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一种基于数字伴飞在轨卫星的故障诊断系统及方法

申请号 CN202410025921.7 申请日 2024-01-08 公开(公告)号 CN117850269A 公开(公告)日 2024-04-09
申请人 北京控制工程研究所; 发明人 张世俊; 吕楠; 肖帅; 刘忠汉; 刘蕊; 张弛; 刘细军;
摘要 本 发明 提供了一种基于数字伴飞在轨卫星的故障诊断系统,该系统包括包括数字镜像模 块 、数据管理模块和故障诊断模块,数字镜像模块、数据管理模块和故障诊断模块之间通过以太网实现数据交互;其中,数字镜像模块为真实物理空间卫星的数字镜像体,用于对真实物理空间的卫星状态进行仿真;数据管理模块用于实时接收、关联并存储数字镜像模块的仿真数据和真实物理空间的卫星遥测数据,并对仿真模型进行修正,以使数字镜像体与真实物理空间的卫星状态同步;故障诊断模块用于根据数据管理模块中的仿真数据和遥测数据,对当前真实物理空间的卫星的 健康状态 进行评估。本方案能够实现在轨卫 星系 统的故障准确诊断,且能够识别潜在未知的故障和 风 险。
权利要求

1.一种基于数字伴飞在轨卫星的故障诊断系统,其特征在于,包括数字镜像模、数据管理模块和故障诊断模块,所述数字镜像模块、所述数据管理模块和所述故障诊断模块之间通过以太网实现数据交互;其中,
所述数字镜像模块为真实物理空间卫星的数字镜像体,用于对真实物理空间的卫星状态进行仿真;
所述数据管理模块用于实时接收、关联并存储所述数字镜像模块的仿真数据和所述真实物理空间的卫星遥测数据,并对所述数字镜像模块中的仿真模型进行修正,以使所述数字镜像体与真实物理空间的卫星状态同步;
所述故障诊断模块用于根据所述数据管理模块中的所述仿真数据和所述遥测数据,对当前所述真实物理空间的卫星的健康状态进行评估。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述数字镜像模块包括姿态轨道动学仿真模块、中心管理单元模块和单机部件模块;其中,所述单机部件模块用于接收所述中心管理单元的指令以模拟所述真实物理空间的卫星运动,所述姿态轨道动力学仿真模块用于对所述卫星运动进行计算并将计算的结果反馈至所述中心管理单元模块和单机部件模块。
3.根据权利要求2所述的系统,其特征在于,所述姿态轨道动力学仿真模块包括动力学模块、运动学模块、扰动模块、星历模块和环境模块,所述单机部件模块包括敏感器模块和执行机构模块;其中,所述敏感器模块包括地球敏感器模块、陀螺模块、太阳敏感器模块和星敏感器模块;所述执行机构模块包括反作用轮模块、推力器模块和帆板驱动模块。
4.根据权利要求3所述的系统,其特征在于,所述单机部件模块通过如下方式模拟所述真实物理空间的卫星运动:
所述敏感器模块实时获取所述卫星的运动参数,并将所述运动参数传输至所述中心管理单元模块;
所述中心管理单元模块对所述运动参数进行计算,并将计算的结果传输至所述执行机构模块;
所述执行机构模块根据所述中心管理单元的计算结果以驱动反作用轮模块、推力器模块和帆板驱动模块运动;
所述姿态轨道动力学仿真模块获取执行机构模块的运动参数并对该运动参数进行计算后再次传输至所述中心管理单元模块和单机部件模块。
5.根据权利要求2所述的系统,其特征在于,所述中心管理单元模块通过全数字虚拟仿真模拟所述真实物理空间中星上软件运行的物理环境。
6.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述数据管理模块在执行所述实时接收、关联并存储所述数字镜像模块的仿真数据和所述真实物理空间的卫星遥测数据,并对所述数字镜像模块中的仿真模型进行修正时,包括:
