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。     

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。     

卫星故障诊断的最优奇偶向量法

 提供一种卫星故障诊断方法以提高 GPS导航的完整性。该方法利用最优奇偶向量来检测和诊断卫星故障以提高卫星故障诊断的准确性。仿真结果显示,在故障幅值较小的情况下最优奇偶向量方法相比广义似然比方法可以提高故障的正确检测率和正确诊断率。该方法还可以缩短检测斜坡型故障的时间,从而提高了系统的可靠性。     

神经网络集成在发动机故障诊断中的应用研究

提出一种基于A daBoost的集成神经网络故障诊断方法,利用多层前向神经网络作为故障弱分类器,通过简单地训练若干个单一神经网络并将其预测结果进行合成,实现了对航空发动机多类故障的诊断。针对一个涡轮喷气发动机气路部件的仿真实验表明,这种方法提高了最终故障分类器的泛化能力,便于工程应用。      

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。     

基于模型的故障诊断在飞机电源系统中的应用

传统故障诊断方法越来越难以应付更加复杂和智能化的现代飞机电源系统,基于模型诊断方法是为了克服传统诊断方法的缺点而兴起的一项新型的智能故障诊断技术。运用基于模型的故障诊断原理,建立飞机电源系统的定性仿真模型,对飞机电源系统负载故障进行模拟故障诊断,分析电源系统关键部件的故障对关键负载的影响,验证飞机电源系统的可靠性。     

基于时间序列数据挖掘的航天器故障诊断方法

时间序列方法是数据挖掘技术的一个重要分支,在航天器故障诊断领域具有非常广阔的应用前景。本文在系统研究时间序列数据挖掘技术现状基础上,重点介绍了一种基于时间序列数据挖掘的航天器故障诊断方法,包括确定诊断对象、航天器遥测数据选取、航天器遥测数据再处理、航天器遥测数据时间序列特征表示、航天器故障诊断的时间序列数据挖掘方法执行、挖掘结果的解释与评估、软件系统开发共7个步骤。最后通过卫星实例描述了该方法在航天器故障诊断中的具体应用。     

基于专家系统的导弹发射车液压系统故障诊断

 液压系统为导弹发射车提供动力源,该系统运行的可靠性在不同程度上影响着导弹发射车的工作性能。针对导弹发射车液压系统故障知识的特点,提出了将领域专家经验分解成故障现象、故障原因和故障规则的知识表达方式,设计了由故障现象、故障原因分别构成故障规则前件和后件的知识获取方法,实现了故障知识的有效管理和维护。针对故障诊断流程图的结构特点,提出了故障诊断二叉树的概念,给出了将诊断流程图转化成故障诊断二叉树的方法,并在此基础上设计了基于故障诊断二叉树的故障推理机和基于二叉树前序遍历的故障解释机制。实践表明该专家系统的设计方法及原理具有一定实用性和通用性,对同类系统的设计具有很好的借鉴作用。     

航天器推进系统故障的面向时态检测和诊断

根据航天器推进系统的时变性特点，在规则的专家系统方法基础上，提出了推进系统面向时态的故障检测和诊断方法，在对知识表示方法和推理诊断策略进行改进后，在Windows NT环境与实现了一个基于知识的故障诊断原型系统，介绍了原型系统的结构、功能及网络实时数据通信方法，经过仿真数据测试验证了方法的有效性。     

航空发动机磨损故障诊断系统研究

本文介绍的系统,通过对滑油中的磨粒形态进行铁谱显微图像自动识别的方法监测、诊断机械设备的磨损状态和磨损类故障,并辅以光谱分析实现故障定位。本文介绍了系统的组成特点和状态监测、故障诊断、故障定位、趋势预测以及专家系统开发等系统的诊断技术原理。     

航天器交会对接模拟系统逼近过程自抗扰控制

航天器交会对接地面模拟系统用于研究航天器交会对接过程的动力学、导航与控制等方面的相关问题。模拟器通过气浮轴承悬浮在大理石平台上来模拟太空的无摩擦微重力环境。通常情况下要保证大理石平台足够水平,由于实际平台不可能完全水平,模拟器的重力分量会使模拟器产生下滑现象,这种现象对大型地面模拟器设备尤为严重。针对模拟器的逼近过程设计了轨迹规划。为了减小测量信号噪声的影响,采用跟踪微分器(TD)对整个逼近过程中的测量信号进行滤波。针对逼近过程中模拟器存在下滑力等干扰问题设计控制器,通过扩张状态观测器(ESO)实时估计干扰量,进而对干扰量进行补偿。对模拟器冷喷气推力系统制定了推力器分配策略,采用脉冲宽度调制(PWM)技术实现对推力的近似等效。提出的控制方法应用于航天器交会对接地面模拟系统,实验结果表明所提出的控制方法能有效消除下滑力等干扰的影响。     

基于CPCI架构航天器测试设备的故障诊断设计与实现

基于CPCI总线架构的航天器测试设备可以实现模块化、集成化和通用化设计,有利于测试系统的再次开发、直接沿用以及后续维护.某型号的综合电子和控制分系统地面测试设备采用基于CPCI总线的架构,使用VxWorks操作系统作为核心调度,采取模块化FPGA开发接口和特定功能.提出以监听任务、功能模块、板卡运行时间为检测手段,实现了对系统测试设备故障的诊断,尤其是反作用轮转速模块,软件能自主进行故障处理.在分系统及整星测试的使用过程中,此方法有效提高了设备的可靠度,提高了对星上产品的安全保护,保证整星大型试验的连续可靠运行.此方法对于其他地面测试设备的故障诊断具有一定的借鉴作用.     

