高级搜索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

小卫星健康状态自主模糊综合评估方法

周治国 马文浩 刘杰强 冯荣尉

周治国, 马文浩, 刘杰强, 冯荣尉. 小卫星健康状态自主模糊综合评估方法[J]. 电子与信息学报, 2022, 44(10): 3553-3565. doi: 10.11999/JEIT210657
引用本文: 周治国, 马文浩, 刘杰强, 冯荣尉. 小卫星健康状态自主模糊综合评估方法[J]. 电子与信息学报, 2022, 44(10): 3553-3565. doi: 10.11999/JEIT210657
ZHOU Zhiguo, MA Wenhao, LIU Jieqiang, FENG Rongwei. Autonomous Fuzzy Comprehensive Evaluation Method for Small Satellite Health State[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2022, 44(10): 3553-3565. doi: 10.11999/JEIT210657
Citation: ZHOU Zhiguo, MA Wenhao, LIU Jieqiang, FENG Rongwei. Autonomous Fuzzy Comprehensive Evaluation Method for Small Satellite Health State[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2022, 44(10): 3553-3565. doi: 10.11999/JEIT210657

小卫星健康状态自主模糊综合评估方法

doi: 10.11999/JEIT210657
详细信息
    作者简介:

    周治国:男,副教授,研究方向为智能无人系统感知与导航

    马文浩:男,硕士生,研究方向为卫星建模与仿真和数字信号处理

    刘杰强:男,高级工程师,研究方向为卫星测试与维护

    冯荣尉:男,博士生,高级工程师,研究方向为卫星测试与维护

    通讯作者:

    周治国 zhiguozhou@bit.edu.cn

  • 中图分类号: TP274

Autonomous Fuzzy Comprehensive Evaluation Method for Small Satellite Health State

  • 摘要: 当前卫星地面测试系统实时属性突出,但由于对数据挖掘分析不足,难以实现卫星系统级的健康诊断,需人工完成综合评估,存在效率低、通用性差等问题。该文提出一种多层次异构卫星系统综合评估方法,依据数据中缓变量、急变量和关键变量的特性,分别实现基于高斯分布模型、长短期记忆模型(LSTM)和统计模型的单项评估生成单因素模糊向量,采用离差最大化方法实现层次分析法和熵权法的主客观权值向量组合,基于模糊综合评判的方法对卫星状态进行全面综合评价,实现评估流程的自动化和智能化。在小卫星半实物仿真平台进行系统验证,结果表明该评估方法能有效地对卫星系统的健康状态进行全面评估。
  • 图  1  系统硬件设备功能图

    图  2  系统软件组成图

    图  3  卫星评估体系及其对应的分析方法划分

    图  4  评估分析方法库构成

    图  5  逆向型无量纲化处理函数

    图  6  卫星状态片段评估流程

    图  7  LSTM模型

    图  8  指标隶属度示意图

    图  9  “星上时间”统计量评估

    图  10  主客观组合赋权法

    图  11  小卫星半实物仿真平台(1:3)

    图  12  经过平滑后的损失随迭代次数的下降趋势

    图  13  异常数据片段与上下二段动态门限

    图  14  快照分析与二段门限值

    图  15  “能源分系统”评估结果对比

    图  16  各赋权方法“能源速变分系统”评估结果对比

    表  1  “能源分系统”正互反矩阵

    ${{\boldsymbol{A}}_1}$能源速变分系统能源缓变分系统
    能源速变分系统12
    能源缓变分系统1/21
    下载: 导出CSV

    表  2  “能源速变分系统”正互反矩阵

    ${{\boldsymbol{A}}_2}$28 V+12 V+5 V–12 V
    28 V1323
    +12 V1/311/21
    +5 V1/2212
    –12 V1/311/21
    下载: 导出CSV

    表  3  “能源缓变分系统”正互反矩阵

    ${{\boldsymbol{A}}_3}$当前电量充电电量放电电量
    当前电量122
    充电电量1/211
    放电电量1/211
    下载: 导出CSV

    表  4  “能源分系统”下的各权值

    AHPEWM组合权重
    能源速变分系统0.66670.52270.5964
    能源缓变分系统0.33330.47230.4036
    28V电源电压0.45540.67880.5671
    +12V电源电压0.14090.11500.1280
    +5V电源电压0.26280.09110.1770
    –12V电源电压0.14090.11500.1280
    蓄电池组当前电量0.50000.38790.4440
    蓄电池组充电电量0.25000.28230.2661
    蓄电池组放电电量0.25000.32980.2899
    下载: 导出CSV

    表  5  对象集的健康等级模糊向量

    良好正常一般恶化病态
    能源系统00.55630.06430.20970.1698
    能源速变0.256000.10770.35160.2847
    能源缓变10000
    下载: 导出CSV

    表  6  观测窗口期内各算法的一致率对比

    AHPEWM组合权重一致率
    原模糊评价0.581
    本方法0.806
    本方法0.839
    本方法0.871
    下载: 导出CSV
  • [1] 陈浩光, 秦大国, 李云芝. 军用卫星系统效能评估的基本原则与方法研究[J]. 指挥技术学院学报, 2001, 12(2): 27–30.