获取所述真实物理空间卫星的实时遥测数据和遥控指令信息;
根据所述实时遥测数据,确定所述数字镜像体的初始状态;
根据所述遥控指令信息,对所述数字镜像体的卫星状态进行实时更新,以对所述真实物理空间的卫星状态进行仿真;
根据所述真实物理空间卫星的实时遥测数据对仿真模型中的参数进行同步修正,以使所述数字镜像体与所述真实物理空间的卫星状态同步。
7.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述数据管理模块包括对外软件接口模块,所述数字镜像模块和所述真实物理空间的星上软件通过所述对外软件接口模块实现数据交互。
8.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述故障诊断模块在执行所述根据所述数据管理模块中的所述仿真数据和所述遥测数据,对当前所述真实物理空间的卫星的健康状态进行评估时,包括:
获取数字镜像体中的仿真数据和所述真实物理空间卫星的遥测数据;
根据真实物理空间卫星的遥测数据和数字镜像体中的仿真数据,建立参数变化的故障模型;
根据所述真实物理空间卫星的遥测数据,确定卫星控制系统异常现象的第一关键参数集;
根据所述第一关键参数集,提取所述数字镜像体中仿真数据中的第二关键参数集;
将所述第二关键参数集输入所述参数变化的故障模型中,以对当前所述真实物理空间的卫星的健康状态进行评估。
9.一种基于权利要求1至8中任一项所述的基于数字伴飞在轨卫星的故障诊断系统的诊断方法,其特征在于,包括:
所述数据管理模块获取真实物理空间卫星的实时遥测数据和遥控指令信息,并将所述实时遥测数据和遥控指令信息发送至所述数字镜像模块;
所述数字镜像模块根据所述实时遥测数据确定数字镜像体卫星的初始状态;
所述数字镜像模块根据所述遥控指令信息,对所述数字镜像体的卫星状态进行实时更新,以对所述真实物理空间的卫星状态进行仿真;
所述数据管理模块实时获取仿真模型中的仿真数据和所述实时遥测数据,并对所述仿真数据和所述遥测数据进行同步修正,以实现对所述真实物理空间卫星的动态映射;
所述故障诊断模块实时获取所述数字镜像体中的仿真数据和所述真实物理空间卫星的遥测数据,并根据所述仿真数据和真实数据建立参数变化的故障模型,以对当前所述真实物理空间的卫星健康状态进行评估。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述初始状态包括数字镜像体卫星的姿态轨道动力学模块的初始状态、中心管理单元模块的初始状态和单机部件模块的初始状态。

说明书全文

一种基于数字伴飞在轨卫星的故障诊断系统及方法

技术领域

[0001] 本发明实施例涉及卫星工程技术领域,特别涉及一种基于数字伴飞在轨卫星的故障诊断系统及方法。

背景技术

[0002] 随着在轨卫星数量的不断增多,其控制系统的运行监管、支持维护难度也日渐凸显,在轨卫星控制系统运行状态的监视与支持维护,主要通过卫星与地面进行遥测参数和遥控指令的交互实现。
[0003] 相关技术中,卫星的在轨故障诊断多采用的是基于先验模型的故障诊断方法,其一般根据先验模型选定关键参数,并给出参数的正常值范围,从而进行故障诊断;然而,目前的在轨管理系统只能进行简单的数据有效范围判读,将真实卫星在轨遥测数据与设定阈值比较进行故障诊断,不能进行更深层的智能化判读,无法识别潜在未知的故障和险。
[0004] 因此,基于上述问题,亟需提供一种基于数字伴飞在轨卫星的故障诊断系统及方法。

发明内容

[0005] 为了解决传统的在轨管理系统无法实现在轨卫星系统的故障诊断,且无法识别潜在未知的故障和风险的问题,本发明实施例提供了一种基于数字伴飞在轨卫星的故障诊断系统和方法。
