基于自适应超螺旋观测器的空间机械臂鲁棒故障诊断

针对空间机械臂系统执行器鲁棒故障诊断问题,提出一种基于改进的自适应超螺旋观测器故障诊断方法。为抑制复杂空间环境引起的外部干扰对故障诊断结果的影响,在经典超螺旋观测器的基础上引入观测器参数自适应调整算法,同时解决观测器参数过估计问题与噪声扩展问题。此外,引入小于1的分数幂和线性比例项来提高观测器的平滑性和快速性,进一步改善故障诊断效果。基于Moreno-Lyapunov函数算法分析了观测器的有限时间稳定性,证明了观测器的估计误差可以在有限时间内收敛至包含原点的邻域内,提出残差生成方法并设计了基于自适应阈值的故障诊断策略。最后,结合小行星采样空间三连杆机械臂算例,通过仿真验证了所提方法的有效性。

航天器碰撞规避单脉冲切向控制最优策略

针对在轨航天器采用切向单脉冲喷气规避空间碰撞风险的最优控制策略问题,推导了小偏心率轨道卫星切向控制后的轨道相对原轨道的相对运动方程,分析了空间接近几何关系,给出了满足空间接近距离和交垂线方向距离约束情况下不同控制时刻对应的最小控制量的计算方法和函数曲线,证明了控制量与控制效果的单调关系并讨论了控制时刻对控制效果的敏感性。只要综合测站跟踪情况、卫星工作情况、燃料节省等多种约束确定了控制时刻,即可通过上述控制时刻和控制量函数曲线确定最小的切向控制方向和控制量大小。

具有Lipschitz非线性系统的航天器故障检测

对存在未知干扰的Lipschitz非线性系统,探讨了基于滑模观测器的执行器故障检测的方法。通过等价状态变换,可以得到2个子系统,其中一个子系统与执行器故障和未知干扰耦合,而另一个子系统则只与执行器故障耦合。在此基础上,提出了一种免受未知干扰影响,可对执行器故障敏感的滑模观测器设计方法。这种滑模观测器可以作为故障检测工具,而将其输出估计误差作为残差发生器,用于执行器故障检测。相比滑模观测器的故障重构方法,该方法大大放宽了对数学假设条件的要求。最后,对一个大攻角状态下的航天器的简化模型进行了数字仿真,仿真结果表明了所提方法的有效性。

航天器在轨运行段遥控作业规范化设计与实现

针对当前航天器长期运行段遥控作业中人工干预环节较多、自动化智能化水平较低、流程标准化较低、要素不完整、事后工作不完整等问题,在分析形成遥控作业规范化需求的基础上,对遥控作业运行流程、功能模块、异常报警处置策略进行设计与规范。将遥控作业分为遥控上行前、中、后三个阶段,在现有基础上增加启动时机合法性自动检测、状态自动判别、时间条件自动驱动、注入结果自动评估、事后安全处置、自动退出、异常情况下循环报警推送处置策略等模块,完成遥控作业编写的规范性设计。最后,选取50颗在轨卫星对规范后的遥控作业进行验证,并与已有的作业进行了量化比对,结果显示,规范化遥控作业显著提升了上行工作的安全性、可靠性和运行效率,可提高航天器在轨稳定运行性。

在轨航天器长期测控质量问题归零管理工作改进研究

质量问题归零工作是促进组织质量管理水平提升的重要举措,也是组织实施质量管理体系改进的源泉。分析了在轨航天器长期测控服务组织在质量问题归零工作中存在的问题,并结合工作实践给出了在轨航天器长期测控质量问题归零管理工作的改进建议。

一种基于投影寻踪的航天器健康评估方法

针对常用健康评估方法在航天器测控管理领域应用过程中出现的通用性、易用性和适用性方面的不足,提出了一种基于投影寻踪评估模型的航天器健康评估方法。该方法首先计算得出分系统运行状态的可信度;然后利用卫星故障预案和故障实例构建投影寻踪评估模型,自动获取运行状态指数评价权重;最后通过构建等级评价标准对航天器健康状态进行评估。以某在轨卫星为例进行仿真测试,验证结果显示该方法所构建模型简便且易于升级维护,评估结果与实际情况吻合,对解决实际的工程问题具有实用价值。

一种基于时序形态的航天器动态模式提取方法

针对航天器动态特性分析过程中遇到的建模过程复杂、处理速度较慢、分析结果不易进行直观解释等问题,通过借鉴符号化近似思想,提出了一种基于时序形态的航天器动态模式提取方法。该方法首先采用分段线性化算法获取一系列分割线段以近似表示遥测序列形态,然后使用系统聚类分析技术对分割线段进行分类,最后基于分类结果将遥测时间序列数据转化为蕴含形态信息的符号序列。验证结果表明该方法简单、有效,所提取的动态模式符号序列不仅可体现遥测时序数据的显著变化,也可表征遥测序列的细微变化,可作为遥测序列识别与异常检测的依据。