    CHEN Haoguang, QIN Daguo, and LI Yunzhi. Study of basic theorem and method for military satellite systems effectiveness evaluation[J]. Journal of Institute of Command and Technology, 2001, 12(2): 27–30.
    [2] OFSTHUN S. Integrated vehicle health management for aerospace platforms[J]. IEEE Instrumentation & Measurement Magazine, 2002, 5(3): 21–24. doi: 10.1109/MIM.2002.1028368
    [3] POLL S, IVERSON D L, and PATTERSON-HINE A. Characterization of model-based reasoning strategies for use in IVHM architectures[C]. SPIE 5107, System Diagnosis and Prognosis: Security and Condition Monitoring Issues III, Orlando, USA, 2003.
    [4] KURIEN J and NAYAK P P. Back to the future for consistency-based trajectory tracking[C]. The Seventeenth National Conference on Artificial Intelligence and Twelfth Conference on on Innovative Applications of Artificial Intelligence, Austin, USA, 2000.
    [5] 杨军. 基于模糊理论的卫星导航系统综合效能评估研究[J]. 宇航学报, 2004, 25(2): 147–151,194. doi: 10.3321/j.issn:1000-1328.2004.02.006

    YANG Jun. Study on the synthetic effectiveness evaluation of satellite navigation system based on the fuzzy theory[J]. Journal of Astronautics, 2004, 25(2): 147–151,194. doi: 10.3321/j.issn:1000-1328.2004.02.006
    [6] 宿晨庚, 郭树人, 刘旭楠, 等. 北斗三号基本系统空间信号质量评估[J]. 电子与信息学报, 2020, 42(11): 2689–2697. doi: 10.11999/JEIT190683

    SU Chengeng, GUO Shuren, LIU Xu’nan, et al. Signal quality assessment of BDS-3 preliminary system[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2020, 42(11): 2689–2697. doi: 10.11999/JEIT190683
    [7] 代京, 张平, 李行善, 等. 综合运载器健康管理健康评估技术研究[J]. 宇航学报, 2009, 30(4): 1711–1721. doi: 10.3873/j.issn.1000-1328.2009.04.067

    DAI Jing, ZHANG Ping, LI Xingshan, et al. Research on health assessment of integrated vehicle health management[J]. Journal of Astronautics, 2009, 30(4): 1711–1721. doi: 10.3873/j.issn.1000-1328.2009.04.067
    [8] 夏开心. 微纳卫星自主健康状态评估方法研究[D]. [硕士论文], 哈尔滨工业大学, 2016.

    XIA Kaixin. Research on autonomous health state assessment method of micro-satellite[D]. [Master dissertation], Harbin Institute of Technology, 2016.
    [9] 刘帆, 王莉, 刘凯, 等. 一种基于中台的多航天器综合评估系统架构设计[J]. 计算机科学, 2020, 47(S2): 662–666. doi: 10.11896/jsjkx.200400084

    LIU Fan, WANG Li, LIU Kai, et al. Architecture design of multiple spacecraft comprehensive assessment system based on middle platform[J]. Computer Science, 2020, 47(S2): 662–666. doi: 10.11896/jsjkx.200400084
    [10] 虞业泺, 郑倩云, 杨善强, 等. 基于多因素模糊推理的卫星综合效能评估[J]. 计算机测量与控制, 2020, 28(9): 267–271. doi: 10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2020.09.053

    YU Yeluo, ZHENG Qianyun, YANG Shanqiang, et al. Satellite comprehensive effectiveness evaluation based on multi-factor fuzzy reasoning[J]. Computer Measurement &Control, 2020, 28(9): 267–271. doi: 10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2020.09.053
    [11] 于冰洁, 夏战国, 王久龙. 基于高斯过程模型的异常检测算法[J]. 计算机工程与设计, 2016, 37(4): 914–920,953. doi: 10.16208/j.issn1000-7024.2016.04.015

    YU Bingjie, XIA Zhanguo, and WANG Jiulong. Anomaly detection algorithm based on Gaussian process model[J]. Computer Engineering and Design, 2016, 37(4): 914–920,953. doi: 10.16208/j.issn1000-7024.2016.04.015
    [12] 曹博, 高茂庭. 基于LSTM的短时交通流预测研究[J]. 现代计算机, 2018(25): 3–7. doi: 10.3969/j.issn.1007-1423.2018.25.001

    CAO Bo and GAO Maoting. Research on the short-term traffic flow prediction based on LSTM[J]. Modern Computer, 2018(25): 3–7. doi: 10.3969/j.issn.1007-1423.2018.25.001
    [13] 康立, 卢晓春, 王雪, 等. 北斗系统信号时域波形失真评估[J]. 电子与信息学报, 2018, 40(4): 1002–1006. doi: 10.11999/JEIT170591

    KANG Li, LU Xiaochun, WANG Xue, et al. Navigation signal chip domain assessment on Beidou navigation system[J]. Journal of Electronics and Information Technology, 2018, 40(4): 1002–1006. doi: 10.11999/JEIT170591
    [14] 陈华友. 多属性决策中基于离差最大化的组合赋权方法[J]. 系统工程与电子技术, 2004, 26(2): 194–197. doi: 10.3321/j.issn:1001-506X.2004.02.016

    CHEN Huayou. Combination determining weights method for multiple attribute decision making based on maximizing deviations[J]. Systems Engineering and Electronics, 2004, 26(2): 194–197. doi: 10.3321/j.issn:1001-506X.2004.02.016
    [15] 杨永安, 冯祖仁, 李光明, 等. 基于模糊集理论的航天器测控任务评估[J]. 宇航学报, 2005, 26(1): 34–38. doi: 10.3321/j.issn:1000-1328.2005.01.007

    YANG Yongan, FENG Zuren, LI Guangming, et al. Evaluationt of spaceflight TT&C mission on base of fuzzy collect theory[J]. Journal of Astronautics, 2005, 26(1): 34–38. doi: 10.3321/j.issn:1000-1328.2005.01.007
  • 加载中
图(16) / 表(6)
计量
  • 文章访问数:  446
  • HTML全文浏览量:  298
  • PDF下载量:  87
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-07-01
  • 修回日期:  2022-01-21
  • 录用日期:  2022-02-16
  • 网络出版日期:  2022-02-22
  • 刊出日期:  2022-10-19

目录

    /

    返回文章
    返回