[0006] 第一方面,本发明实施例提供了一种基于数字伴飞在轨卫星的故障诊断系统,包括数字镜像模、数据管理模块和故障诊断模块,所述数字镜像模块、所述数据管理模块和所述故障诊断模块之间通过以太网实现数据交互;其中,
[0007] 所述数字镜像模块为真实物理空间卫星的数字镜像体,用于对真实物理空间的卫星状态进行仿真;
[0008] 所述数据管理模块用于实时接收、关联并存储所述数字镜像模块的仿真数据和所述真实物理空间的卫星遥测数据,并对所述数字镜像模块中的仿真模型进行修正,以使所述数字镜像体与真实物理空间的卫星状态同步;
[0009] 所述故障诊断模块用于根据所述数据管理模块中的所述仿真数据和所述遥测数据,对当前所述真实物理空间的卫星的健康状态进行评估。
[0010] 优选地,所述数字镜像模块包括姿态轨道动学仿真模块、中心管理单元模块和单机部件模块;其中,所述单机部件模块用于接收所述中心管理单元的指令以模拟所述真实物理空间的卫星运动,所述姿态轨道动力学仿真模块用于对所述卫星运动进行计算并将计算的结果反馈至所述中心管理单元模块和单机部件模块。
[0011] 优选地,所述姿态轨道动力学仿真模块包括动力学模块、运动学模块、扰动模块、星历模块和环境模块,所述单机部件模块包括敏感器模块和执行机构模块;其中,所述敏感器模块包括地球敏感器模块、陀螺模块、太阳敏感器模块和星敏感器模块;所述执行机构模块包括反作用轮模块、推力器模块和帆板驱动模块。
[0012] 优选地,所述单机部件模块通过如下方式模拟所述真实物理空间的卫星运动:
[0013] 所述敏感器模块实时获取所述卫星的运动参数,并将所述运动参数传输至所述中心管理单元模块;
[0014] 所述中心管理单元模块对所述运动参数进行计算,并将计算的结果传输至所述执行机构模块;
[0015] 所述执行模块根据所述中心管理单元的计算结果以驱动反作用轮模块、推力器模块和帆板驱动模块运动;
[0016] 所述姿态轨道动力学仿真模块获取执行机构模块的运动参数并对该运动参数进行计算后再次传输至所述中心管理单元模块和单机部件模块。
[0017] 优选地,所述中心管理单元模块通过全数字虚拟仿真模拟所述真实物理空间中星上软件运行的物理环境。
[0018] 优选地,所述数据管理模块在执行所述实时接收、关联并存储所述数字镜像模块的仿真数据和所述真实物理空间的卫星遥测数据,并对所述数字镜像模块中的仿真模型进行修正时,包括:
[0019] 获取所述真实物理空间卫星的实时遥测数据和遥控指令信息;
[0020] 根据所述实时遥测数据,确定所述数字镜像体的初始状态;
[0021] 根据所述遥控指令信息,对所述数字镜像体的卫星状态进行实时更新,以对所述真实物理空间的卫星状态进行仿真;
[0022] 根据所述真实物理空间卫星的实时遥测数据对仿真模型中的参数进行同步修正,以使所述数字镜像体与所述真实物理空间的卫星状态同步。
[0023] 优选地,所述数据管理模块包括对外软件接口模块,所述数字镜像模块和所述真实物理空间的星上软件通过所述对外软件接口模块实现数据交互。
[0024] 优选地,所述故障诊断模块在执行所述根据所述数据管理模块中的所述仿真数据和所述遥测数据,对当前所述真实物理空间的卫星的健康状态进行评估时,包括:
[0025] 获取数字镜像体中的仿真数据和所述真实物理空间卫星的遥测数据;
[0026] 根据真实物理空间卫星的遥测数据和数字镜像体中的仿真数据,建立参数变化的故障模型;
[0027] 根据所述真实物理空间卫星的遥测数据,确定卫星控制系统异常现象的第一关键参数集;
[0028] 根据所述第一关键参数集,提取所述数字镜像体中仿真数据中的第二关键参数集;
[0029] 将所述第二关键参数集输入所述参数变化的故障模型中,以对当前所述真实物理空间的卫星的健康状态进行评估。
