[发明专利]卫星自主故障诊断方法及其诊断系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种航天器故障诊断方法及其诊断系统，特别涉及一种根据实 时遥测参数报文自主进行故障诊断的卫星自主故障诊断方法及其诊断系统。

背景技术

卫星自主智能控制和分布式卫星自主运行的发展趋势要求航天器具备自 主感知自身健康状况和自主故障诊断的功能。然而，现阶段我国航天器故障主 要依靠地面测控站进行诊断，这使得卫星的故障诊断受限于地面测控站的位置 和测控弧段，同时也给地面测控站的测控人员带来了很大的判断压力。

目前国内开发了很多卫星故障诊断系统，但大多数的卫星故障诊断系统都 是通过卫星过境时根据接收的卫星的遥测数据，利用地面强大的计算资源对卫 星某个分系统进行地面诊断。如大部分卫星故障诊断系统的知识库借助于现有 的数据库(如oracle、SQL server等)实现，这些数据库在计算资源紧缺的星 载计算机上难以实现。

而且，卫星故障诊断系统常用的limit-check和Persistence-Counter等故障 检测方法，基于limit-check的故障检测方法是将决策函数值和事先设定的门限 值相比较，当决策函数值超过门限值时，就认为有故障发生，反之就认为没有 故障发生，通常采用产生式规则表达这种条件-结果关系。由于卫星运行的环 境比较恶劣，受各种干扰噪声的影响，可能某些信号会出现瞬时与理论值不一 致的情况，因此会导致过高的虚警现象。

Michael A.Swartwout等人针对产生式规则的缺点提出持续性计数 (Persistence-Counter)的方法并应用于研制的Sapphire和Emerald等卫星，可 以明显降低虚警率，然而持续性计数的方法对于噪声干扰下的故障检测能力仍 然存在不足，如对周期性故障信号的检测具有时延大的缺点。存在以上缺点的 原因主要有两点：(1)在实际的检测中，由于受环境、条件、检测内容和技术 手段的影响，检测值本身存在着一定的不确定性，这种不确定性是由于事物之 间差异的中间过渡性所引起的划分上的不确定性，它是事物本身固有的不精确 性。而基于limit-checking的故障检测方法通过精确的门限值划分不精确的检 测值，势必会带来虚警和漏报；(2)完全根据采样时刻的值而不考虑时间因素 难免受到噪声等环境不确定性因素的影响。

因此，建立具有良好的自主性、实时性和实用性的卫星自主故障诊断系统 意义重大，以期克服目前卫星的故障诊断完全依靠地面测控站的现状，减轻地 面测控站的压力，实现卫星故障的自主诊断，提高卫星的自主运行能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种卫星自主故障诊断方法及其诊断系统，针对现 有技术中的缺陷，可以降低卫星自主故障诊断专家系统设计的复杂度，提高卫 星故障的诊断效率，提高卫星间的协同诊断能力。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一方面，本发明提供了一种卫星自主故障诊断方法，其特征在于，它包括 如下步骤：

(1)构建通过与卫星专业设计人员交流、阅读卫星设计资料或故障模式 影响与分析等方式获取卫星故障模式及卫星故障之间的因果关系并将所得的 故障知识用Petri网描述的知识库和模糊规则库；

(2)接收卫星的实时遥测数据，并根据模糊规则库中的规则对卫星的实 时遥测数据进行基于模糊集的故障检测；

(3)根据上述故障检测的结果与知识库进行故障推理，根据知识库中存 储的卫星故障模式及卫星故障之间的因果关系输出相应的故障对策。

在本发明的一个实施例中，上述步骤(1)还包括一对知识库进行校验的 步骤。

进一步，所述知识库的校验包括矛盾规则的校验、冗余规则的校验、不完 全规则的校验和循环规则的校验。

进一步，所述矛盾规则的校验是指检验知识库中是否至少存在2条规则， 在相同的条件下导致矛盾的结论。

进一步，所述冗余规则的校验是指检验知识库中是否存在不必要的规则。

进一步，所述不完全规则的校验是指检验知识库中是否存在缺失的规则。

进一步，所述循环规则的校验是指检验知识库中是否存在一组规则的条件 和结论被链接成一个循环的环。

在本发明的一个实施例中，上述步骤(2)中的故障检测包括精确输入模 糊化处理、模糊推理判决和非模糊化输出。