[发明专利]航天器姿轨控系统故障案例库构建系统及构建方法

说明书

本发明涉及一种航天器姿轨控系统故障案例库构建系统，包括：虚拟运行分析单元、实际运行分析单元、案例生成单元、故障案例库和人机交互单元；虚拟运行分析单元包括动态模型、模型操作模块、循环神经网络和虚拟运行数据库。实际运行分析单元包括数据采集模块、数据处理模块和实际运行数据库。案例生成单元包括故障特征提取模块和故障注入模块。故障案例库包括实际故障案例、实际故障扩展案例和虚拟故障案例。人机交互单元提供操作人员与虚拟运行分析单元、实际运行分析单元、案例生成单元和故障案例库进行数据交互的接口。本发明将循环神经网络用于航天器姿轨控系统模型的修正，可随着实际系统运行不断提高模型精度。

技术领域

本发明涉及航天领域，尤其涉及一种航天器姿轨控系统故障案例库构建系统及构建方法。

背景技术

航天器姿轨控系统是航天器上控制其自身运行轨道和姿态的系统，是航天器核心控制系统。姿轨控系统能否正常工作直接决定了航天器能否安全成功地完成飞行任务。在航天发展史上，由于姿轨控系统发生故障，导致航天器失效的事故屡有发生，因此研究人员对姿轨控系统的故障诊断和健康管理技术的发展越来越重视。

运用故障案例库来进行故障诊断，是近来在工业界日趋流行的技术方案。通过记录测试和运行时所发生的故障，逐渐积累并建立对象系统的故障案例库，当类似系统发生类似故障时，可通过对过往故障历史数据的查询比对，迅速定位当前故障，并找到解决办法。

对于航天器姿轨控系统来说，由于是运行在太空中，其系统状态的获取具有一定的局限性和滞后性，而在地面测试阶段，受限于外部条件，难以完全模拟太空运行环境，实物设备故障注入所覆盖的模式有限，仅通过运行和测试数据构建其故障案例库，存在着成本高、周期长、覆盖不全面、状态监测不完备的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种航天器姿轨控系统故障案例库构建系统及构建方法。

为实现上述发明目的，本发明提供一种航天器姿轨控系统故障案例库构建系统及构建方法，系统包括：

虚拟运行分析单元、实际运行分析单元、案例生成单元、故障案例库和人机交互单元；

所述虚拟运行分析单元包括：

动态模型，用于描述航天器姿轨控系统各相关环节的动态特性；

模型操作模块，对所述动态模型的仿真进行控制，对模型参数进行修改，对模型输出状态量进行采集；

循环神经网络，通过学习航天器姿轨控系统实际测试和运行数据，对所述动态模型的参数进行修正，使模型输出更贴近建模对象，提高建模精度；

虚拟运行数据库，存储所述模型操作模块传送的动态模型仿真过程中的状态变量数据；

所述实际运行分析单元包括：

数据采集模块，其通过传感器、地面测试或遥测系统通信接口将航天器姿轨控地面测试和在轨运行时系统状态测量量进行采集并发送至数据处理模块；

数据处理模块，其对所述数据采集模块发送来的数据进行处理，并整理成时序相关的测试和运行记录存入系统运行数据库；

实际运行数据库，其存储所述数据处理模块传送的测试和运行数据；

所述案例生成单元包括：

故障特征提取模块，其通过对所述实际运行数据库和所述虚拟运行数据库中发生故障时各系统状态变量的特征提取，生成故障案例；

故障注入模块，其可接收所述故障特征提取模块传送的故障信息，也可接收人工设定，将模拟故障模式通过所述虚拟运行分析单元中的所述模型操作模块注入所述动态模型进行仿真；

所述故障案例库保存所述案例生成单元所生成的故障案例，包括实际故障案例、实际故障扩展案例和虚拟故障案例；