[发明专利]一种基于多模式阈值优化的星载转台故障检测方法

说明书

本发明涉及一种基于多模式阈值优化的星载转台故障检测方法。所述方法包括：构建基于证据推理的多模式阈值优化框架；确定所述多模式阈值优化框架下每个关键参数的初始区间参考值；根据所述每个关键参数的初始区间参考值进行基于区间参考值证据推理的多模式阈值迭代优化，生成优化阈值；基于所述优化阈值进行星载转台在线故障检测。本发明创新利用证据推理算法融合多模式阈值及监测数据，并对多模式阈值进行优化，实现对星载转台的在轨故障检测，解决了入轨前多模式初始阈值设置不合理、初始阈值与在轨运行状态差异大带来的故障检测率低等问题。本发明方法能够充分融合专家知识，提高星载转台在轨故障检测能力，具有很好的工程应用价值。

技术领域

本发明涉及测量技术领域，特别是涉及一种基于多模式阈值优化的星载转台故障检测方法。

背景技术

当前，随着科学技术水平的飞速发展，各国加快了对外太空的探索步伐，运载火箭、航天飞机、载人飞船、人造卫星等大型航天器不断涌现。其中，遥感及各类空间探测卫星作为一种人类探索空间及地球的重要手段，在各国发射的人造卫星中占据的比例越来越大。而作为卫星上的一类重要载荷，星载转台在卫星在轨探测及空间通信任务中的地位举足轻重。然而，星载转台在轨运行期间，由于空间环境的变化及转动部件性能的退化，经常出现因转台轴系摩擦增大而导致转台转动阻力增大，甚至出现在轨瞬间卡死而造成卫星姿态失稳的情况，不但影响了卫星在轨任务执行效率，而且危及了在轨卫星本体安全。因此，及时快速检测星载转台在轨故障，对确保在轨卫星任务质量及安全运行至关重要。

目前，对卫星系统各部件的在轨故障检测主要采用遥测参数判读法，航天器遥测数据按一定的帧频下传至地面，管理人员以各部件的关键参数(如电机电流等)为监视重点，结合其在轨工作模式，在监测系统中设置相应的超限报警阈值，若监测到某一参数超出阈值范围，则给出报警信息，完成故障检测。该故障检测方法简单，只要超限报警阈值设置合理，就能够及时发现部件在轨异常。显然，报警阈值的设置是快速准确检测故障的前提。但实际运行过程中，这一方法仍存在三个方面的问题：(1)初始报警阈值一般由卫星研制部门根据部件的设计指标确定，设定的初始阈值区间较为保守，不利于发现阈值范围内的趋势性缓变故障，容易出现故障漏报问题，容易造成故障的进一步恶化并发展为严重故障；(2)阈值区间的设置往往与部件实际在轨运行状态存在一定差异，使得部件性能退化后，初始阈值的适应性变差。(3)当卫星某些参数值因工作模式切换、运行环境变化等原因而变化时，报警阈值无法准确设定，且采用某一固定阈值无法覆盖所有工况的变化，容易造成较大的故障虚警率或漏报率。因此，有必要在初始阈值条件下，根据部件实际在轨工作模式和运行状态，对初始阈值进行优化，得到更为合理的故障报警阈值，使其既能适应不同工作模式下的缓变故障检测需求，又能适应部件长期运行带来的状态变化影响。

目前，故障报警阈值的优化方法主要有基于模型、基于知识和基于数据等方法。其中，基于模型的方法要求必须准确掌握系统运行机理模型，对于在轨星载转台的复杂系统而言，很难准确建立系统的机理模型。基于数据驱动的阈值优化方法主要对历史数据的最佳利用实现阈值更新，但需要准确掌握系统参数的先验分布，且此类方法大多属于“黑箱”模型，在模型可解释性方面表现不足。此外，以往的大多数阈值优化方法一般仅从系统单模式的角度进行优化，并未考虑系统的多模式工作特性。因此，其适用范围有限。以上现有的阈值优化方法在应用于星载转台故障检测时，由于入轨前多模式初始阈值设置不合理，往往会造成初始阈值与在轨运行状态差异大引起的故障检测率低等问题。