Highly accurate, noncoherent technique for spacecraft Dopplertracking

A two-way, noncoherent spacecraft navigation technique has been developed to provide velocity accuracy comparable to that available from a deep space coherent transponder (0.1 mm/s). The technique is compatible with the normal tracking procedures of the Deep Space Network (DSN) ground stations and does not require the use of a highly stable oscillator on-board the spacecraft. The measurement technique, potential error sources, and test results obtained with prototype hardware are described     

Super twisting controller for on-orbit servicing to non-cooperative target

A relative position and attitude coupled controller is proposed for rendezvous and docking between two docking ports located in different spacecraft. It is concerned with servicing to a tumbling non-cooperative target spacecraft in arbitrary orbit subjected to external disturbances.By considering both kinematic and dynamical coupled effects of relative rotation on relative translation, a coupled dynamic model is established to represent the relative motion of docking port on target spacecraft with respect to another on the service spacecraft. The spacecraft control is based on the second order sliding mode algorithm of super twisting(ST). It is schemed to manipulate the relative position and attitude synchronously. A formal proof of the finite time convergence property of the closed-loop system is derived theoretically by the second method of Lyapunov. Numerical simulations with the designed ST controller are presented to validate the analytic analysis by contrast with the twisting control algorithm. Simulation results demonstrate that the proposed relative position and attitude integrated controller is characterized by high precision, strong robustness and high reliability.     

基于对偶四元数的航天器相对位置和姿态耦合控制

针对交会对接、在轨服务等航天任务中存在的轨道和姿态动力学耦合问题,突破传统的轨道姿态分而治之模式,利用对偶四元数建立了相对位置和姿态的一体化耦合动力学模型,并分析了模型中存在的轨道和姿态耦合影响.针对此强耦合、非线性系统,基于对偶四元数的李群结构设计了误差PD（Proportional Derivative,比例微分）控制律,采用Lyapunov（李雅普诺夫）方法分析了控制系统的稳定性,并指出其相比传统的轨道和姿态分别控制方法更有优势.仿真结果表明,该控制方法能够一体化控制航天器的相对位置和姿态,相对位置控制精度在0.01m以内,相对姿态控制精度在0.05°以内,这表明所设计的控制器有效可行.     

编队飞行航天器的测量通信一体化系统--射频收发器

航天编队飞行必须测定队列的相对位置、姿态和时间,还必须有适当手段在航天器间交换工程数据和科学实验数据。研究和开发射频收发器对于我国发展航天编队飞行技术有特别的紧迫性和现实的意义。本文介绍并分析了国外在研的射频收发器研发情况,提出以实现星上测量、通信、制导、导航和控制一体化为最终目标,逐步、有层次、分阶段地开发射频收发器技术的系列思考和建议。     

A new approach to on-board stationkeeping of GEO-satellites

This paper proposes a new autonomous stationkeeping system suitable for geostationary satellite operation and presents the results of the computer simulations conducted to verify the proposed system. The proposed on-board stationkeeping system receives pseudo-range signal from the ground equipments located at two different positions with a long baseline, determines the orbit error in real-time, and generates the orbit control command. To minimize the complexity of the on-board stationkeeping logic and to improve reliability, a simple orbit controller has been designed, which generates a series of control signal making the orbit roughly follow the predetermined reference range data. The reference range data are assumed to be generated through a ground based computer simulation and embedded or uploaded with time tag. Finally, the performance of the proposed system has been verified through computer simulations.     

SE(3)上航天器姿轨耦合固定时间容错控制

针对相对运动航天器姿轨一体化控制问题,考虑执行器故障和控制输入饱和的影响,提出了一种基于滑模的模糊自适应固定时间容错控制方法。首先,在李群SE（3）的框架下建立并推导相对运动航天器姿轨一体化误差动力学模型;其次,引入执行器故障和控制输入饱和的问题,采用双幂次快速终端滑模面,并结合模糊自适应方法设计了固定时间稳定的容错控制器,可以实现执行器故障情况下相对运动航天器的高精度快速跟踪控制;然后,运用Lyapunov方法证明了系统的稳定性,该控制器不仅能不依赖于系统的初始状态实现滑模趋近和到达阶段的固定时间稳定性,而且由于采用模糊逼近方法结合自适应更新策略可以实时高精度地估计系统的总扰动信息,因此可以达到快速高精度的容错控制目标;最后,对所提出的的控制方法进行数值仿真分析,结果验证了该方法的有效性和可行性。     

An epoch state filter for use with analytical orbit models of low earth satellites

Kalman filters provide a well established means for satellite orbit determination. In combination with space based sensors like GPS, DORIS or PRARE, accurate estimates of the spacecraft position and velocity can be obtained in real-time on-board the space vehicle. Traditionally, numerical methods of varying complexity are applied for propagating the state vector between measurements and updates of the state vector are referred to the epoch of the latest sensor output. In the present study a different approach is followed, which offers increased on-board autonomy and is particularly promising for small satellites with moderate accuracy requirements. An analytical orbit model is used to describe the spacecraft trajectory and mean elements at epoch are estimated instead of the instantaneous, osculating state vector. This adds the capability of performing on-board orbit prediction over time scales of up to one week, which is required, for instance, for the autonomous forecast of eclipse times or station contacts. Making use of the SGP4 orbit model that is compatible with NORAD twoline elements, an epoch state Kalman filter has been implemented and tested with GPS flight data of GPS/MET (MicroLab-1) and MOMSNAV (MIR). It is demonstrated that the proposed method provides an accuracy compatible with that of the analytical model and is robust enough to handle large data gaps in case of limited on-board resources for GPS operations. By adjusting the ballistic coefficient along with the mean elements, a considerable improvement of mid-term orbit predictions is achieved over methods that are restricted to the estimation of the state vector alone.