[0030] 第二方面,本发明实施例还提供了一种基于上述第一方面任一项所述的基于数字伴飞在轨卫星的故障诊断系统的诊断方法,包括:
[0031] 所述数据管理模块获取真实物理空间卫星的实时遥测数据和遥控指令信息,并将所述实时遥测数据和遥控指令信息发送至所述数字镜像模块;
[0032] 所述数字镜像模块根据所述实时遥测数据确定数字镜像体卫星的初始状态;
[0033] 所述数字镜像模块根据所述遥控指令信息,对所述数字镜像体的卫星状态进行实时更新,以对所述真实物理空间的卫星状态进行仿真;
[0034] 所述数据管理模块实时获取仿真数据和所述实时遥测数据,并对所述仿真数据和所述遥测数据进行同步修正,以实现对所述真实物理空间卫星的动态映射;
[0035] 所述故障诊断模块实时获取所述数字镜像体中的仿真数据和所述真实物理空间卫星的遥测数据,并根据所述仿真数据和真实数据建立参数变化的故障模型,以对当前所述真实物理空间的卫星健康状态进行评估。
[0036] 优选地,所述初始状态包括数字镜像体卫星的姿态轨道动力学模块的初始状态、中心管理单元模块的初始状态和单机部件模块的初始状态。
[0037] 本发明实施例提供了一种基于数字伴飞在轨卫星的故障诊断系统及方法,其中,系统包括数字镜像模块、数据管理模块和故障诊断模块,各模块之间通过以太网进行数据交互;数字镜像模块为真实物理空间卫星的数字镜像体,能够对真实物理空间卫星的状态进行仿真,故障诊断模块根据数据管理模块中获取的真实物理空间的卫星遥测数据和数字镜像模块的虚拟卫星仿真数据,对真实物理空间的卫星健康状态偏离正常状态的程度进行量化,从而实现对真实物理在轨卫星的健康评估;同时,利用数字镜像模块可对真实物理空间卫星的控制系统进行快速推演,以实现对控制系统关键遥测的发展趋势、健康状态的预测,从而提前采取相应措施减轻与消除故障影响。附图说明
[0038] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0039] 图1是本发明一实施例提供的一种基于数字伴飞在轨卫星的故障诊断系统的结构示意图;
[0040] 图2是本发明另一实施例提供的一种基于数字伴飞在轨卫星的故障诊断系统中故障诊断模块的结构示意图;
[0041] 图3是本发明一实施例提供的一种基于数字伴飞在轨卫星的故障诊断方法的流程图

具体实施方式

[0042] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例,基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0043] 考虑到卫星运动的复杂性,相关技术中的卫星在轨管理系统仅通过对遥测数据与设定阈值进行简单比较的方式不仅难以准确识别在轨卫星的故障情况,而且无法通过数据对比判别卫星潜在的未知故障和风险;尽管相关技术中也可以实现卫星在轨运行故障智能诊断,如专利(CN201611114426.5)提供了一种诊断卫星姿态控制系统未知故障的方法,该专利基于真实卫星的统计数据可以实现未知故障检测和隔离;然而,在该专利是利用真实物理空间卫星的在轨遥测数据进行故障诊断,考虑到卫星控制系统具有在轨工作模式多、组合状态多、运动复杂等特点,加之受到测控弧段、测控资源的限制,难以通过遥测参数实时、连续地了解控制系统的在轨运行状态,因此上述方法仍然存在难以准确识别在轨卫星的故障情况,且无法判别卫星潜在的未知故障和风险的问题。
[0044] 因此,请参考图1,本发明实施例提供了一种基于数字伴飞在轨卫星的故障诊断系统,该系统包括数字镜像模块、数据管理模块和故障诊断模块,所述数字镜像模块、所述数据管理模块和所述故障诊断模块之间通过以太网实现数据交互;其中,
[0045] 所述数字镜像模块为真实物理空间卫星的数字镜像体,用于对真实物理空间的卫星状态进行仿真;
