一种航天器健康状态评估方法技术

本发明专利技术提供了一种航天器健康状态评估方法，用于解决现有航天器健康状态评估方法对不同级别对象健康状态评估主观性强、工程实现适应性差的技术问题；首先确定某次评估的指标体系，区分常规指标和核心指标；然后确定常规指标的权值系数；以航天器实测数据和历史信息作为评估数据；建立分层评估模型；按照分层评估模型将指标项的评分和权重相结合，从底层逐层计算最后得到顶层健康状态指数评分。本发明专利技术提高了航天器健康状态评估方法的客观性，为航天器在轨健康状态评估提供了一种易于操作的方法。

A method of spacecraft health assessment

The present invention provides an evaluation method for spacecraft health status, technical problems to solve the poor adaptability of existing assessment methods of spacecraft health strong, subjectivity of different level object health assessment index system of engineering; first determine an evaluation, to distinguish between conventional index and core index; and then determine the weight coefficient of conventional indicators to the spacecraft; the measured data and historical information as evaluation data; establish hierarchical evaluation model; stratified evaluation model index score and weight combination from the bottom layer to the top end of the calculation to health status index. The invention improves the objectivity of the spacecraft health state assessment method and provides an easy operation method for the evaluation of the spacecraft health in orbit.

【技术实现步骤摘要】
一种航天器健康状态评估方法
本专利技术属于航天测量与控制领域，具体涉及一种针对航天器健康状态的评估方法。
技术介绍
健康状态评估是确保航天器安全稳定工作的关键技术之一。完整的健康状态评估主要包括状态监测、状态确定、状态分级、状态预测等内容。需要通过研究航天器数据信息，确定航天器的实时工作状态。航天器健康状态还与航天器系统的内部结构特征密切相关，需要将系统按其结构分层并综合评估各层次的健康状态。将航天器按照结构分为多个层次，如最底层的功能部件、能够独立工作的分系统、由分系统配合工作得到的整体系统。这些层次是一种递阶关系，下一级对象集合组成上一级对象，顶层对象的状态取决于低层对象的工作方式和状态。为评价上一层级的健康状态，一般需要评价其下一层级对象的健康状态。评估时，需要对评估对象设定评价指标以确定评估对象的状态，例如在部件级可设定状态特征量，即表征部件健康状态的物理量如电压、电流、温度、转速，作为评价指标，如偏离正常状态的程度、发生异常或故障的可能性、剩余寿命。这些指标也适用于对上一层级的对象，此时就需要根据系统结构，将下一层级对象的健康状态指标向上“综合”，得到上一层级对象的健康状态。目前常用的健康评估方法主要有层次分析法、贝叶斯、神经网络等方法，对于航天器健康评估的实际应用中，这些方法都存在各自的缺点，层次分析法参数的选择量化以及权值的确定受主观因素影响太大，贝叶斯方法需要知道航天器内在的关联关系，对分系统以及整星级评估模型关系错综复杂，计算量大，适用性很差，而基于神经网络的评估方法需要建立在大量的训练数据基础上，并进行不断的反馈迭代更新才可能获得相对准确的结果，存在收敛速度慢，无法满足实时评估需求。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种航天器健康状态评估方法，通过指标项确定、权值系数确定、指标项达标系数测试、健康指数计算四个步骤处理，从航天器实测数据、历史信息、故障信息中获取航天器的健康状态评估结果。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：(1)选取评估对象的测量参数、功能性能项作为指标集合，并将会导致评估对象无法运行或功能丧失的指标作为核心指标，指标集合中的其余指标作为常规指标；(2)确定每一常规指标权值系数αi＝Vc×vr，其中，Vc为类别常数，vr为冗余系数，vr＝no/nu，nu≠0，当描述的对象为部件时，no指需要在线工作的同种部件个数，nu指可用的同种部件个数；当描述的对象为参数时，no指确定测量数据数值需要的测点个数，nu指确定测量数据数值可用的测点个数；(3)对每一指标项的达标系数进行测试确定；当常规指标项为某一测量参数或可用参数表征的性能项时，指标项达标系数式中，xt表示t时刻指标项数值，表示指标项正常值上限，x表示指标项正常值下限，和为退化模型的形状调节系数，Δλ为精度控制系数，取值为0.00001～0.001，为上边界宽度控制系数，N1为上边界宽度控制倍率，取0.5～2，为下边界宽度控制系数，N2为下边界宽度控制倍率，取0.5～2；当常规指标项为某一功能项时，指标项达标系数当核心指标项为某一测量参数或可用参数表征的性能项时，指标项达标系数当核心指标项为某一功能项时，指标项达标系数(4)采用健康指数E表示评估对象的健康状态，式中，A为常规指标权值系数之和，N为常规指标个数；M为核心指标个数。