基于决策树的卫星故障诊断知识挖掘方法

针对目前卫星在轨故障诊断后验证知识获取困难,随着卫星在轨运行功能或性能退化导致门限诊断精度下降的问题,本文深入研究了卫星在轨管理过程中积累的异常数据和故障案例,提出了一种基于决策树的在轨卫星故障诊断知识挖掘方法。该方法选择信息增益率最大的属性作为分割属性,通过挖掘数据获取各属性的最优分割点建立门限,利用剪枝策略防止决策树过拟合或深度过大,最后梳理决策树生成故障诊断知识。通过对算例和对实际在轨数据进行挖掘,提取故障诊断知识,对知识的精度和差错分析,结果说明了本文所用方法能够提高知识的准确性同时降低误警率。

基于回归分析的航天器异常检测方法

针对某在轨航天器电源温控系统典型故障案例,提出基于Pearson相关系数回归分析的航天器多元遥测数据异常检测方法。首先,对相关遥测数据进行特征提取;其次,对正常状态下的遥测数据进行拟合建模,并用该模型检测后续遥测数据;最后,采用基于Pearson相关系数的回归分析方法对实测数据进行仿真分析。结果表明,针对航天器首次发生的异常,该方法能从多维遥测数据中快速提取与异常相关的特征遥测参数,可有效建立遥测参数预警模型及检测遥测数据的异变趋势,并能够推广应用于其他航天器。

一种航天器异常检测案例关联方法

针对航天器异常检测系统中故障案例作用发挥不明显的问题,基于异常检测规则知识和故障案例,设计了一种关键词提取模式和全新的关联引擎,在航天器异常检测结果和故障案例之间建立了一种快速的关联机制,充分发挥了航天器异常检测系统中关联案例在故障识别、故障定位方面的作用。应用实例表明,该方法具有关联故障案例全面、数据处理运行高效的特点。

基于数据驱动的航天器演训任务可视化方法

随着近年来我国空间活动的日益活跃,在轨管理航天器数量越来越多,航天器长期管理任务以及各类空间操控任务愈发繁重,所面对的突发事件也越来越复杂。以数据驱动的航天器系统任务为背景,对航天演训任务可视化方法进行研究,提出构建基于数据驱动的三维可视化系统的方案,并介绍了可视化系统的组成以及核心模块,再通过任务数据对其进行转化,并利用动态关联特性予以显示,进而实现演训任务的动态可视化。

基于坐标时间序列的地心运动分析与预测

地心运动会影响地球参考框架原点的准确性,是地球参考框架进行非线性维持必须考虑的因素之一,因此提出对地心运动进行多尺度的建模和预测,以实现毫米级地球参考框架的建立和维持。采用网平移法计算的地心运动、全球地球物理流体中心(global geophysical fluids center,GGFC)和国际GNSS服务(international gnss service,IGS)第三次重处理(IGSR03)提供的3组地心运动数据,首先对其一致性和差异进行了分析,然后分别利用谐波模型和Diff-LSTM模型对地心运动进行了长期和短期的建模与预测,结果显示,GGFC地心运动的预测精度优于1.5 mm,而Diff-LSTM模型的地心运动预测结果在短期内优于谐波模型,当预测步长为17时,GGFC和IGSR03的地心运动预测精度均能达到甚至优于1 mm。表明地心运动的预测精度能够满足基于地球质量中心(center of mass of the total earth system,CM)的瞬时地球参考框架的建立与维持。

基于Attention-BiTCN的网络入侵检测方法

为解决网络入侵检测领域多分类准确率不高的问题,文章根据网络流量数据具有时序特征的特点,提出一种基于注意力机制和双向时间卷积神经网络(BiDirectional Temporal Convolutional Network,BiTCN)的网络入侵检测模型。首先,该模型对数据集进行独热编码和归一化处置等预处理,解决网络流量数据离散性强和标度不统一的问题;其次,将预处理好的数据经双向滑窗法生成双向序列,并同步输入Attention-Bi TCN模型中;然后,提取双向时序特征并通过加性方式融合,得到时序信息被增强后的融合特征;最后,使用Softmax函数对融合特征进行多种攻击行为检测识别。文章所提模型在NSL-KDD和UNSW-NB15数据集上进行实验验证,多分类准确率分别达到99.70%和84.07%,优于传统网络入侵检测算法,且比其他深度学习模型在检测性能上有显著提升。

