[发明专利]一种基于时频特征的铷钟异常诊断方法

说明书

本发明提供了一种基于时频特征的铷钟异常诊断方法，用以解决现有技术中通过遥测数据诊断铷钟工作状态异常的问题。所述铷钟异常诊断方法包括如下步骤：步骤S1,提取遥测铷钟信号在时域和频域下的典型特征值；步骤S2，分析周期内所提取的典型特征值的变化趋势；步骤S3，根据正常状况下的时频特征值确定特征值阈值范围；步骤S4，在所述特征值阈值范围内，分析时域特征值和频域特征值的变化趋势，并根据变化趋势，分析铷钟是否存在异常。本发明基于时域和频域特征分析实现对铷钟异常的诊断，准确检测和识别铷钟异常，对星上铷钟工作状态做出智能评估，为地面控制中心决策提供数据支撑，提升其对在轨导航卫星有效载荷关键部件的长期管理能力。

技术领域

本发明属于卫星导航领域，具体涉及一种基于时频特征的铷钟异常诊断方法。

背景技术

铷原子钟具有体积小、质量小、功耗小、价格低等特点，广泛应用于航天器的守时授时，是北斗导航卫星有效载荷的精密时钟源，其稳定性对导航定位精度有重要影响。在北斗导航卫星系统中，星载铷钟作为导航信号生成和系统测距的星上时间基准，为导航系统提供精确、稳定的频率源，是导航卫星有效载荷的核心部件，其性能和工作状态直接决定了用户的导航定位精度。因此，需要保证铷钟的稳定运行，对可能出现的故障进行预测，并依据故障征兆进行及时的冗余切换，保障系统连续、稳定的运行。

现有技术中，通过实时分析遥测数据实现对铷钟异常的监测。但是，卫星遥测参数数据量极大，采用常规的数据处理方法效果较差；同时，与星上铷钟相关的遥测参数大多呈平稳变化，难以直接从原始数据中观察到故障先兆信息，对异常诊断提出了更高的要求。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本发明提供了一种基于时频特征的铷钟异常诊断方法，在每个周期时间内，通过统计的正态时频特征信息对提取的遥测铷钟信号在时域和频域下的典型特征值进行趋势分析，从而检测铷钟运行状况，准确检测和识别铷钟异常。

为了实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：

本发明实施例提供了一种基于时频特征的铷钟异常诊断方法，所述铷钟异常诊断方法包括如下步骤：

步骤S1，提取遥测铷钟信号在时域和频域下的典型特征值；

步骤S2，分析周期内所提取的典型特征值的变化趋势；

步骤S3，根据正常状况下的时频特征值确定特征值阈值范围；

步骤S4，在所述特征值阈值范围内，分析时域特征值和频域特征值的变化趋势，并根据变化趋势，分析铷钟是否存在异常。

上述方案中，所述遥测铷钟信号，为一个周期内的信号，所提取的特征值，是周期内的信号时频特征值。

上述方案中，所述时域的典型特征值，采用固定时间窗内的均值M、标准差S和极值P，计算公式如下：

式(1)至(3)中，N为固定时间窗内的采样点数，a_i为第i个遥测点的数值，M、S和P分别为固定时间窗内遥测值的均值、标准差和极值。

上述方案中，所述频域的典型特征值，采用频谱X(k)和功率谱P(w)，计算公式如下：

式(4)和(5)中，N为固定时间窗内的采样点数，a_i为第i个遥测点的数值，T为固定时间窗的长度；F_T(w)是遥测铷钟信号的傅里叶变换。

上述方案中，所述固定时间窗为遥测铷钟信号的一个周期。

上述方案中，所述步骤S4，进一步包括：