[发明专利]一种星载氢钟寿命评估方法

说明书

本发明涉及一种星载氢钟寿命评估方法，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。本发明的方法通过综合利用多源数据，提升对星载氢钟寿命的评估准确度。

技术领域

本发明属于装备可靠性领域，具体涉及一种星载氢钟寿命评估方法。

背景技术

北斗卫星导航系统是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。星载氢原子钟(以下简称“氢钟”)是卫星导航系统的核心，其性能及钟差预报是影响导航定位精度的关键因素，自主导航系统及精密单点定位系统主要靠高精度的星载原子钟钟差预报进行导航定位，而星载原子钟的性能分析是高精度钟差预报的基础。氢钟是利用氢原子跃迁产生的高稳定频率信号进行计时的一种精密仪器，具有优良的频率稳定度。星载氢钟主要包括物理部分和电路部分，物理部分主要由微波腔组件、磁屏蔽组件、真空主体组件、束光学组件、氢源组件等组成；电路部分主要包括两个锁频环，其中10MHz晶振锁定在物理部分输出的跃迁频率上。

由于氢钟结构复杂、涉及到的工艺和零部件多，且价格昂贵，属于小样本产品，同时考虑到氢钟是北斗三号导航卫星的主用原子钟，在轨运行时间短、积累的数据有限，传统的单独利用统计学数据、基于加速寿命试验数据、基于加速退化试验数据对航天器开展寿命评估的方法对氢钟开展寿命评估不再适用。因而需要综合利用前期积累的多个阶段的多源数据，开展氢钟寿命的评估工作对卫星的稳定运行非常重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了充分利用星载氢钟开展的关键部组件加速试验数据、在轨遥测数据、整钟地面长期运行数据以及性能数据等多源数据和质量问题信息，本发明提供了一种星载氢钟寿命评估方法，通过综合利用多源数据，提升对星载氢钟寿命的评估准确度。

本发明所采用的技术方案是：一种星载氢钟寿命评估方法，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，其中，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；电离装置故障包括电离泡失效、电离电路故障；

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；其中，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；

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；

(2)搭建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；

(3)对数据特征量进行数据处理；