[发明专利]适用于航天器系统的自修正冗余切换机制及其验证方法

说明书

技术领域

本发明属于航空航天、智能控制和计算机信息处理领域，特别涉及一种可自主修正的冗余切换机制，以及可实现系统实时故障注入的自修正冗余切换机制的验证方法。 

背景技术

随着空间科技的发展，航天器的功能和结构越来越复杂，如此庞杂的大系统完全按照设计者预期方式运行的难度越来越大。空间环境的复杂性导致许多不确定因素，导致的航天器的软硬件故障发生可能性随着系统的复杂程度激增，为保证任务的顺利完成，航天器系统的备份冗余机制是解决这一问题的重要途径。航天器系统的多冗余机制同时也导致了系统复杂性进一步提高。其故障的测试与诊断变得复杂和困难。及时正确的检测到故障，能给出合理的专家意见，指导完成正确和及时的备份切换，是保证航天系统的长时间运行的关键。 

舰载系统冗余切换控制机制一般是固定的，往往是根据地面系统功能验证的固定控制方案。对某些暂歇性的故障，没有触发自动切换，其功能部件比较特殊，短时间就可能会对整个系统的运行产生难以恢复的故障。同时一些故障时间较长，被判定为永久性故障，其功能部件并非很敏感，因此不必进行主备机切换也能在一段时间暂歇性故障消除后恢复正常运行，但是由于固定的切换策略使其产生了自动切换，从而导致系统备份资源过早利用，其长时间续航的能力随之降低。当出现故障异常后，地面监控系统往往由于超远距离信号传输延迟或难以实现实时信息通信而无法进行及时的远程控制。 

传统的基于测试的验证，测试用例显然不能覆盖诸如深空探测等航天器实际运行时遇到的情况，采用故障注入的测试也会因为航天器遇到未知故障，无法完全覆盖。 

发明内容

本发明提出的自修正冗余切换机制，利用自修正冗余切换专家系统实现智能冗余切换。本发明提出的针对该机制的验证方法，一方面可以通过地面监控系统进行实时故障和控制信号注入，验证系统级别的冗余切换机制，另一方面航天器系统自修正冗余切换专家系统通过远程控制信号和故障特征来自修正调整故障诊断意见和切换处理策略；同时地面监控系统的自修正冗余切换专家系统也可以进行故障诊断得到专家意见供操作员参考，并可以根据实际的控制信息来自主修正专家知识库，用于下次故障诊断。具备自修正功能的专家系统能够逐步提高诊断精度，使专家经验可以逐步积累，最终达到脱离地面监控和控制的效果。 

本发明提出的自修正冗余切换机制，可以实现更为精确的专家意见实现切换策略的调整， 提高航天器的长时间续航能力，并可以逐渐实现智能化，基本脱离远程控制。所述的自修正冗余切换机制嵌入在航天器系统的各个子系统中，所述的自修正冗余切换机制包括控制计算机、信息收集模块、分析处理模块、知识库推理模块、专家知识库和自修正模块、切换信息处理模块，所述的控制计算机的作用一方面负责总线数据的通信以实现整个航天器系统协同工作实现系统间的切换执行，一方面实现其附带仪器的监控，实现特定仪器的故障执行和仪器状态信息的收集；信息收集模块采用A/D多功能采集卡采集仪器状态信息，并从中提取故障信息；分析处理模块运用故障数据处理算法进一步对故障信息进行分析，得到故障特征数据；知识库推理模块以专家知识库为后台数据源对故障特征数据进行知识库推理，结合既定切换策略，得到最终的切换控制专家意见；自修正模块提取故障特征和远程控制信号做为学习信号来修正专家知识库；切换信息处理模块包含两部分，一部分专门负责远程控制信号的处理，一部分负责知识库推理模块得到的切换意见的解释，处理为控制计算机可以执行的控制信号。 

本发明还提供一种应用于自修正冗余切换机制的验证方法，包括如下步骤： 

步骤一、注入故障； 

地面监控系统在故障源数据库中选择故障，并通过以太网通信控制模块向航天器系统中的一个或者几个子系统引入故障，进行容错系统的测试； 

步骤二、故障执行； 

被注入故障的子系统的通过以太网通信控制模块得到注入的故障信息，解读为具体的故障，之后通过控制计算机在既定时间后将故障进一部转化为对应仪器的通断电、冷启动、热启动等控制信息控制该子系统执行既定时间的故障； 

步骤三、航天器系统通过自冗余切换机制进行故障信息提取，最终得修正前的切换专家意见，专家意见将送到切换信息处理模块进行下一步的处理； 

步骤四、地面监控系统对航天器系统当前故障状态进行监控，同时也能得到当前故障的专家意见，作为操作员控制参考； 

步骤五、远程控制信号注入；