本专利技术的有益效果是：在航天器测量数据及其分析处理结果的基础上定义了达标系数的概念，并提出了基于Logistic回归模型的达标系数计算方法，该方法根据航天器测量数据及其门限阈值直接计算达标系数，能有效减少了人为因素在航天器健康评估中的影响；同时该方法符合测量数据与健康指数的退化规律，适应非对称型健康指数退化模型，评估精度可控。本专利技术将航天器评估所需的指标分为核心指标与常规指标，并在评估算子中给予不同的权重，所得的评估结果更符合航天器实际情况，方法所需参数设置简单，参数设置对结果影响小，评估方法客观性强。本专利技术的评估过程简洁明了，可为航天器健康评估的工程化应用提供有力的方法支撑。附图说明图1是本专利技术的方法框架图。图2是本专利技术的指标项确定流程图。图3是本专利技术的权值系数确定流程图。图4是本专利技术的达标系数测试流程图。图5是本专利技术的健康指数计算流程图。图6是本专利技术的达标系数客观评价方法示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明，本专利技术包括但不仅限于下述实施例。本专利技术提供的一种航天器健康状态的评估方法，包括指标项确定、权值系数确定、指标项达标系数测试、健康指数计算四个步骤。指标项确定用于确定指标项集合，并区分核心指标和常规指标。权值系数确定对每一常规指标项进行权值系数确定。指标项达标系数测试对每一指标项的达标系数进行确定。健康指数计算使用前三个步骤输出的核心指标及其达标系数、常规指标及其权值系数和达标系数进行健康指数E的计算。指标项确定选取评估对象的测量参数、功能性能项作为指标集合，并按照是否会导致评价对象无法运行或功能丧失来区分核心指标和常规指标。权值系数确定对每一常规指标项依据评估对象冗余、类别情况，按照公式(1)进行权值系数确定。αi＝Vc×vr……………………………………………(1)式中：Vc为类别常数，根据参数类别对健康状态评价的影响我们得到不同类别常数如下：vr为冗余系数，vr＝no/nu,(nu≠0)，当描述的对象为部件时，no指需要在线工作的同种部件个数，nu指可用的同种部件个数；当描述的对象为参数时，no指确定测量数据数值需要的测点个数，nu指确定测量数据数值可用的测点个数；当冗余系数计算结果等于1时，表明已经是最小完整系统，当冗余系数计算结果大于1时，表明已经不是完整系统；当可用部件或测点数为0时，表明该部件不健康或测点无效(权值为1，达标系数为0)。指标项达标系数测试对每一指标项的达标系数进行测试确定，测试的方法分为客观评价和分级评价两种。达标系数测试的基础为航天器的测量数据及其分析处理结果数据。按照客观评价为主的原则，对每一项常规指标和核心指标给出其达标系数。指标项达标系数测试对每一指标项的达标系数进行测试确定。达标系数测试的基础为航天器的测量数据及其分析处理结果数据。当常规指标项为某一测量参数或可用参数表征的性能项时，指标项达标系数的计算见公式(2)：式中：xt——t时刻指标项数值。正常值上限。x正常值下限。为退化模型的形状调节系数，Δλ为精度控制系数，定义达标系数多少为不健康状态的临界值，通常取0.00001～0.001。为上边界宽度控制系数，N1为上边界宽度控制倍率，通常取0.5～2。为下边界宽度控制系数，N2为下边界宽度控制倍率，通常取0.5～2。实测值与正常值门限的偏差超过δ，则达标系数接近0。当常规指标项为某一功能项时，指标项达标系数Pi的计算见公式(3)：当核心指标项为某一测量参数或可用参数表征的性能项时，指标项达标系数的计算见公式(4)：式中：xt——t时刻指标项数值。正常值上限。x正常值下限。为退化模型的形状调节系数，Δλ为精度控制系数，定义达标系数多少为不健康状态的临界值，通常取0.00001～0.001。为上边界宽度控制系数，N1为上边界宽度控制倍率，通常取0.5～2。为下边界宽度控制系数，N2为下边界宽度控制倍本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种航天器健康状态评估方法，其特征在于包括下述步骤：(1)选取评估对象的测量参数、功能性能项作为指标集合，并将会导致评估对象无法运行或功能丧失的指标作为核心指标，指标集合中的其余指标作为常规指标；(2)确定每一常规指标权值系数α

【技术特征摘要】
2016.04.18 CN 20161024020941.一种航天器健康状态评估方法，其特征在于包括下述步骤：(1)选取评估对象的测量参数、功能性能项作为指标集合，并将会导致评估对象无法运行或功能丧失的指标作为核心指标，指标集合中的其余指标作为常规指标；(2)确定每一常规指标权值系数αi＝Vc×vr，其中，Vc为类别常数，vr为冗余系数，vr＝no/nu，nu≠0，当描述的对象为部件时，no指需要在线工作的同种部件个数，nu指可用的同种部件个数；当描述的对象为参数时，no指确定测量数据数值需要的测点个数，nu指确定测量数据数值可用的测点个数；(3)对每一指标项的达标系数进行测试确定；当常规指标项为某一测量参数或可用参数表征的性能项时，指标项达标系数式中，xt表示t时刻指标项数值，表示指标项正常值上限，表示指标项正常值下限，和为退化模型的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨天社，李肖瑛，高波，樊恒海，张蔚，王徐华，王小乐，杨怀军，魏峻，王宇红，刘健，邢楠，傅娜，吴冠，李方正，高宇，张海龙，赵静，赵亮，
申请(专利权)人：中国西安卫星测控中心，
类型：发明
国别省市：陕西,61