[0046] 所述数据管理模块用于实时接收、关联并存储所述数字镜像模块的仿真数据和所述真实物理空间的卫星遥测数据,并对所述数字镜像模块中的仿真模型进行修正,以使所述数字镜像体与真实物理空间的卫星状态同步;
[0047] 所述故障诊断模块用于根据所述数据管理模块中的所述仿真数据和所述遥测数据,对当前所述真实物理空间的卫星的健康状态进行评估。
[0048] 本发明实施例中,通过将系统设计为数字镜像模块、数据管理模块和故障诊断模块,各模块之间通过以太网进行数据交互;数字镜像模块为真实物理空间卫星的数字镜像体,能够对真实物理空间卫星的状态进行仿真,故障诊断模块根据数据管理模块中获取的真实物理空间的卫星遥测数据和数字镜像模块的虚拟卫星仿真数据,对真实物理空间的卫星健康状态偏离正常状态的程度进行量化,从而实现对真实物理在轨卫星的健康评估;同时,利用数字镜像模块可对真实物理空间卫星的控制系统进行快速推演,以实现对控制系统关键遥测的发展趋势、健康状态的预测,从而提前采取相应措施减轻与消除故障影响。
[0049] 在一些实施方式中,所述数字镜像模块包括姿态轨道动力学仿真模块、中心管理单元模块和单机部件模块;其中,所述单机部件模块用于接收所述中心管理单元的指令以模拟所述真实物理空间的卫星运动,所述姿态轨道动力学仿真模块用于对所述卫星运动进行计算并将计算的结果反馈至所述中心管理单元模块和单机部件模块。
[0050] 本实施例中,数字镜像模块的核心在于提供卫星姿态轨道动力学仿真、中心管理单元仿真和单机部件模块仿真,以实现对真实物理空间在轨卫星的真实动态映射。
[0051] 在一些实施方式中,所述姿态轨道动力学仿真模块包括动力学模块、运动学模块、扰动模块、星历模块和环境模块,所述单机部件模块包括敏感器模块和执行机构模块;其中,所述敏感器模块包括地球敏感器模块、陀螺模块、太阳敏感器模块和星敏感器模块;所述执行机构模块包括反作用轮模块、推力器模块和帆板驱动模块。
[0052] 本实施例中,在构建数字镜像模块时,根据仿真颗粒度和对物理实体的描述方式选择建模方式构建系统、设备或部组件的可信数字化模型,并选择高效求解算法,确保数字镜像模块在飞行事件或飞行程序驱动下实时状态更新,数字镜像模块可以采用集成系统数学建模、物理机理建模和试验数据建模等方式。
[0053] 同时,可以根据对数字镜像模块的仿真效率和仿真真实性选择全数字模型或半物理模型,举例来说,首先可以根据在轨卫星的轨道特性、质量特性、挠性参数、晃动参数等基本特征,建立卫星姿态轨道动力模型;根据卫星在轨故障诊断的需要选择数字镜像模块的建模方式,例如为全数字方式,则需要选择对应单机(如地球敏感器、卫星陀螺或推力器等)的数字模型,若某些单机(如太阳敏感器或反作用轮等)选择物理实物进行仿真,则需要将对应的实物接入数字镜像模块,同时中心管理单元选择为数字仿真方式,则加载星上嵌入式软件,进行星上嵌入式软件的高保真仿真。
[0054] 在一些实施方式中,所述单机部件模块通过如下方式模拟所述真实物理空间的卫星运动:
[0055] 所述敏感器模块实时获取所述卫星的运动参数,并将所述运动参数传输至所述中心管理单元模块;
[0056] 所述中心管理单元模块对所述运动参数进行计算,并将计算的结果传输至所述执行机构模块;
[0057] 所述执行机构模块根据所述中心管理单元的计算结果以驱动反作用轮模块、推力器模块和帆板驱动模块运动;
[0058] 所述姿态轨道动力学仿真模块获取执行模块的运动参数并对该运动参数进行计算后再次传输至所述中心管理单元模块和单机部件模块。
[0059] 本实施例中,通过数字镜像手段,为真实物理空间的卫星控制系统创建信息空间的数字镜像体,采用数字镜像体的虚拟卫星对在轨卫星进行高保真度数字伴飞,依托信息空间中数字镜像体进行仿真运算和模型推演,再通过调用控制系统推演算法,从而有利于对真实物理空间卫星控制系统的健康状态全过程掌控,进而有利于实现高质量、高效率、高性能、低成本的故障诊断。
