一种基于时序形态的航天器动态模式提取方法

针对航天器动态特性分析过程中遇到的建模过程复杂、处理速度较慢、分析结果不易进行直观解释等问题,通过借鉴符号化近似思想,提出了一种基于时序形态的航天器动态模式提取方法。该方法首先采用分段线性化算法获取一系列分割线段以近似表示遥测序列形态,然后使用系统聚类分析技术对分割线段进行分类,最后基于分类结果将遥测时间序列数据转化为蕴含形态信息的符号序列。验证结果表明该方法简单、有效,所提取的动态模式符号序列不仅可体现遥测时序数据的显著变化,也可表征遥测序列的细微变化,可作为遥测序列识别与异常检测的依据。     

航天器在轨故障特征数据生成方法

针对故障特征数据模拟生成算法与航天器的原理、模型关联度高,航天器状态描述模型不成熟、难以应用于工程实践的现状,根据反映航天器在轨故障的遥测数据表现形式和变化时间长短,将航天器故障进行分类。从遥测数据变化的角度,针对每类故障遥测数据的变化特点,研究了符合每类故障数据变化规律的故障特征数据生成算法及基于WEB服务的故障特征数据生成原型系统实现方式。生成的故障特征数据在故障检测、诊断与预警等方面得到成功应用,使航天器对象、状态演化规则和测控信息产生等故障输入数据更接近真实的动态特征。     

遥测数据时间序列滑动窗口动态分割技术

经由传感器采集的航天器遥测数据是产品验证、算法检验、数据挖掘等学科和方向重要的数据来源之一。由于原始测量数据采集密度高、信息量大,通常采用滑动窗口技术进行逐段处理和算法应用。但当滑动窗口的宽度固定时,数据的局部信息不能被充分提取出来;为此,提出遥测时序滑动窗口的动态分割流程。仿真结果表明:提出的时序分割和窗口宽度计算方法,可以根据数据自身的特点得到更加准确合理的非等长窗口集合;在保持曲线线段曲率的基础上,滑动窗口动态计算方法可以极大地提取拐点信息,合理地给出窗口宽度,对数据进行了简化与提纯,降低了建模难度,为下一步聚类分析、曲线匹配等工作提供了技术支持,提高了遥测数据的诊断与分析效率。     

基于单故障叠加的航天器故障数据仿真方法

针对测试故障诊断系统可靠性的问题,在传统基于对故障航天器的参数估计模拟的故障数据仿真基础上,提出一种基于单故障叠加模型的航天器复杂故障数据仿真方法,新型数据仿真方法能够在有限次迭代的情况下逐次逼近仿真航天器故障数据,对航天器故障的仿真实验证明,该方法可广泛应用于各类航天器故障诊断系统的测试过程。     

航天器下行数据异变检测算法研究

针对航天器下行遥测数据故障检测问题,建立了相应的非平稳+异常分量模型,并借鉴采样数据新息增量过程的回归系数有界影响辨识方法,提出了航天器下行数据异常突变在线检测算法,该算法具有简捷的递推关系和良好的容错能力。实测数据结果表明,该算法可以有效地检测出航天器异常数据,并能克服异常数据的不利影响,提高在轨航天器测控过程的可靠性。     

航天器故障征兆识别机制研究

为克服针对二值逻辑型阈值比较方法的固有缺陷,本文基于航天器状态划分故障征兆的思想,提出了利用遥测数据的数值型特征甄别遥测野值并获取故障征兆可信度的规则推理新方法。经验证,该机制不仅能够有效避免遥测野值导致的诊断误报现象,而且能够充分体现遥测数据的变化趋势和满足判断条件。     

人工智能在航天器制导与控制中的应用综述

航天器制导与控制技术是保障空间任务顺利实施的关键技术之一。当前,动力学模型的强非线性以及参数不确定性制约了高精度姿轨控技术的发展,而系统故障则决定航天器姿轨控的成败。以机器学习为代表的新一代人工智能技术航天器制导控制领域展现了巨大的应用潜力。首先对基于人工智能技术的轨迹制导和姿态控制中的研究发展及应用现状进行归纳,分析航天器轨迹规划、姿态控制、故障诊断以及容错控制技术的发展趋势。然后,从鲁棒轨迹规划、自适应姿态控制、快速故障诊断和自适应容错控制等4个方面总结适用于未来航天任务的航天器姿轨控关键技术。最后,针对智能姿轨控技术的应用所面临的挑战,从姿轨控架构、算法最优性、算法的训练以及技术验证等方面提出相应的发展建议。     

