基于遙測參數(shù)且關(guān)聯(lián)于對衛(wèi)星控制行為的衛(wèi)星狀態(tài)監(jiān)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于衛(wèi)星在軌健康管理領(lǐng)域，尤其涉及一種衛(wèi)星在軌狀態(tài)監(jiān)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 監(jiān)測衛(wèi)星在軌運行狀態(tài)，經(jīng)常需要從在軌遙測數(shù)據(jù)中提取特征量數(shù)據(jù)，并根據(jù)特 征量數(shù)據(jù)判別衛(wèi)星狀態(tài)，如正?；虍惓！Ｄ壳斑b測數(shù)據(jù)特征提取主要采用信號處理方法，如 傅立葉變換、小波變換、頻譜分析等。然而，這些方法的計算效率低、抗干擾性差、特征值確 定困難，且主要針對連續(xù)取值序列，難以適應(yīng)衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)下行速度快、數(shù)據(jù)量大、在有限 水平上取值離散、類型復(fù)雜、噪聲較大、野值較多等特點。
[0003] 衛(wèi)星是典型的受控制系統(tǒng)，整星及其設(shè)備在星上和地面控制系統(tǒng)的作用下，保持 在要求的狀態(tài)。一般來說，整星或設(shè)備處于不同狀態(tài)時，有關(guān)的控制系統(tǒng)或控制裝置所表現(xiàn) 出來的外部行為也存在差異。比如，當(dāng)衛(wèi)星受到干擾而出現(xiàn)姿態(tài)異常時，姿控系統(tǒng)需以更為 頻繁的方式進行調(diào)節(jié)和控制衛(wèi)星姿態(tài)偏差，使衛(wèi)星姿態(tài)保持在閾值范圍內(nèi)；電池溫度在規(guī) 定的控溫范圍內(nèi)穩(wěn)定變化時，電池加熱器在接通和斷開兩種狀態(tài)下的持續(xù)時間基本穩(wěn)定， 電池溫度超過控溫上限時，加熱器則處于不控制電池溫度的斷開狀態(tài)。因此，可根據(jù)控制系 統(tǒng)或控制裝置的行為對遙測參數(shù)變化模式的影響，如遙測參數(shù)數(shù)值變化的次數(shù)或幅度、遙 測參數(shù)處于受控制或不受控制狀態(tài)的持續(xù)時間等，作為監(jiān)測所關(guān)心的衛(wèi)星狀態(tài)的依據(jù)。
[0004] 然而，現(xiàn)有的衛(wèi)星在軌狀態(tài)監(jiān)測方法都沒有很好地利用控制系統(tǒng)或控制裝置的行 為特征對遙測參數(shù)進行關(guān)聯(lián)，現(xiàn)有基于信號處理的遙測數(shù)據(jù)特征提取方法也存在諸多的工 程不適應(yīng)性，使得現(xiàn)行監(jiān)測方法中存在的計算效率低、抗干擾性差、對噪聲和野值敏感等諸 多問題長期得不到解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服以上【背景技術(shù)】中提到的不足和缺陷，提供一 種計算效率高、對噪聲和野值不敏感、符合衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)在有限個水平上離散取值的工程 實際、可以及早判別和預(yù)警門限內(nèi)異常的基于遙測參數(shù)且關(guān)聯(lián)于對衛(wèi)星控制行為的衛(wèi)星狀 態(tài)監(jiān)測方法。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為一種基于遙測參數(shù)且關(guān)聯(lián)于對衛(wèi) 星控制行為的衛(wèi)星狀態(tài)監(jiān)測方法，其步驟包括：
[0007] (1)通過衛(wèi)星地面站設(shè)備接收衛(wèi)星受控模擬量的遙測數(shù)據(jù)，判斷該模擬量是否與 所監(jiān)測的衛(wèi)星狀態(tài)有關(guān)，若有關(guān)則確定為與所監(jiān)測衛(wèi)星狀態(tài)相對應(yīng)的遙測參數(shù)；
[0008] (2)分析所述遙測參數(shù)的變化模式與對衛(wèi)星控制行為的關(guān)聯(lián)關(guān)系，并根據(jù)遙測參 數(shù)在前述關(guān)聯(lián)關(guān)系下的變化模式定義特征量；對衛(wèi)星控制行為主要指星上或地面控制系統(tǒng) 或控制裝置對衛(wèi)星施加的控制行為；