[0060] 需要说明的是,在实际应用过程中,本实施例中可根据在轨卫星的实际配置进行快速裁剪或者增加执行机构模块中的相关功能模块(如地球敏感器模块、星敏感器模块或帆板驱动模块等),同时,本实施例中采用开放式、模块化的系统架构,具有通用化的优点,可支持扩展不同的故障诊断分析算法。
[0061] 在一些实施方式中,所述中心管理单元模块通过全数字虚拟仿真模拟所述真实物理空间中星上软件运行的物理环境。
[0062] 本实施例中,利用全数字虚拟化技术构造真实物理空间星上软件运行的全部硬件环境(如CPU、存储器、输入输出接口等)及其外部数据源,可等效构建星上软件模拟运行的实际硬件运行环境,从而增强了虚拟卫星的真实度,有利于实现对真实物理空间星上软件的空间运行状态的高保真仿真,进而有利于实现对真实物理空间卫星运行状态的仿真和健康状态评估和故障诊断。
[0063] 在一些实施方式中,所述数据管理模块在执行所述实时接收、关联并存储所述数字镜像模块的仿真数据和所述真实物理空间的卫星遥测数据,并对所述数字镜像模块中的仿真参数进行修正时,包括:
[0064] 获取所述真实物理空间卫星的实时遥测数据和遥控指令信息;
[0065] 根据所述实时遥测数据,确定所述数字镜像体的初始状态;
[0066] 根据所述遥控指令信息,对所述数字镜像体的卫星状态进行实时更新,以对所述真实物理空间的卫星状态进行仿真;
[0067] 根据所述真实物理空间卫星的实时遥测数据对仿真模型中的参数进行同步修正,以使所述数字镜像体与所述真实物理空间的卫星状态同步。
[0068] 本实施例中,数字伴飞强调真实卫星和虚拟卫星之间的双向连接、双向交互、双向驱动,且强调实时性,从而形成数字伴飞卫星信息物理闭环系统。因此,数字镜像模块需要实时更新与动态演化,并对关键数据需要与真实卫星进行定时状态同步,从而实现对真实物理卫星的动态真实映射。
[0069] 具体地,数据管理模块定期从在轨数据对外发布平台的数据中获取真实物理空间卫星的遥控指令信息和实时遥测数据;数据管理模块从实时遥测数据中解析出真实物理空间卫星控制系统的关键参数,例如星时、控制系统模式、控制系统方式、控制系统部件加电状态、卫星姿态、卫星角速度或反作用轮转速等;数据管理模块将上述关键参数赋予数字镜像模块中的各个模块,从而确定虚拟卫星的初始状态,之后数据管理模块从在轨数据对外发布平台的数据中获取真实物理空间卫星的遥控指令信息并将该指令信息发送至数字镜像模块,数字镜像模块利用遥控指令信息对虚拟卫星的状态进行实时更新,数字镜像模块中的姿态轨道动力学仿真模块、中心管理单元模块和单机部件模块对真实物理空间卫星的控制系统进行仿真运算和模型推演,实现实时动态演化;与此同时,数据管理模块实时接收真实卫星的遥测数据和虚拟卫星仿真模型中的仿真数据,并可对仿真状态和参数进行同步修正,从而保证数字镜像卫星状态与物理实体卫星的状态同步。
[0070] 在一些实施方式中,所述数据管理模块包括对外软件接口模块,所述数字镜像模块和所述真实物理空间的星上软件通过所述对外软件接口模块实现数据交互。
[0071] 本实施例中,数据管理模块通过对外软件接口模块与其他软件(如在轨轨数据对外发布平台、星上软件)进行连接从而实现数据交互获取,数据管理模块能够实现对真实卫星在轨遥控、遥测数据和数字镜像模块仿真数据的管理功能,主要包括实时数据接入与关联、历史数据的导入与关联、实时数据与历史数据进行存储与管理以及将导入并存储的数据依据模型计算与仿真需求进行格式与类型的规划化处理。
[0072] 在一些实施方式中,所述故障诊断模块在执行所述根据所述数据管理模块中的所述仿真数据和所述遥测数据,对当前所述真实物理空间的卫星的健康状态进行评估时,包括:
