[发明专利]一种基于温度曲线特征的卫星温控系统故障诊断方法

说明书

本发明公开了一种基于温度曲线特征的卫星温控系统故障诊断方法，包括1、按照时序对遥测温度数据进行收集，并按周期对遥测温度数据信息进行存储；2、初始化周期i；3、对第i个周期的N_i个数据做差分计算，得到第i个周期对应的差分序列；4、设定阈值α，统计差分序列中数值绝对值大于α的数量Q_i；5、使i加1，如果i>总的周期数M，转步骤6，若i≤M，跳转至步骤3；6、通过步骤4计算得到以上M个周期计算出的波动强度特征值Q₁,Q₂,…,Q_M；7、对新接收的待检测数据在一次差分的基础上统计差分值超过阈值的数量，作为待检测特征；步骤8：在显著性水平下，计算正态分布下的置信区间和拒绝域，并进行判断。本发明具有通过分析历史遥测温度数据进而提高诊断精度的优点。

技术领域

本发明涉及一种基于温度曲线特征的卫星温控系统故障诊断方法，属于计算机领域。

背景技术

卫星的温控系统是卫星的重要组成部分，它控制着卫星内部及外部环境的热交换，是卫星内各系统正常工作的保障，其可靠性直接影响到自身及其他系统、乃至整个卫星的工作状态。卫星内部的电子元器件对工作环境的温度条件具有明确的规定范围，一旦温控系统出现故障，当环境温度发生变化却无法得到有效的调控，元器件本身的温度会随之发生相应变化，若温度超出设计范围，它们的性能参数也将改变，甚至会引起元器件的破坏，从而导致卫星系统的寿命大大缩减。日本“大隅号”实验卫星、加拿大通讯技术卫星、美国“陆地卫星—4”等均因温控系统故障而造成重大损失。

目前，由于太空环境的复杂性和卫星运行状态的多样性，工作人员往往对卫星故障机理缺乏先验性的了解，被动、滞后的修复措施对于卫星安全、稳定和经济运行十分不利，尤其当温控系统出现异常时，将导致卫星内部各个系统的性能下降，直接影响其正常工作。为了保证卫星内部各个工作器件的测量精度和技术性能，温控回路必须对整个系统的工作过程进行温度控制并进行状态监测，根据掌握的温度信息实时快速地进行故障诊断，及时发现卫星温控系统潜在的故障隐患。如何及时准确地发现并处理卫星温控系统出现的异常，对卫星运控管理非常重要，关系到卫星在轨使用寿命，因此，对卫星温控系统进行故障诊断对其运行监测具有重要的实用意义。

现有的卫星温控系统状态诊断方法有如下分类：专家知识故障诊断方法、基于模型的故障诊断法和基于神经网络的诊断法。专家知识故障诊断法，是指计算机在诊断过程中不断采集被诊断对象的信息，并综合运用知识库中的经验规则进行推理，从而快速地找到系统可能的故障。基于专家知识的故障诊断系统能够充分利用数据库技术，将专家诊断知识规则及诊断结果有序存储于数据库中，能够随时进行浏览更新维护用，但知识表达的优劣对知识的应用范围和效率影响很大，同时也影响知识的获取和故障解决方案的学习机制。基于模型的故障诊断法首先建立温度控制系统模型，再针对模型特点给出求解方法，最后给出故障诊断的实例，然而模型的准确构建往往十分困难。近年来，基于神经网络的诊断法得到了发展，其优点是高度非线性、高度容错和联想记忆等，但是，人工神经网络应用于故障诊断也存在许多不足，诊断方法属“黑箱”方法，不能揭示出系统内部的一些潜在关系，无法对诊断过程给予明确解释。网络训练时间较长，并且对未在训练样本中出现的故障无诊断能力，甚至得出错误诊断结论，这些都增加了神经网络在实际应用中的困难。

此外，以上方法仅停留在基于残差分析，根据故障状态字和数据正常范围对卫星进行诊断，或者判断与已有故障模式的近似程度，容易造成异常情况误判或漏判，且具有很大的局限性。一方面，若温控系统在初期阶段出现故障，仅有小幅度的波动而未超过阈值，在此情况下，已有方法难以检测出潜在故障；另一方面，若卫星所执行任务有变化，导致当前温度变化与历史数据相差很大，实际上为正常作业，却易被判断为故障。根本原因在于原有方法过分专注于数据在固定时刻的取值，使得诊断规则的普适性差。