基于仿真系统的航天器故障监视软件设计

围绕在航天飞行控制中心（AFCC）建立基于仿真系统的、与任务实战同步的航天器故障监视软件这一主题,简介系统环境,论述仿真系统航天器同步故障监视软件的软件需求,分析和设计软件体系结构,并给出部分实现的示例。     

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。     

姿控发动机稳态故障效应分析

在考虑了实际试车过程中已出现过或可能出现的故障的基础上，建立了恒庆挤压式双组元姿态控制发动机系统的稳志故障模型，并利用梯度法对该模型进行了求解。在此基础上进行了几种典型故障的仿真，分析了它们所产生的效应，识别出这些故障的模式。最后给出了用于分离和监测故障的关键参数。     

航天器姿控系统的PD型学习观测器故障重构

针对满足Lipschitz条件的航天器姿态控制系统这一非线性系统中存在的执行器加性故障、空间干扰与测量噪声问题,提出了基于PD型迭代学习观测器的故障重构方法。该方法具有期望的鲁棒性能指标,能够在系统存在空间干扰与测量噪声情况下实现对突变故障与时变故障等故障类型的精确重构。基于线性矩阵不等式技术给出系统化PD型迭代学习观测器的设计方法,并根据Lyapunov稳定性理论对上述设计方法的稳定性条件进行了理论证明,同时利用鲁棒技术抑制空间干扰与测量噪声对执行器故障重构的影响,通过线性矩阵不等式工具箱求解观测器参数矩阵。最后,将该方法应用到航天器姿态控制系统中,仿真结果证明了该方法的有效性。     

弹道导弹故障弹道计算方法研究

从靶场安全控制对故障弹道的需求出发,给出了弹道简化计算方法,阐述了通过改变发动机动力曲线、飞行程序角参数方式模拟导弹故障模式,并讨论了故障弹道的计算方法,仿真计算的结果满足靶场安全控制演练要求。     

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OCKELM与增量学习的在线故障检测方法

针对航空电子设备故障检测样本少、以及缺乏在线实时检测理论研究的问题，将一类核极限学习机(OCKELM)和数据增量学习(IL)相结合，实现对贯序来临的样本数据在线故障检测。基于正常状态下的样本数据，给出了OCKELM的核化形式，并推导了核函数和核权重向量的表达式；根据增量学习方法，在吸收新样本时更新核权重向量并估计样本输出值；最终基于2种阈值准则给出模型的检验阈值，对测试样本进行在线故障检测。将所提方法应用于UCI数据集和某航空电子设备的测试数据，实验结果表明：该方法的时间消耗在毫秒级别，实现了在线检测；且相比于现有的SVDD、PCA、OC-SVM方法，该方法在F1、AUC、G-mean和故障检测率等性能指标方面均表现优异。     

涡喷发动机供油调节系统的故障仿真及分析

供油调节系统的性能是影响发动机可靠性的重要因素。针对某弹用涡喷发动机，在综合已经发生的各种故障基础上，提出了发动机供油调节系统的故障模式集，并通过发动机及其供油调节系统的联合仿真平台，采用改变模型参数和结构的方法对三种典型故障进行了仿真分析和评估。结果表明：供油调节系统故障对发动机正常工作有很大影响。所采用的仿真方法具有实际的工程运用价值。     

离子推进系统仿真与故障诊断研究

离子电推进系统由于组成复杂，发生故障的概率大大增加，通过系统仿真并在此基础上开展故障诊断研究，对于识别故障原因及保障离子推力器系统正常工作具有重要作用。本文结合离子电推进系统各子系统数学模型，利用Matlab/Simulink实现了离子推力器系统仿真模型，基于LIPS-300离子推力器数据，对其性能进行了仿真，仿真模型输出结果与相关文献中已有的结果一致。采用该系统仿真模型结合故障因子，对故障状态的离子推力器系统进行了仿真，利用得到的故障数据与Matlab神经网络工具箱建立了离子推力器故障诊断系统。利用仿真模型额外生成另一组已知对应故障模式的故障状态运行数据，并利用该组数据对故障诊断系统进行了诊断能力测试，系统诊断结果与其已知对应故障模式相比，正确率为93.8%。     

