[发明专利]一种基于改进堆叠自编码器的卫星电源系统异常检测方法

权利要求书

1.一种基于改进堆叠自编码器的卫星电源系统异常检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)构造损失函数：构造损失函数，使其能够衡量重构数据和原始数据的差异以及重构数据之间的差异；

具体实现方法包括：

(11)计算输入到堆叠自编码器中的维度为m的数据x和堆叠自编码器生成的维度为m的重构数据r之间的均方误差MSE，其中i是数据的第i维：

(12)计算重构数据两两之间的欧式距离，d_ij是重构数据r_i和r_j之间的距离，其中0≤i，j≤b，b是训练批次的大小：

d_ij＝||r_i-r_j||，

D＝{d₀₀，d₀₁，...，d_i(k-1)，d_(i+1)0，...，d_(k-2)(k-1)}

(13)计算上一步中得到的D中数据的均值μ(D)和方差σ(D)，得到衡量重构数据之间的差异的组内误差DIF：

DIF＝μ(D)+σ(D)

(14)将步骤(13)中得到的组内误差DIF和步骤(11)中得到的均方误差MSE求和，得到新的误差函数DF作为堆叠自编码器的损失函数：

DF＝MSE+DIF；

(2)周期性数据训练算法：将卫星电源遥测数据按相位进行分组，相同相位的数据划分为同一组，并对每一组使用核密度估计生成新的数据加入到相应的组中，训练时每次从某一个组中随机选取若干条数据；

具体实现方法包括：

(21)卫星电源系统产生的是周期性高维时序数据X＝(x₀，x₁，...，x_n-1)，记时间序列X的周期为P，x_i是在时间为i时产生的数据，含有d个参数，即维度为d，总时长为n，设X共有k个周期，即n＝kp，将相位相同的数据划分为同一组，则可划分为p组，每组有k条数据：

S₀＝{x₀，x_0+p，...，x_0+(k-1)p}

S₁＝{x₁，x_1+p，...，x_1+(k-1)p}

…

S_i＝{x_i，x_i+p，...，x_i+(k-1)p}

…

S_p-1＝{x_p-1，x_p-1+p，...，x_p-1+(k-1)p}

(22)对每一组数据，使用核密度估计生成n′条数据加入到该组；

(23)从(21)中得到p个分组中随机选取一个分组S_i，再从S_i包含的k条数据中随机选取b条数据，输入到以DF为损失函数的堆叠自编码器中；

(24)使用反向传播和Adam算法最小化损失函数DF；

(25)重复(23)和(24)，直至损失函数趋于稳定，即损失函数值不再随着迭代次数显著下降，则训练完成；

(3)卫星电源系统异常检测：利用(1)～(2)中训练好的堆叠自编码器进行异常检测。

2.根据权利要求1所述的基于改进堆叠自编码器的卫星电源系统异常检测方法，其特征在于，步骤(3)卫星电源系统异常检测，具体实现方法包括：

(31)将新获取的卫星电源系统遥测数据输入到所述的步骤(1)和步骤(2)训练好的堆叠自编码器中，每次输入一条数据x′；

(32)堆叠自编码器生成重构样本r′，计算x′和r′的均方误差MSE；

(33)若MSE大于用户设定的阈值ε，则将这条数据判定为异常，并向用户报警该电源系统出现了异常。