：剔除重复点，并按时间顺序进行排序；

根据预设航天器特点对所述处理后的遥测数据进行姿态确定模式遥测与姿态控制模式遥测参数变化序列检测；

根据预设数据标记方法标记姿态确定模式遥测与姿态控制模式遥测参数变化序列，以生成姿态故障特征序列；

根据所述姿态故障特征序列对姿控系统中的异常器部件进行自动定位。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述待检测样本遥测数据进行预处理，以获取处理后的遥测数据，包括：

将待检测样本遥测数据信息集合按照时间戳和所述遥测参数名称生成二维矩阵；

将每一帧数据值按照对应的时间戳填入所述二维矩阵中对应的位置。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预设航天器特点对所述处理后的遥测数据进行姿态确定模式遥测与姿态控制模式遥测参数变化序列检测，包括：

将所述处理后的遥测数据按照滑动时间窗分段提取出多个参数变化序列；

根据预设航天器设计文档对提取的所述参数变化序列进行特征标记，以标记出所述参数变化序列中的正常序列和异常序列。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待检测遥测参数名称包括：

姿态控制模式遥测、姿态确定模式遥测、姿态测量三轴角度遥测、姿态测量三轴角速度遥测、陀螺测量三轴角速度、恒星敏感器四元数遥测、陀螺状态遥测和恒星敏感器状态遥测；

所述姿态测量三轴角度遥测包括：姿态测量角度X遥测、姿态测量角度Y遥测和姿态测量角度Z遥测；

所述姿态测量三轴角速度遥测包括：姿态测量角速度X遥测、姿态测量角速度Y遥测和姿态测量角速度Z遥测；

所述陀螺测量三轴角速度包括：陀螺测量角速度X遥测、陀螺测量角速度Y遥测和陀螺测量角速度Z遥测。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据预设数据标记方法标记姿态确定模式遥测与姿态控制模式遥测参数变化序列，以生成姿态故障特征序列，包括：

对姿态控制模式遥测数据进行状态持续时长标记，输出各个状态按时间先后顺序排列的持续时长数组；

对所述姿态测量三轴角度遥测数据进行连续量状态标记，以获取姿态超差持续时长；

对所述姿态测量三轴角度遥测数据、所述姿态测量三轴角速度遥测数据、所述恒星敏感器四元数遥测数据进行恒值检测；

若出现连续的恒值，则记录所述恒值持续时长；

若出现分段恒值，则按时间先后顺序输出恒值与非恒值段持续时长；

若出现没有数据，则记录没有数据的持续时长。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述姿态故障特征序列对姿控系统中的异常器部件进行自动定位，包括：

若姿态角数据中断与超差时间之和大于第一预设时长，则将进入安全模式原因定位为姿态超差引起的；

若姿态确定模式为不能定姿与粗定姿1的时间之和大于所述第一预设时长，则将姿态超差原因定位到敏感器；

若满足第一异常条件和第二异常条件，则将敏感器异常定位到第二陀螺；

其中，所述第一异常条件为：陀螺状态遥测出现过陀螺无效；

所述第二异常条件为：

使用第一陀螺状态遥测，并且第二陀螺的三轴角速度遥测数据中任意一个持续恒值时间大于第二预设时长；

或者；

使用所述第一陀螺状态遥测，并且获取所述第二陀螺的三轴角速度遥测数据与所述第一陀螺的三轴角速度遥测数据的差判值，以及获取所述差判值大于第一预设值的持续时长，且所述持续时长大于第三预设时长；

若满足所述第一异常条件和第三异常条件，则将敏感器异常定位到第一陀螺；

其中，所述第三异常条件为：

使用所述第二陀螺状态遥测，并且所述第一陀螺的三轴角速度遥测数据中任意一个持续恒值时间大于所述第二预设时长；

或者，

使用所述第二陀螺状态遥测，并且获取所述第二陀螺的三轴角速度遥测数据与所述第一陀螺的三轴角速度遥测数据的差判值，以及获取所述差判值大于所述第一预设值的持续时长，且所述持续时长大于所述第三预设时长；

若姿态确定模式值集合满足第四异常条件或者满足第五异常条件，则将敏感器异常定位到恒星敏感器；

其中，所述第四异常条件为：没有出现两个恒星敏感器融合定姿模式或单个恒星敏感器定姿模式，但出现过陀螺定姿或粗定姿2；

所述第五异常条件为：没有出现所述第一陀螺的三轴角速度和所述第二陀螺的三轴角速度无异常，且恒星敏感器四元数中恒值的持续时间大于第四预设时长。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

所述第二预设时长为两倍的所述第一预设时长；

所述第四预设时长为所述第一预设时长与预设增量之和。

8.一种航天器姿控系统异常定位装置，其特征在于，包括：

确定模块，用于确定待检测样本遥测数据信息集合，所述待检测样本遥测数据包括：待检测遥测参数名称、每个所述待检测遥测参数名称对应的参数特性和数据值；

获取模块，用于对所述待检测样本遥测数据进行预处理，以获取处理后的遥测数据；所述预处理包括：剔除重复点，并按时间顺序进行排序；

检测模块，用于根据预设航天器特点对所述处理后的遥测数据进行姿态确定模式遥测与姿态控制模式遥测参数变化序列检测；

标记模块，用于根据预设数据标记方法生成姿态故障特征序列；

定位模块，用于根据所述姿态故障特征序列对姿控系统中的异常器部件进行自动定位。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述获取模块，包括：

生成子模块，用于将待检测样本遥测数据信息集合按照时间戳和所述遥测参数名称生成二维矩阵；

填入子模块，用于将每一帧数据值按照对应的时间戳填入所述二维矩阵中对应的位置。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述检测模块，包括：

提取子模块，用于将所述处理后的遥测数据按照滑动时间窗分段提取出多个参数变化序列；

标记子模块，用于根据预设航天器设计文档对提取的所述参数变化序列进行特征标记，以标记出所述参数变化序列中的正常序列和异常序列。

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