面向服务的航天测控软件架构设计

在概述SOA(面向服务体系架构)的基础上,分析了目前航天工程地面测控软件系统体系架构的特点和不足,提出一种可基于继承、基于面向服务体系结构的多层架构设计思想,以航天器故障仿真系统的设计为例,描述了该架构的具体实现方法。所研制的系统架构耦合度低,在充分继承和复用已有的历史软件部件基础上,能够通过动态配置支持各类航天器故障的仿真,具有易组合、易适应和易复用等优点。     

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。     

基于观测器的传感器故障检测方法对比分析

针对航空发动机传感器故障检测方法的适用范围缺乏量化数据问题，提出以故障检测性能指标为依据，对基于卡尔曼 滤波器和基于自适应滑模观测器的故障检测方法适用性进行对比分析。分别设计了基于卡尔曼滤波器的残差生成和自适应滑模观 测器的故障估计检测方法，根据故障检测策略实现故障检测；以蒙特卡罗法生成随机故障，对比分析在故障和干扰同时存在的情况 下2 种方法的故障检测效果和适用范围；基于DGEN 380 发动机进行仿真，仿真结果表明：基于卡尔曼滤波器的故障检测方法对高 斯噪声的处理能力较强，但故障检测率不足50%，尤其是针对软故障效果较差；而基于滑模观测器的故障检测方法在不考虑测量噪 声的情况下，针对软硬故障检测的效果均较好，但处理传感器测量噪声的能力较差。     

涡扇发动机转子系统装配过程PFMEA技术应用研究

为了进一步提高涡扇发动机转子系统装配的可靠性,根据涡扇发动机转子系统的装配工艺特点,提出了一种针对转子系统装配的工艺故障模式影响分析方法。给出了转子系统装配的PFMEA分析流程、PFMEA分析对象,并以螺母装配工序和转子动平衡工序为例进行了PFMEA分析,给出了典型的工艺故障模式,并提出相应的故障预防措施,以达到提高转子系统工艺可靠性的目的。为提高PFMEA分析效率,实现转子系统装配工艺故障模式的有效管理,提出了PFMEA分析系统,给出了系统的功能模块和实现方法。     

航天器相对运动估计的一种并行推广卡尔曼滤波方法

 从并行的观点出发，研究应用推广卡尔曼滤波估计航天器交会对接寻的期相对位置和速率问题。推导出交会推广卡尔曼滤波公式；提出了基于奇异值分解（ＳＶＤ）和Ｆａｄｄｅｖ算法的并行平方根算法；给出了其脉动阵列（Ｓｙｓｔｏｌｉｃ）实现结构；并对阵列所需的处理单元数目和执行一次迭代所需的时间步进行了分析，说明了其实现的优越性。为航天器相对运动估计提供了一种新的有效方法     

机场自动观测系统设备状态监控与设备管理自动化

本文针对传统设备管理模式下存在的问题，阐述了现代设备状态监控和智能化设备管理的必要性．分析了机场自动观测系统故障的特征，并就建立故障监测与故障预测，智能诊断的方法、实现步骤、相关技术等进行了探讨．     

一种基于航天器控制语言的遥控作业操作模式设计

为了更好地满足各种条件下航天器的测控需求,提高中国航天器的测控能力和测控网资源的运行效率,本文提出了一种基于航天器控制语言的遥控作业操作模式。通过分析航天器对测控模式的需求,结合航天器控制语言和测控设备的特点,制定了遥控作业操作模式的设计要求和四个基本要素,给出了工程实现的设计方案。实际应用表明,该模式实现了测控网对航天器的闭环测控,满足了对航天器高效、规范、灵活、准确的测控要求。     

液体火箭发动机故障模式及分析

以国内四种泵压式活体火箭发动机研制历史为基础，提出了发动机常见的故障模式，并进行了初步的故障发生、传播机理和后果分析。重点讨论了涡轮泵和管路的故障模式，并例举了若干典型的管路故障实例；同时简要介绍了阀门、推力室、电缆、摇摆软管的一些基本故障模式。还就新型发动机设计及发动机实施故障检测提出了建议。     

航天器专家故障知识模型的建立和应用

随着我国航天事业的不断进步和国际业务的拓展,在轨航天器的数量逐年增加,航天器长期有效的管理对保障航天器长寿命运行具有十分重要的意义。传统的地面监测人员对航天器的监视已经不能满足要求。本文介绍了一种多航天器专家故障知识模型的建立方法,简要说明了基于这种模型的应用可以增加航天器在轨管理的智能化,提高工作效率。     

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。