航天器动作状态的可视化遥测方法研究

遥测是航天器在轨状态监控的重要手段,随着任务形式逐渐复杂,航天器在轨动作也越来越多,常规的信息遥测手段难以满足要求。针对该问题,本文提出一种可视化遥测方法,使用相机在轨拍摄图像对航天器动作过程进行直观监测,并通过分析计算,获得航天器动作的速度、位移等关键信息,通过月地高速再入返回飞行器在轨验证,证明了该方法的有效性。     

CCSDS建议在某新型航天器测控中的应用

CCSDS(空间数据系统咨询委员会)建议的AOS(高级在轨系统)数据传输机制和TM(遥测)信道编码,较好地满足了某新型航天器遥测功能服务于多数据源、信号格式采用帧结构以及链路采用高性能信道编码的要求。某新型航天器测控采用AOS建议的插入业务和位流业务专用虚拟信道分别解决了多个不同特征数据源的遥测数据等时传输问题;采用CCSDS建议的传送帧结构满足了非相干测量功能对下行信号的要求;同时参考CCSDS遥测同步和信道编码建议中Turbo码的码型设计和码块同步方法,完成了下行链路高性能信道编码设计。     

液体火箭发动机故障诊断技术综述

综述了液体火箭发动机故障模式与故障机理、故障诊断技术、故障诊断技术应用三个方面的研究进展。不同种类故障诊断方法的优缺点和应用场景各不相同,融合多种方法于一个健康管理系统,可以提升故障诊断的时间敏感性、对故障的覆盖性、对发动机工作阶段的覆盖性以及对传感器失效的鲁棒性。制约故障诊断方法在液体火箭发动机健康管理中应用的三个主要问题是：（1）故障诊断方法与对象结合不够紧密;（2）基础研究不足,故障模式和故障机理积累欠缺;（3）数据融合不足,信息量匮乏。     

分包遥测和分包遥控——新一代航天器数据传递技术

NASA进行的25年宇宙探索中,航天器遥测和遥控数据流中所使用的格式和协议总是按用户需要各任务变化不定。因此,每项计划都必须重新设计和测试航天器及地面测控网硬、软件的大量部件,故消耗了不少资源。这种高度用户化的做法无法实现数传处理自动化,于是成本高,还可能降低可靠性。标准化分包遥测和分包遥控概念的出现,有可能取代这种无休止的重新设计。按分包概念,航天器和地面应用进程皆利用标准格式编排技术产生自主式数据包。借助标准传递协议,这些数据包通过空间数据网端一端传送到它们的目的应用进程。这样,中介数据网可以设计得完全独立于具体任务,于是有利于高度自动化及互操作。目前分包遥测协议已成熟,正在作最终评审,分包遥控协议需进一步开发,但基本上与遥测格式相对应。     

多频段多目标海上测控模拟器的设计与实现

介绍了多频段多目标海上测控模拟器的设计和实现方法。在硬件设计上,模拟器采用工控机和工作站架构,数字化可重组基带硬件平台技术,实现了不同频段、不同目标航天器的仿真功能。在软件设计上,采用RS422/232接口双中断驱动技术,实现了遥测和数传的同步;采用软件模块化和数据库融合设计技术,实现了多型号目标航天器的仿真需求。     

航天器控制系统智能健康管理技术发展综述

健康管理作为智能自主控制亟待突破的关键技术之一,是提升航天器安全可靠稳定运行能力的有效手段。结合人工智能技术的发展趋势,基于前期已建立的新型航天器智能自主控制系统通用架构,详细综述航天器控制系统的智能健康管理技术现状与发展趋势。首先,根据现有航天器设计、研制和在轨的具体情况,梳理出航天器控制系统健康管理技术所面临的挑战;然后,分别从故障预警、故障诊断和寿命评估3个方面,详细阐述基于人工智能的健康管理技术研究现状及其在航天领域的应用情况;最后,提炼出航天器控制系统健康管理技术的发展方向。     