[0009] (3)根據(jù)所述遙測參數(shù)的特征量及其歷史遙測數(shù)據(jù)，獲得所監(jiān)測衛(wèi)星在不同類型 狀態(tài)下的特征量數(shù)據(jù)；
[0010] (4)采用統(tǒng)計方法建立所監(jiān)測衛(wèi)星在不同類型狀態(tài)下特征量的概率模型；在缺乏 某些狀態(tài)的歷史遙測數(shù)據(jù)時，根據(jù)其他狀態(tài)下特征量的概率模型，采用均值平移和標(biāo)準(zhǔn)差 縮放方法，建立這些狀態(tài)下特征量的概率模型。；
[0011] (5)通過衛(wèi)星地面站設(shè)備按時間順序接收上述遙測參數(shù)的遙測數(shù)據(jù)，剔除遙測數(shù) 據(jù)中的野值等，根據(jù)所定義的遙測參數(shù)的特征量提取特征量數(shù)據(jù)；
[0012] (6)利用所提取的特征量數(shù)據(jù)，并根據(jù)上述建立的不同類型狀態(tài)下特征量的概率 模型，應(yīng)用統(tǒng)計方法判定所監(jiān)測衛(wèi)星的狀態(tài)。
[0013] 上述的衛(wèi)星狀態(tài)監(jiān)測方法中，優(yōu)選的：所述特征量包括遙測參數(shù)頻度特征、遙測參 數(shù)幅度特征、遙測參數(shù)時長特征中的至少一種，所述遙測參數(shù)頻度特征是指在對衛(wèi)星控制 行為的作用下遙測參數(shù)取值變化的次數(shù)；所述遙測參數(shù)幅度特征是指在對衛(wèi)星控制行為的 作用下取值變化的累積幅度；所述遙測參數(shù)時長特征是指遙測參數(shù)關(guān)聯(lián)于對衛(wèi)星控制行為 的控制（或調(diào)節(jié)）時間長度。
[0014] 上述的衛(wèi)星狀態(tài)監(jiān)測方法中，優(yōu)選的：所述遙測參數(shù)頻度特征包括瞬時頻度《^口 區(qū)間頻度，所述瞬時頻度cot定義為遙測參數(shù)在給定時刻單位時間內(nèi)取值變化的次 數(shù)，所述區(qū)間頻度定義為遙測參數(shù)在給定的時間區(qū)間內(nèi)取值變化的次數(shù)。更優(yōu)選的： 所述瞬時頻度ωt米用滑動時間窗口方法確定（可參見圖4)，將當(dāng)前時間窗口 [t_ △，t+ △] 向右平移δ個時間單位，并利用時間窗口 [t+δ-A，t+δ+Δ]內(nèi)的歷史遙測數(shù)據(jù)估計時刻 t+δ的瞬時頻度cot。所述區(qū)間頻度Ω?ιΔ米用不重疊時間窗口方法確定（參見圖5)，將當(dāng) 前時間窗口 [t-A，t+A]向右平移2Δ個時間單位，并利用時間窗口 [t+A，t+3A]內(nèi)的歷 史遙測數(shù)據(jù)估計時間區(qū)間[t+Δ，t+3Δ]內(nèi)的區(qū)間頻度Ωt, Λ。
[0015] 上述的衛(wèi)星狀態(tài)監(jiān)測方法中，優(yōu)選的：所述遙測參數(shù)幅度特征包括瞬時幅度Pt 和區(qū)間幅度，所述瞬時幅度ptS義為遙測參數(shù)在給定時刻單位時間內(nèi)取值變化的 累積幅度，所述區(qū)間頻度定義為遙測參數(shù)在給定的時間區(qū)間內(nèi)取值變化的累積幅 度。更優(yōu)選的：所述瞬時幅度Pt采用滑動時間窗口方法確定（參見圖4)，將當(dāng)前時間窗 口 [t-A，t+A]向右平移δ個時間單位，并利用時間窗口 [t+δ-Δ,?+δ+Δ]內(nèi)的歷史 遙測數(shù)據(jù)估計時刻t+δ的瞬時幅度pt。所述區(qū)間幅度采用不重疊時間窗口方法確 定（參見圖5)，將當(dāng)前時間窗口 [t_A，t+A]向右平移2Δ個時間單位，并利用時間窗口 [t+A，t+3A]內(nèi)的歷史遙測數(shù)據(jù)估計時間區(qū)間[t+A，t+3A]內(nèi)的區(qū)間幅度Θ?Λ。
[0016] 上述的衛(wèi)星狀態(tài)監(jiān)測方法中，優(yōu)選的：所述遙測參數(shù)時長特征包括受控時長A 和失控時長Zt，A，所述受控時長定義為受衛(wèi)星控制系統(tǒng)或控制裝置控制或調(diào)節(jié)的 時間長度，所述失控時長Zt，A定義為不受衛(wèi)星控制系統(tǒng)或控制裝置控制或調(diào)節(jié)的時間長 度；所述遙測參數(shù)時長特征采用不重疊時間窗口方法確定（參見圖5)，將當(dāng)前時間窗口 [t_A，t+A]向右平移2Δ個時間單位，并利用時間窗口 [t+A，t+3A]內(nèi)的歷史遙測數(shù)據(jù) 估計時間區(qū)間[t+A，t+3A]內(nèi)的遙測參數(shù)時長特征。
