[发明专利]星载电子系统在轨可靠性的预测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种星载电子系统，特别是涉及一种星载电子系统的在轨可靠性的预测方法及系统。

背景技术

星载电子系统是指在各种卫星上工作的各种电子系统或设备的统称。星载电子系统的可靠性是指该系统在规定的条件下、规定的时间内，完成规定功能的能力，是反映星载电子系统的使用寿命的重要特性。可靠性评价的指标包括可靠度、失效率、平均无故障工作时间等。

为满足系统在轨运行时的可靠性要求，需要在设计、制造和使用的全过程对系统进行可靠性管理，以保证系统的可靠性。具体来讲，首先，在系统设计时，可以通过可靠性设计来进行可靠性管理，即，通过对系统进行合理设计（例如：冗余设计）的方法来提高可靠性，同时，可以基于失效率预测模型和设计工作温度来预测系统的可靠性；其次，在系统试制时，可以通过地面的可靠性试验方法进行验证，以进行可靠性管理；然后，在系统量产时，可以通过对原材料、制造工艺和质量进行控制来提高可靠性，以进行可靠性管理；最后，在系统在轨运行时，可以通过可靠性预测和维护的方法来进行可靠性管理，即，可以基于失效率预测模型和设计工作温度等来预测系统的在轨可靠性，并根据前述可靠性预测的结果和实际的系统工作状态的监测结果，通过各种维护措施（例如：主备切换、故障隔离、预防维护）的方法来进行可靠性管理。

系统的可靠性预测是指根据系统各组成部分的可靠性、工作环境及相互关系等来预测系统的可靠性。可靠性预测的一般方式是：首先，根据系统的组成结构和内部逻辑关系确定系统的可靠性逻辑框图，将系统划分为若干层级；接着，确定系统内部各元器件（例如：电阻器、电容器、二极管、晶体管等）和零部件的可靠性；然后，基于此来预测由若干元器件和零部件组成的、能完成某个特定功能的最小功能模块的可靠性；然后，根据系统的可靠性逻辑框图，按照自下而上的原则向上逐级预测各级中包含的功能单元的可靠性；直至最后预测出该系统的可靠性。根据系统在产品设计、试制、量产和在轨运行等各阶段的不同要求，可靠性预测的方法也各不相同。目前最常用的方法是应力分析法和数学模型法。应力分析法是根据系统的各类元器件在实际工作温度和实际应力条件下的通用失效率、质量等级和成熟系数来计算失效率，由于需要使用元器件的实际工作温度和实际应力的测量数据，该方法计算比较准确但是数据测量的工作量较大。数学模型法是首先根据系统的组成结构和内部逻辑关系确定系统的可靠性逻辑框图和可靠性数学模型后，然后按照概率运算法对系统进行可靠性预测，该方法计算比较准确但是由于该方法是基于系统的设计方案进行可靠性预测，因此仅适用于对系统进行设计方案的论证，由于该方法不考虑当系统在轨运行时的实际工作状态，因此如果在系统设计完成后仍然使用该方法进行系统在轨可靠性预测就无法获得准确的预测结果，这不利于及时掌握星载电子系统的在轨可靠性，不利于准确预测某些超期服役（即系统的实际工作时间累计已经超过系统的设计使用寿命、但是仍然实际在轨运行）的星载电子系统的剩余可用时间，不利于控制下一代服役载荷研制进度，并且，也不利于对星载电子系统进行积极和主动的可靠性维护（例如：主动的主备切换、预防维护等）。

另一方面，为掌握星载电子系统内部各功能模块的工作状态，在系统设计时，会在某些功能模块（即遥测对象）的关键电路中设置若干用来监测电路工作状态或者进行工作模式判别的遥测电路参数（即遥测量，例如：工作电流、工作电压、工作温度等），同时设计相应的遥测电路；在系统的在轨运行时，地面测控系统会定期或者不定期地对上述遥测量的实际测量值（即遥测数据）进行数据采集，以获得遥测对象的工作状态。上述遥测量的特点是：（1）遥测量广泛分布于系统中的各个关键电路中；（2）遥测量可以反映遥测对象的关键电路的工作状态（例如：工作电流、工作电压、工作温度等），但是无法覆盖所有电路的工作状态；（3）遥测数据及时反映了遥测对象在轨运行时的实际工作状态，具有较高的时效性。但目前遥测数据并未被充分地利用和分析，以对星载电子系统的在轨可靠性进行预测。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于遥测量的星载电子系统的在轨可靠性预测的方法与系统，可以根据系统的遥测数据准确预测系统的在轨运行的可靠性。