[发明专利]卫星在轨故障传播和波及效应建模与预测方法及系统

说明书

本发明涉及卫星状态监测技术领域，公开一种卫星在轨故障传播和波及效应建模与预测方法及系统，以分析出卫星的故障传播路径并确保预测的精度。方法包括：收集卫星遥测参数历史数据；使用格兰杰因果关系模型判断卫星遥测参数之间是否具有格兰杰因果关系；基于互相关函数判断参数之间的格兰杰因果关系的相关强度、相关方向、滞后时间，剔除相关强度低于阈值的相关关系；根据剔除之后剩余的遥测参数之间的关系构造邻接矩阵，画出参数之间的因果关系图；根据遥测参数之间的邻接矩阵，应用解释结构模型，建立卫星遥测参数故障传播层级图；根据格兰杰因果关系模型，定量构造故障传播模型，根据故障传播模型来判断卫星故障发生的波及效应。

技术领域

本发明涉及卫星状态监测技术领域，尤其涉及一种卫星在轨故障传播和波及效应建模与预测方法及系统。

背景技术

目前关于故障传播和波及效应的建模与预测方法，主要有两种。一种是直接从系统架构出发，直接构建系统部件传播关系，系统分析方法用树和图来表示系统的结构，需要熟悉系统原理，较为复杂，需要很多的先验知识，难以建立。另一种是从数据的角度出发，从数据来分析出系统的故障传播关系，比如说贝叶斯网络，这是目前用的比较多的方法。但是这些方法在故障传播路径分析中并不总是成功的，而且难以建立起正确的故障传播路径。

由于卫星在轨普遍存在传播特性和波及效应。无论是部件还是分系统故障，若不加控制任其发展，都可能会降低卫星性能、功能或寿命。比如，某卫星发生陀螺的缓变故障后，导致卫星姿态逐渐偏离，控制系统失去自主故障判断机会；随着陀螺持续饱和，陀螺测量输出持续超差，卫星进入全姿态捕获模型，导致其无法执行部分功能。然而，关于故障传播和波及效应的先验数据是缺乏的，需要充分利用遥测参数之间的关系，分析在轨故障的传播特性和波及效应，预测故障及其处置措施对系统或整星性能或功能的影响。实践证明，卫星在轨故障是可以预测的，特别是一些缓变故障，可以通过遥测数据进行早期检测和预防。对于突发故障，虽然难以预测其发生的时机，但是可以通过遥测数据的分析预测其传播过程和波及效应，以便采取有效的故障初值措施降低故障影响。

发明内容

本发明目的在于公开一种卫星在轨故障传播和波及效应建模与预测方法及系统，以分析出卫星的故障传播路径，在卫星发生故障时采取措施降低故障影响，并确保预测的精度。

为达上述目的，本发明公开一种卫星在轨故障传播和波及效应建模与预测方法，包括以下步骤：

步骤S1、收集卫星遥测参数历史数据，使用前值填充的方法对缺失值进行填充；

步骤S2、使用格兰杰因果关系模型判断卫星遥测参数之间是否具有格兰杰因果关系；

步骤S3、基于互相关函数判断参数之间的格兰杰因果关系的相关强度、相关方向、滞后时间，剔除相关强度低于阈值的相关关系；

步骤S4、根据剔除之后剩余的遥测参数之间的关系构造邻接矩阵，画出参数之间的因果关系图；

步骤S5、根据遥测参数之间的邻接矩阵，应用解释结构模型，建立卫星遥测参数故障传播层级图；

步骤S6、根据格兰杰因果关系模型，定量的构造步骤S3剔除之后剩余的卫星遥测参数之间的故障传播模型，根据故障传播模型来判断卫星故障发生的波及效应。

优选地，所述步骤S2中，遥测参数之间的格兰杰因果关系的确定包括以下步骤：

步骤S21、对遥测数据进行去均值处理；

步骤S22、选用ADF对遥测数据进行单位根检验，进行ADF检验的步骤如下：

假设时间序列{y_t}服从AR(P)过程：