[0017] 上述的衛(wèi)星狀態(tài)監(jiān)測方法中，優(yōu)選的：所監(jiān)測衛(wèi)星的不同類型狀態(tài)包括三種以上 的不同類型衛(wèi)星狀態(tài)，所述步驟（6)中的應(yīng)用統(tǒng)計方法，具體是基于所述的概率模型，采用 序貫貝葉斯決策方法進行衛(wèi)星狀態(tài)的監(jiān)測，以判別衛(wèi)星所處狀態(tài)；具體的監(jiān)測步驟包括：
[0018] (a)損失函數(shù)定義為：誤判的損失為1，否則為0;
[0019] (b)先驗概率定義為：對所述不同類型衛(wèi)星狀態(tài)賦予均勻的先驗概率；
[0020] (c)根據(jù)在不同類型狀態(tài)下特征量的概率模型，確定不同類型衛(wèi)星狀態(tài)下特征量 數(shù)據(jù)的似然函數(shù)，根據(jù)貝葉斯公式得出不同類型衛(wèi)星狀態(tài)的后驗概率；
[0021] (d)根據(jù)后驗概率大小進行衛(wèi)星所處狀態(tài)的判別，取后驗概率最大的狀態(tài)確定為 衛(wèi)星所處的狀態(tài)。
[0022] 上述的衛(wèi)星狀態(tài)監(jiān)測方法中，更優(yōu)選的：在采用所述序貫貝葉斯決策方法進行狀 態(tài)判別時，除均勻先驗概率外，還通過歷史遙測數(shù)據(jù)中不同類型衛(wèi)星狀態(tài)出現(xiàn)的頻數(shù)，確定 不同類型衛(wèi)星狀態(tài)的先驗概率。
[0023] 上述的衛(wèi)星狀態(tài)監(jiān)測方法中，優(yōu)選的：所監(jiān)測衛(wèi)星的不同類型狀態(tài)僅包括兩種不 同類型衛(wèi)星狀態(tài)，或?qū)⒍喾N不同類型衛(wèi)星狀態(tài)合并為兩種不同類型衛(wèi)星狀態(tài)，所述的兩種 不同類型衛(wèi)星狀態(tài)分別為正常狀態(tài)和異常狀態(tài)，所述步驟（6)中的應(yīng)用統(tǒng)計方法，具體是 采用序貫概率比檢驗進行衛(wèi)星狀態(tài)的監(jiān)測，以判別衛(wèi)星所處狀態(tài)；具體的監(jiān)測步驟包括：
[0024] (a)利用不同類型狀態(tài)下特征量的概率模型（即衛(wèi)星處于正常狀態(tài)或異常狀態(tài)下 特征量的概率模型），分別得出已獲得的特征量數(shù)據(jù)集合X的似然函數(shù)401(x)和4U(X) ;X={χ1;χ2, ···,xj；
[0025] (b)確定似然比Λ,,(Χ)二Z^(X)/C(X);
[0026] (c)按以下操作對衛(wèi)星所處狀態(tài)進行判別：
[0027] --如果Λη(Χ)彡B，則認為衛(wèi)星所處狀態(tài)異常，并置X為空集；
[0028] --如果Λη(Χ)彡Α，則認為衛(wèi)星所處狀態(tài)正常，并置X為空集；
[0029] --如果A<Λη(Χ) <Β，則不作出判別；
[0030] 其中，臨界值Α定義
，臨界值B定義 ；α、β分別為給定的 虛警率和誤診率；
[0031] (d)繼續(xù)進行觀測以獲取所述遙測參數(shù)的遙測數(shù)據(jù)，直至所獲得的遙測數(shù)據(jù)可用 于獲取得出特征量數(shù)據(jù)，則得出特征量數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)向步驟（a);否則，繼續(xù)進行觀測。
[0032] 上述本發(fā)明的技術(shù)方案提供了一種基于遙測參數(shù)的關(guān)聯(lián)于控制系統(tǒng)或控制裝置 行為的變化模式的衛(wèi)星狀態(tài)監(jiān)測方法，依據(jù)該方法所監(jiān)測的衛(wèi)星狀態(tài)應(yīng)可通過某些遙測參 數(shù)進行描述，且該遙測參數(shù)的變化模式與星上或地面控制系統(tǒng)或控制裝置的行為存在關(guān)聯(lián) 關(guān)系，且這樣的關(guān)聯(lián)關(guān)系可以通過從遙測數(shù)據(jù)中所提取的特征量進行描述。
[0033] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：