[发明专利]基于部件功能映射图的卫星在轨健康状态评估方法及评估系统

说明书

一种基于部件功能映射图的卫星在轨健康状态评估方法，其步骤包括：根据卫星系统的物理结构确定系统层次结构，根据卫星系统各部件及系统各层次结构之间的功能关系确定系统部件与功能的映射关系；然后确定特征量参数，确定健康状态下特征量参数的均值和标准差；根据观测的特征量数据，采用特征参数加权融合方法计算部件健康状态指标值；确定下一层次各元素对上一层次的实际贡献度，并基于各元素的实际贡献度获得相对权重，再逐层确定卫星系统各层次的健康状态值；最后根据设定的健康阈值和危险阈值，评估卫星系统的健康状态。本发明能够较好地刻画系统的高冗余、可重构、非线性等特点，克服了传统方法不能反映复杂系统非线性以及涌现性等缺陷。

技术领域

本发明属于在轨卫星健康管理和故障诊断领域，尤其涉及一种基于实测数据的在轨卫星健康状态评估方法及评估系统。

背景技术

目前卫星在轨健康状态评估主要采用加权方法，即对系统元素的健康状态加权获得系统健康状态，其主要问题是难以体现卫星系统的复杂冗余关系、可重构特性和非线性关系。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对目前卫星在轨健康状态评估方法的不足，提出一种基于部件功能映射图的卫星在轨健康状态评估方法及评估系统，该评估方法及评估系统是基于卫星系统结构和在轨实测数据可进行从部件到系统的多级健康状态评估。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种基于部件功能映射图的卫星在轨健康状态评估方法，其步骤包括：

(1)构建系统的部件功能映射图：根据卫星系统的物理结构确定系统层次结构，根据卫星系统各部件及系统各层次结构之间的功能关系，确定系统部件与功能的映射关系，可得到树形结构的部件功能映射图；在部件功能映射图构造过程中，优选的，不考虑被隔离的异常部件，即认为被隔离部件不参与系统功能的执行。

(2)评估部件健康状态，评估对象为系统时需要确定出系统中所有各部件的健康状态才能逐层开展后期系统的评估工作；如果不是评估系统整体健康状态，而是评估系统中某几个分系统的健康状态时，只需确定出该分系统下的各部件健康状态即可，同时也要确定该分系统组成部件之间的逻辑关系；具体包括：

(2.1)确定能够表征所监测的卫星各部件健康状态的特征量参数，确定完全健康状态下这些特征量参数的均值和标准差；

(2.2)根据观测的部件的特征量数据，采用特征参数加权融合方法计算部件健康状态指标值；

需要进一步指出，树形结构的部件功能映射图中，最底层是部件，不同的部件通过实际的映射关系与低层次系统功能关联，低层次功能通过映射关系与高层次功能关联；因此，部件功能映射图中的系统元素包括部件和功能两种，评估部件的健康状态是第一步，利用部件健康状态指标值，通过指标综合的方式逐层度量上一级乃至系统级完成对应功能的能力，这种能力也被认为是系统(包括实际应用中的分系统)的健康状态的度量；因此，后续的步骤即是评估系统健康状态；

(3)评估系统健康状态，包括：

(3.1)确定下一层次各元素对上一层次的实际贡献度，并基于各元素的实际贡献度获得相对权重；

(3.2)根据卫星系统各元素之间的逻辑关系以及所述的部件健康状态指标值和相对权重，逐层确定卫星系统完成各个功能的能力，即对应于卫星系统各层次的健康状态；此处的功能是指上述构建的部件功能映射图中的功能，度量完成功能的能力指标即是健康状态指标，指标取值越大，完成该功能的能力越强，对应该元素的健康状态越高；指标取值越小，完成该功能的能力越小，对应该元素的健康状态越低；最终获得的系统功能的能力度量指标值(同时也是系统健康状态指标值)是系统健康状态的量化，一般而言，指标值越高，系统健康状态程度越高；