航天器故障诊断和预测天地一体化集成系统

在轨航天器和地面航天飞控中心天地2个系统缺乏相互支持和配合，是导致对航天器故障诊断和预测能力不足的重要因素之一。为了提高航天器故障诊断和预测的有效性、可靠性和准确性，需要将天地2个系统集成为一个整体（天地一体化系统）。设计了航天器故障天地一体化集成诊断和预测系统，讨论了航天器故障天地一体化集成诊断和预测方法，对航天器故障天地一体化集成诊断系统和方法的特点进行了分析。将天地2个系统集成在一起对航天器故障进行诊断和预测，其效率、准确性和可靠性较高。     

基于相频约束的航天器定时技术

双向相干测距测速体制是最常用的航天器测量体制,是一种闭环体制.与之相比较,开环测距测速可以在信号更微弱的情况下获取到观测量,在深空任务中有着独特的意义.然而,开环测距也面临棘手的技术难题——高精度航天器定时技术.针对该难题,在保持现有航天器信号体制的基础上,阐述了基于遥测信号和测距侧音信号（差分单向测距DOR信号可看作侧音信号）间相频约束的航天器定时原理,研究了侧音频率最优化设计方法,给出了“器上发射测站接收”的初步实现方案,为后续开展工程应用奠定了基础.     

JPL实现标准化TT＆C客户支持的发展计划

JPL通信与任务操作管理局(TMOD)为各种深空任务的实施提供跟踪、遥测与指令遥控业务。这些业务系统正在被重新设计成TMOD深空任务系统(DSMS)中的端到端业务。DSMS TT＆C地面系统包括来自深空网(DSN)的数据业务单元和来自高级多任务操作系统(AMMOS)的任务业务单元。地面系统提供跟踪数据(至航天器的距离和载波多普勒测量值)、航天器遥测数据和上行指令业务。DSN通信系统     

基于分层有向图的航天器故障诊断

针对航天器在轨故障诊断系统在实时性、准确性和完备性上的要求,提出了基于分层有向图的新的定性诊断方法。采用有向图分层策略,减小故障源搜索空间的大小;利用故障传播路径上的测试节点间的定性关系,回溯搜索不相容支路找出故障源候选集合,并且通过部件故障概率和故障传播的权重对候选故障源进行故障可能性的排序。应用提出的方法,建立了某卫星一次电源系统的定性诊断模型,并进行了故障诊断的仿真测试。结果表明该诊断方法是高效的,诊断结果准确而且完备。该方法适用于航天器在轨故障诊断。     

回归分析数据挖掘技术

统计类数据挖掘技术作为数据挖掘技术中较为成熟的一个分支,它采用统计学的方法与数据挖掘的原理对目标数据进行分析和处理。文中针对其中的回归分析技术的原理及应用进行了探讨。     

国际空间站健康管理系统对我国空间站建设的启示

航天器本身应具有一定的健康管理能力,特别是空间站,结构复杂、状态参数多、可靠性要求高、在轨运行时间长,对健康管理能力提出了要求。介绍了航天器集成式系统健康管理从简单的异常检测到故障诊断到各功能集成的发展历程,对国际空间站采用的IMS异常检测工具、TEAMS-RT、Livingstone和HyDE故障诊断工具以及ACAWS集成式故障诊断工具进行了研究。我国航天器健康管理中状态监测可实现自动阈值判断,但监测数据缺乏分析处理,有基于规则的故障诊断工具,但只能覆盖一小部分,结合这些发展现状,得出对我国空间站健康管理的启示:要进行顶层的、全面的ISHM工作策划,开发通用的系统级状态监测、故障诊断和故障预测工具,功能集成,重视对数据的挖掘以及分阶段有序推进。     

基于数据挖掘的故障诊断专家系统推理机设计

针对目前推理匹配冲突、信息爆炸等导致专家系统运行效率低下等问题,研究了数据挖掘中的关联技术,设计了基于数据挖掘的故障诊断专家系统推理机,并将其应用于故障维护历史记录的挖掘分析中,为故障诊断及决策提供了大量有用的知识。