[0073] 获取数字镜像体中的仿真数据和所述真实物理空间卫星的遥测数据;
[0074] 根据真实物理空间卫星的遥测数据和数字镜像体中的仿真数据,建立参数变化的故障模型;
[0075] 根据所述真实物理空间卫星的遥测数据,确定卫星控制系统异常现象的第一关键参数集;
[0076] 根据所述第一关键参数集,提取所述数字镜像体中仿真数据中的第二关键参数集;
[0077] 将所述第二关键参数集输入所述参数变化的故障模型中,以对当前所述真实物理空间的卫星的健康状态进行评估。
[0078] 本实施例中,如图2所示,故障诊断模块可用于对真实物理在轨卫星的控制系统的健康状态进行监测,从而有利于实现对卫星控制系统的故障状态预测与诊断;数据管理模块中获取的卫星遥测数据和仿真数据一般包含单机和系统的大量实时数据,因此故障诊断模块需要从众多数据中提取出有关的数据,进一步筛选甄别,剔除与产品无关的数据,从而确定与异常现象对应的关键数据集,通过真实在轨卫星和数字镜像模块之间的数据关联与映射,实现在轨卫星控制系统的故障诊断、状态监测,并且,由于数字镜像模块可真实模拟在轨卫星实际工作状态,因此可根据需要数字镜像模块的卫星进行加速仿真,从而有利于在轨卫星控制系统关键遥测的发展趋势、健康状态进行预测,从而提前采取相应措施减轻与消除故障影响。
[0079] 同时,对于在轨故障航天器或卫星,本实施例中故障诊断模块可基于高保真度的数字镜像模块进行故障注入,可模拟在轨卫星的故障进程,从而有利于结合故障案例和预案进行辅助分析。
[0080] 如图3所示,本发明实施例还提供了一种基于上述任一项所述的基于数字伴飞在轨卫星的故障诊断系统的诊断方法,该包括:
[0081] 所述数据管理模块获取真实物理空间卫星的实时遥测数据和遥控指令信息,并将所述实时遥测数据和遥控指令信息发送至所述数字镜像模块;
[0082] 所述数字镜像模块根据所述实时遥测数据确定数字镜像体卫星的初始状态;
[0083] 所述数字镜像模块根据所述遥控指令信息,对所述数字镜像体的卫星状态进行实时更新,以对所述真实物理空间的卫星状态进行仿真;
[0084] 所述数据管理模块实时获取仿真模型中的仿真数据和所述实时遥测数据,并对所述仿真数据和所述遥测数据进行同步修正,以实现对所述真实物理空间卫星的动态映射;
[0085] 所述故障诊断模块实时获取所述数字镜像体中的仿真数据和所述真实物理空间卫星的遥测数据,并根据所述仿真数据和真实数据建立参数变化的故障模型,以对当前所述真实物理空间的卫星健康状态进行评估。
[0086] 在一些优选的实施方式中,所述初始状态包括数字镜像体卫星的姿态轨道动力学模块的初始状态、中心管理单元模块的初始状态和执行机构模块的初始状态。
[0087] 为降低对在轨卫星控制系统故障诊断难度,并且实现对在轨卫星控制系统未知故障的预测和状态评估,本发明实施例中,通过数字镜像手段为真实物理空间的卫星控制系统创建信息空间的数字镜像体,之后利用数字镜像模块对在轨卫星进行高保真度数字伴飞,依托信息空间中数字镜像体进行仿真运算和模型推演,通过真实卫星在轨遥测数据和虚拟卫星的仿真数据进行智能化比对分析,对在轨卫星控制分系统进行实施故障诊断,如此有利于实现对在轨卫星控制系统的健康状态全过程掌控,实现高质量、高效率、高性能、低成本的故障诊断。
[0088] 需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0089] 最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
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