[发明专利]基于Kalman滤波器的航天器姿控系统故障诊断方法

说明书

本发明涉及一种基于Kalman滤波器的航天器姿控系统故障诊断方法，包括以下步骤：建立刚体航天器姿控系统运动学及动力学模型，根据姿控系统运动学及动力学模型设计相应的Kalman滤波器，对Kalman滤波器进行离散化处理，设计姿控系统故障诊断方法，对故障进行定位，完成故障诊断。本发明能够准确地定位航天器姿控系统的故障情况，同时抑制了外部干扰对故障诊断结果的影响，提高系统故障诊断效率及正确率，并可以有效地提高航天器运行的安全性和可靠性，同时本发明设计简单有效，具有很高的实际工程应用的价值，其对于实际航天器姿控系统的控制具有更强的适用性。

技术领域

本发明涉及航天器故障诊断领域，具体地说是一种基于Kalman滤波器的航天器姿控系统故障诊断方法。

背景技术

航天器系统结构复杂、由为数众多的器件和部件组成，并且需要长时间的工作在恶劣的空间环境中，受到多种环境因素的影响，难免在飞行过程中出现这样那样的问题，因此，故障诊断技术在航天器系统的发射和运行中是非常重要的。

姿态控制系统是航天器系统中最复杂的一个分系统，其任务是获取航天器的姿态信息并保持其在太空中的姿态定向，一旦姿态控制系统运行出错，航天器会有极大的概率在短时间内丢失姿态失去控制，这对于在轨任务往往是致命的。而故障诊断技术可以有效地提高系统可靠性，增强系统的安全性及可维护性。因此姿控系统的故障诊断研究具有非常重要的意义。

在航天器故障诊断技术快速发展的同时，不仅需要准确检测姿控系统的故障，更需要准确定位姿控系统的故障，为姿控系统的高精度控制提供良好的支撑。因此，本发明结合奉献观测器思想及Kalman滤波器提出一种航天器姿控系统故障诊断方法，其可以准确定位系统的传感器故障及执行器故障，具有很好的实际工程应用价值，提高航天器姿控系统的安全性及可靠性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于Kalman滤波器的航天器姿控系统故障诊断方法，解决航天器姿控系统在发生故障后，不能够准确定位系统具体的故障情况，以及外部干扰影响故障诊断结果的问题。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种基于Kalman滤波器的航天器姿控系统故障诊断方法，包括以下步骤：

建立刚体航天器姿控系统运动学及动力学模型，根据姿控系统运动学及动力学模型设计相应的Kalman滤波器，对Kalman滤波器进行离散化处理，设计姿控系统故障诊断方法，对故障进行定位，完成故障诊断。

所述刚体航天器姿态运动学模型为：

其中，q为航天器姿态信息；为q的导数；ω为航天器的角速度信息；ω_x为航天器x轴的角速度信息；ω_y为航天器y轴的角速度信息；ω_z为航天器z轴的角速度信息；为ω的导数；Ω(ω)为角速度信息矩阵；表示四元素乘法。

所述刚体航天器姿态动力学模型为：

其中，ω为航天器的角速度信息；为ω的导数；[ω×]为ω的叉乘矩阵；J为航天器的转动惯量矩阵；ω_x为航天器x轴的角速度信息；ω_y为航天器y轴的角速度信息；ω_z为航天器z轴的角速度信息；J^-1为J的逆矩阵；T_c为作用于航天器的控制力矩；f_T为作用于航天器的故障力矩。

所述Kalman滤波器为：