基于分布式层次模型的诊断技术研究与应用

针对大型分布式系统故障诊断的复杂性,给出了一种基于分布式层次模型的诊断方法。详细介绍了基于语言的分布式诊断技术的相关工具和概念。深入研究了层次模型的构建技术、计算方法策略和多步诊断步骤。在某卫星测控系统中的应用结果表明,此方法降低了诊断的复杂性,诊断结果正确,适用于卫星这类复杂系统的故障诊断。     

基于Jess的卫星状态诊断系统设计与实现

针对卫星在轨管理中实时故障检测与解决较弱的现状,应用专家系统工具Jess构建了实时卫星状态诊断系统。系统可以适应遥测组合模式的复杂约束关系和频繁变化,收集、整理领域知识,实时检测卫星的工作状态,发现并提示卫星状态变化,显示状态诊断过程和结果,提供解决异常问题的参考方案,积累故障处理的经验。文章给出了系统总体结构的设计及关键技术的实现,从而为Jess在航天测控领域其他方面的应用提供了一种思路和方法。系统已成功应用于卫星的在轨管理中。     

基于MAS的实时诊断技术在电源系统中的应用研究

为了提高卫星这类大规模复杂系统的诊断速度和精度,提出了一种基于MAS 的卫星电源系统分布式诊断框架。框架的核心部分是两类诊断Agent：一类是自适应全局Age nt,负责全局诊断,采用多信号模型的诊断方法;另一类是子系统驻留Agent,负责局部诊 断,采用参数估计的诊断策略,并引入Box\|Jenkins的建模方法。通过通讯Agent和电源专 家Agent实现多Agent间协调工作。在电源系统中的应用表明,两种诊断Agent间优势互补, 提高了诊断效率,并能准确地给出诊断结果。
     

分布式卫星编队飞行队形保持协同控制

针对分布式卫星编队飞行队形保持控制问题提出一种分布式协同控制算法,并给出该协同控制算法与编队卫星星间信息传递拓扑结构之间的关系。该协同控制算法以模型预测控制为基础,利用分布式编队卫星的自然特性以及编队卫星之间的信息传递拓扑结构,采用分布式的算法结构,设计分布式的模型预测协同控制算法。该控制算法是一种在线滚动优化控制算法,同时能够较好地解决存在状态约束、控制输入约束等情形下的各种控制问题。最后通过数值仿真验证了结果的有效性。仿真结果表明,当编队卫星星间信息传递拓扑结构中存在生成树时,提出的分布式协同控制算法能够有效地应用到编队卫星队形保持控制问题上来。     

基于"斑马图"复用技术的分布式卫星SAR波位设计方法研究

重点研究分布式卫星合成孔径雷达系统的波位覆盖设计问题。推导了精确的星间几何关系模型，针对主星发射-辅星接收的简化模型，提出了一种基于“斑马图”复用技术的设计方法：根据分布式卫星空间几何模型，将辅星雷达回避直达波及星下点回波的限制条件，在主星雷达“斑马图”（即脉冲重复频率与覆盖关系约束图）上示出，即主、辅星复用波位设计“斑马图”；在合成斑马图上选择主星雷达的波位，则可以同时满足主、辅星雷达的限制条件。该方法可以很好地解决分布式卫星合成孔径雷达对地协同探测过程中面临的获取有效测绘带回波的问题。通过计算机仿真，给出波位设计结果，验证了本文方法的有效性。     

卫星星座系统多学科设计优化研究

分析了卫星星座系统设计包含的星座设计、卫星设计、发射选择等学科之间的耦合关系，特别是卫星各分系统之间的耦合关系，建立了包括发射费用分析、成本分析在内的卫星星座系统多学科分析模型。在此基础上，采用分布式协同进化MDO算法，将星座设计优化和卫星的设计优化在自治基础上充分协同，对一个同时包含离散／连续设计变量、需进行星座结构和参数同时优化的虚拟的海洋监视卫星星座系统进行了多学科设计优化。算法对离散设计变量采用二进制编码，连续设计变量采用实数编码，并分别采用相应的进化算子。采用最大长度编码，根据一定的规则确定基因的显性和隐性，来处理结构和参数同时优化引起的设计变量维数可变的问题。设计结果显示了多学科设计优化的优势和分布式协同进化MDO算法对卫星星座系统这样的复杂多学科设计优化问题的有效性.     

基于多信号模型航天器多故障诊断技术研究

最优多故障诊断问题是一个NP-COMPLETE问题。本文针对卫星电源这类复杂航天器系统，建立了多信号模型，该模型采用有向图描述元件与测试间的因果依赖关系。考虑系统元件发生故障的先验概率以及可用的测试工具，给出了一种基于拉格朗日松弛和子梯度优化算法的近最优多故障诊断算法。该建模方法与诊断方法在某卫星电源系统测试中得到了验证，结果表明该方法建模简单，诊断速度快，适用于航天器这种复杂系统的多故障诊断。     

基于功能单元的分层诊断技术研究及在航天器中的应用

复杂系统多故障诊断的计算复杂性一直是一个难题。现给出了一种定性诊断模型:将功能单元引入到系统建模中并与结构抽象技术相结合构建分层诊断模型(SPS树)。推理时运用分层诊断策略及相关诊断定理,减少了多故障诊断的计算量,提高了效率。此方法在某卫星电源系统中得到了应用。证明该方法诊断速度快,诊断结果完备,可以实现对未知故障的诊断,适用于卫星这类复杂系统的多故障诊断。     

能源平衡模型中工作模式判别方法

卫星能源平衡模型用于计算卫星预期的能源消耗,以判断卫星能源能否保证任务的顺利完成,指导电源系统设计或对规划任务进行能源约束。能源平衡计算需要先判别卫星工作模式,工作模式判别的准确性直接影响能源消耗计算的准确性。目前对于多任务且姿态需要相应机动的卫星缺少有效的模式判别方法,为此,提出了通过建立索引表及查询数据库的方式进行工作模式判别的方法。建立不同时间序列工作状态与卫星工作模式索引表,将轨道时间序列及规划任务时间序列注入数据库,查询数据库中不同时间序列工作状态,对照索引表可得卫星工作模式。为提高运行效率,利用加速算法能减少查询次数,缩短查询时间。通过仿真实验对加速参数选取进行了讨论。该方法适合于工作模式复杂且可用时间序列对工作模式进行约束的卫星。     

卫星在轨故障地面诊断系统设计

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。