航天测控设备状态配置和管理方法

针对我国航天测控网设备状态配置和管理方法现状,分析了测控设备任务准备和历史任务恢复节点的现实需要,提出了航天测控设备历史状态宏迁移、设备参数共享以及设备状态集中管理3种方法。通过分析比较,给出了设备状态集中管理和可扩展标记语言(XML)格式设备状态共享方法相结合的实现途径。该方法能够实现设备参数的快速设置和检查以及不同设备之间状态的共享,有利于提高整个测控网的自动化程度和运行效率。

用MLA理论构建航天测控设备集中监视系统

我国测控设备监控系统大多采用C/S(Client/Server,客户/服务器)模式,针对其存在的接口协议多样、监控元素差异大、不利于测控网的集中监控和信息共享等问题,基于多活性代理理论,提出在原有设备监控系统的基础上,通过增加测控设备监控信息接口协议转换、测控设备的集中管控代理、测控设备状态集中展示代理等功能,构建测控设备集中监视系统。具体描述了系统的体系架构、层次模型、运行环境、功能模型以及功能设计,分析了系统的活性保持及活性协调协商机制,从效率、时间、发展、成本等4个维度对系统的活性度量进行了计算和描述。该构建方法有利于提高整个系统的自动化能力,同时对复杂信息系统的构建也能起到一定的借鉴作用。

航天测控站数据传输处理系统构件化设计

针对航天测控领域软件复用程度不高、软件开发效率低的现状,设计了基于构件技术的体系及架构。通过分析航天测控站数据传输处理系统领域模型,抽象出其各功能构件,结合软件总线体系结构,设计了基于内存映射的通信机制、连接构件及各功能构件,实现了航天测控站数据传输处理软件系统的构件化实例。这种方法实现了二进制方式的复用,在一定程度上提高了软件的质量,降低了开发维护成本,提高了可靠性。

基于模糊分层SDG模型的故障推理方法

针对传统SDG模型诊断方法存在的诊断分辨率低、速度慢、效率低等不足,提出了一种基于模糊分层SDG模型的故障推理方法.首先建立系统的SDG模型,并进行分层;再利用模糊变量表示节点变量,用条件概率表表达节点间的定性因果关系;最后利用贝叶斯推理和回溯搜索找出故障源候选集,并对候选解进行排序.应用提出的方法,进行了某型号航空发动机燃油调节系统故障诊断,结果表明该方法能够提高诊断的分辨率和效率,诊断结果准确而且完备.

航天测控站运管系统设计

针对航天测控站管理域内测控、通信、气象、勤务等专业设备需要垂直管理,但节点分散、设备运行状况无法实时获取的现状,设计开发了测站运管系统。该系统涵盖测站管理域内测控设备协议转换、气象设备运行管理、勤务设备运行管理、测控信息检查与测试、综合信息管理以及综合态势展示等功能,实现了各专业设备运行状态采集、信息传输、专业管理、数据处理、信息展现及故障报警的层次化管理模型,建立了标准化的测站管理体系,规范了测站跟踪流程,实现了从准备开始、设备标校、捕获跟踪到数据质量分析的全过程管理,提高了测站管理域的管理质量和自动化运行效率。

用户星中继终端在轨应用策略

在介绍在轨用户星中继终端的分类、功能和使用现状的基础上,重点对用户星中继终端多约束条件进行了梳理分析。为缓解常态化应急测控带来的资源紧张矛盾,提出了用户星中继终端在轨应用策略,即Ka/S模式下影随测控,小S模式下定时捕获。针对Ka+小S模式下实现影随测控的可行性问题,利用STK(Satellite Tool Kit,卫星开发工具包)软件进行了仿真计算分析,结果表明:为实现影随测控,满足测控快速响应需要,要求星载S频段中继测控天线对中继卫星的覆盖范围,应大于星载中继数传天线对中继卫星的覆盖范围。

一种基于轨迹外推的成像卫星随动观测方法

相机与卫星固连的成像卫星自主任务规划算法受卫星自身运算和存储能力限制,其在工程应用上尚处于发展阶段,成像任务规划主要依托地面人工经验开展.本文根据卫星观测的高速目标和低速目标不同运动特性,结合卫星平台姿态机动性能,提出了一种基于轨迹外推的成像卫星随动观测规划算法.该方法利用地面系统弥补了星上运算和存储能力的不足,实现了快速目标跟踪和轨迹预报,提高了响应时效性,延长了卫星成像时间.通过拉格朗日插值不断地预测目标轨迹变化构建最优目标函数,间歇式地计算随动策略,可自主实现高速、低速目标全程成像.