卫星在轨故障地面诊断系统设计

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1、V01．23No．3航天器工程第23卷第3期92SPACECRAFTENGINEERING2014年6月卫星在轨故障地面诊断系统设计赵文董云峰(北京航空航天大学宇航学院，北京100191)摘要为解决卫星在轨故障诊断问题，提出了一种故障地面诊断方法，并进行了诊断系统设计。在诊断方法中，建立了卫星各系统耦合的整星模拟器，利用卫星遥测与模拟器预测值形成残差，滤除遥测信息中已知的动态规律部分，缩小故障诊断阈值，提高故障检测的准确性，最后运用信号分析或机器学习的方法对残差实现诊断。诊断系统由遥测接口程序、整星模拟器、残差诊断程序、诊断

2、调度程序、相关数据库和配套工具构成。从系统结构设计和算法的参数化设计两方面，分析了卫星故障地面诊断系统设计，并用建成的系统样机进行了验证。系统样机运行结果表明，这种方法和系统设计思路是可行、有效的。关键词卫星故障诊断；整星模拟器；复杂系统；残差诊断中图分类号：TP277文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2014．03．017DesignofGroundDiagnosisSystemforSatelliteIn·orbitFaultZHAOWan(SchoolofAstronautics，

3、BeihangDONGYunfengUniversity，Beijing100191，China)Abstract：Tosolvethesatellitein—orbitfaultdiagnosisproblem，afaultdiagnosismethodandsys—tamdesignproposalareproposed．Inthediagnosismethod，awholesatellitesimulatorisestab—lishedwitheverysubsystemscoupled，andthesatellite

4、telemetryandsimulatorpredictvaluearesubtractedtoformresiduals，theknowndynamicregulationcontainedinthetelemetryisre—moved，thediagnosisthresholdisreducedandthefaultdetectingaccuracyisimproved．Thesig—nalanalysismethodsandmachinelearningmethodsareusedtodiagnosetheresid

5、uals．Diagnosissystemconsistsoftelemetryinterfaceprogram，wholesatellitesimulator，residualsdiagnosispro—gram，databasesandrelativetools．Adesignproposalofsatellitefaultgrounddiagnosissystemconsistsofsystemstructuredesignandparameterizedalgorithmdesign，andthenademonstra

6、tionsystemisestablishedtoverifythisproposal．Theoperationresultsindicatethatthemethodanddesignproposalarepracticableandeffective．Keywords：satellitefaultdiagnosis；wholesatellitesimulator；complexsystem；residualdiagnosis引言随着我国航天事业的发展，在轨卫星的数量越来越多，其安全也越来越受到关注。如果不能及时准确发现卫

7、星故障，将可能造成严重损失。地面诊断系统作为卫星地面服务系统的重要组成部分，能够根据卫星的遥测数据诊断卫星当前的健康状态，自动发现并报告故障，及时将影响降到最小。目前，针对卫星的在轨故障诊断问题，国内外提收稿日期：2013—05—31；修回日期：2013-08—14作者简介：赵文，男，博士研究生，研究方向为卫星故障诊断与智能计算。zhaowen@sa．buaa．edu．cn。第3期赵文等：卫星在轨故障地面诊断系统设计出了诸多诊断算法和系统构建方案。文献[1]研究了基于统计方法的诊断问题，但统计方法需要大量的历史经验数据，在实

8、际故障数据缺乏或者参数变化范围较大的情况下难以实现准确诊断。文献[2—5]应用基于模型的方法，对卫星的姿态控制系统进行故障诊断，这类方法利用解析冗余代替硬件冗余实现故障诊断，但卫星是一个复杂的耦合系统，其他系统的状态或者人工操作指令都会造成模型的改变，单独考虑某一个系统建立的模型难以适用于