[发明专利]一种星载氢钟寿命评估方法

权利要求书

1.一种星载氢钟寿命评估方法，其特征在于，包括步骤如下：

(1)对氢钟的FMEA和故障树进行分析，识别出影响氢钟可靠性与寿命的因素为真空装置故障与电离装置故障；建立氢钟的故障模式与数据特征量之间的对应关系；数据特征量指能够反映氢钟部组件或整钟性能的数据；

(2)搭建星载氢钟寿命评估模型；

(3)对数据特征量进行数据处理；

(4)利用蒙特卡罗仿真方法对氢钟寿命进行评估，得到氢钟的平均寿命与氢钟寿命的分布。

2.根据权利要求1所述的一种星载氢钟寿命评估方法，其特征在于：步骤(1)中，真空装置故障包括真空失效、供氢异常、腔泡系统失效、电离源故障。

3.根据权利要求2所述的一种星载氢钟寿命评估方法，其特征在于：步骤(1)中，电离装置故障包括电离泡失效、电离电路故障。

4.根据权利要求3所述的一种星载氢钟寿命评估方法，其特征在于：步骤(1)中，氢钟部组件的数据特征量包括：钛泵和吸气剂泵的吸氢量，吸气剂复合泵的真空度和高压源电流，磁屏蔽系数，电离泡光强，电离电路的电离功率。

5.根据权利要求4所述的一种星载氢钟寿命评估方法，其特征在于：步骤(1)中，整钟的数据特征量包括遥测数据和性能数据，其中，遥测数据包括：电离泡光强、二次谐波幅度、晶振压控电压、变容二极管电压、高压源电流；性能数据包括频率准确度、频率漂移率和频率稳定度。

6.根据权利要求5所述的一种星载氢钟寿命评估方法，其特征在于：步骤(2)中，星载氢钟寿命评估模型如下：

T＝min[T_c,T_d]；

式中，T为氢钟整钟的寿命，T_c为消耗型寿命，T_d为退化型寿命；

消耗型寿命指具有设定的氢气、吸气剂、钛储存量且随着消耗不可补充而导致氢钟失效的寿命；

退化型寿命指遥测数据或性能数据在氢钟关键部组件或整钟运行时逐渐超出正常工作的阈值而导致氢钟关键部组件或整钟失效的寿命。

7.根据权利要求6所述的一种星载氢钟寿命评估方法，其特征在于：步骤(3)中，针对采集的数据特征量中的缺失数据，采用属性平均值或直接删除的方式进行处理；针对采集的数据特征量中的噪声数据，采用数据平滑分箱算法进行处理；针对采集的数据特征量中的异常数据，首先判断产生异常的原因，然后采用基于移动窗口理论方法实现对异常值的监测和处理。

8.根据权利要求7所述的一种星载氢钟寿命评估方法，其特征在于：步骤(4)的计算步骤如下：

4.1)设置初始条件，初始条件包括消耗型寿命的初值、退化型寿命的初值、仿真次数；

4.2)利用消耗型寿命模型，预估消耗型寿命；

4.3)预估退化型寿命；

4.4)根据星载氢钟寿命评估模型T＝min[T_c,T_d]，求得氢钟在一次仿真中的寿命T；

4.5)重复流程4.2)～4.4)，进行多次仿真，得到仿真次数N_e和N_e个氢钟寿命值，则氢钟平均寿命为：

4.6)给定统计区间，统计N_e个氢钟寿命值落入该统计区间内大于平均寿命的次数，得到氢钟寿命分布频率图。

9.根据权利要求8所述的一种星载氢钟寿命评估方法，其特征在于：步骤4.2)中，消耗型寿命模型如下：

氢钟消耗型寿命取决于消耗最快的因素，则：

T_c＝min(T₁,T₂,…,T_m)；

式中：T_c为消耗型寿命；

T_m为第m种消耗因素决定的氢钟寿命；其中，消耗因素包括储氢量、吸气剂量、钛含量；

m为影响氢钟寿命的消耗因素的数量。

10.根据权利要求9所述的一种星载氢钟寿命评估方法，其特征在于：步骤4.3)中，对于退化型寿命的预估方法如下：

对于整钟寿命，根据氢钟性能数据和遥测数据来评估，选取整钟的数据特征量，利用数据驱动方法来分别评估各个数据特征量到达其对应的失效阈值时所对应的时间，比较并取其中的最小值作为预估寿命a；

对于氢钟关键部组件的寿命，选取氢钟部组件的数据特征量中磁屏蔽系数、电离泡光强、电离电路的电离功率数据，利用数据驱动方法来分别评估各个数据特征量到达其对应的失效阈值时所对应的时间，比较并取其中的最小值作为预估寿命b；

选取预估寿命a和预估寿命b中的最小值作为退化型寿命T_d。