面向无线数据传输设备的间接健康因子获得方法
【专利摘要】面向无线数据传输设备的间接健康因子获得方法，属于复杂系统诊断和预测领域。本发明是为了解决现有处于工作状态的数据传输设备，响应的维持能力较差，从而导致功率调整准确度下降的问题。本发明所述的面向无线数据传输设备的间接健康因子获得方法，从测试数据的角度出发，利用统计学理论，结合功率及自动控制增益参数提取出了能够反映数据传输设备健康状态的间接健康因子，有效地提高了功率调整准确度，为电子设备的故障预测与健康管理提供了切实可行的指导思路。适用于实际的某机载无线数据通讯中继单元中，进行了应用验证，为无线数据传输系统的退化状态识别工作提供了切实可行的参考思路。
【专利说明】面向无线数据传输设备的间接健康因子获得方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于复杂系统诊断和预测领域，尤其涉及一种无线数据传输设备的间接健 康因子构建方法。
【背景技术】
[0002] 故障预测与健康管理（PHM)已经逐渐成为复杂系统诊断和预测领域的重要研究 内容。尤其是随着数据采集和通信技术的快速发展，利用状态监测数据进行系统退化性能 识别以及健康状态预测成为故障预测与健康管理领域的研究热点，即基于数据驱动的故障 预测与健康管理研究。基于数据驱动的故障预测方法目前已经得到了国内外专家的广泛关 注，其研究对象也已经从简单的机械系统推广至电池、飞机子系统、卫星子系统等。但目前 利用数据驱动方法实现无线数据传输设备趋势预测的研究还鲜见报道，究其原因：一是由 于无线数据传输设备属于电子设备，其组成复杂，由大量电子元器件及芯片、辅助设备等组 成，二是数据驱动方法没有实际的背景支撑，即数据驱动的方法没有与无线数据传输设备 的具体物理模式相对应。
[0003] 无线数据传输设备属于典型的电子设备，无线数据传输设备的进步完善了数据通 信。且无线数据传输设备有很大的应用范围，几乎所有中低速率的数据传输业务都可以应 用，但是由于电子设备的复杂性，目前对于无线数据传输设备自身性能的研究很少。
[0004] 无线数据传输设备通常由外部数据设备、无线数据传输模块组成，其系统框图，如 图1所示，外部设备为PC机或数据采集等设备。无线数据传输模块为无线数据传输设备的 重要组成部分，包括了发射电路和接收电路、射频前端、天线等。无线数据传输模块的自身 性能优劣对于整个数据传输设备数据传输的准确性有着至关重要的影响。
[0005] 数据传输设备在稳定的功率下才可以进行稳定的数据传输，而在实际工作状态 下，数据传输设备的功率随着外界环境以及其他因素的变化而呈现出一定的波动性。因 此，在数据传输设备中设置自动增益控制对功率进行调节。当功率下降到所允许的阈值下 限时，系统自动提升增益，使功率上升，相应地，当功率上升至阈值上限时，系统自动减小增 益，使功率保持在系统允许的范围内。自动增益控制随着功率的变化而自动做出调整，功率 随着自动增益控制的变化做出相应的响应。具体来说，一定的功率增益会引起功率增加或 减小，如果系统的性能出现退化，那么对于增益控制的响应品质会有所下降，而这种下降主 要体现在两个方面：其一，响应的准确程度下降，从数据角度就表现为单位增益所能够引起 的功率变化值达不到预期的水平，即单位增益引起的功率变化量会出现一定程度的下降； 其二，响应的稳定程度下降，从数据的角度就表现为单位增益所能够引起的功率变化值序 列的波动性增加，即其方差或标准差出现上升趋势。无论是从哪个方面分析，通过自动增益 与功率响应的对应关系，获取与数据传输设备性能相关的并呈现出一定变化趋势的健康因 子都是切实可行的。而这种通过外测参数之间的关系得到的反映设备退化趋势的健康因 子，称其为间接健康因子。进一步分析，对于处于工作状态的数据传输设备，在出现很大的 功率响应偏差前，首先会出现响应的不稳定性，即性能退化首先表现为能够得到预期响应， 但响应的维持能力较差，出现较大的波动，随后才会继续退化出现难以达到预期调整值即 功率调整准确度下降的情况。
【发明内容】
[0006] 本发明是为了解决现有处于工作状态的数据传输设备，响应的维持能力较差，从 而导致功率调整准确度下降的问题，现提供面向无线数据传输设备的间接健康因子获得方 法。
[0007] 面向无线数据传输设备的间接健康因子获得方法，以加电次数为变量构建健康因 子，该方法包括以下步骤：
[0008] 步骤一一：对机载无线通讯中继单元进行η次加电，η为大于20的整数，分别采集 每次加电时的中继AGG自动增益数据构成的序列{AGG}和中继功率数据构成的序列{Ρ}，获 得η组中继AGG自动增益序列{AGG}和η组中继功率序列{Ρ};
[0009] 步骤一二：分别对η组中继AGG自动增益序列{AGG}和η组中继功率序列{Ρ}进 行一阶差分，获得差分后的η组自动增益增量序列{AGG_d}和η组中继功率增量序列{Ρ_ d},
[0010] {AGG_d} = AGG(i+l)-AGG(i) i = 1，2, · · ·，η
[0011] {P_d} = P(i+1)-P(i)
[0012] 当{AGG_d} = 0时，则剔除该组自动增益增量序列{AGG_d}和功率增量序列{P_d} 中，使{AGG_d} = 0的中继AGG自动增益数据和中继功率数据；
[0013] 步骤一三：分别对剔除数据后的η组自动增益增量序列{AGG_d}和η组功率增量 序列{P_d}进行功率增量计算，获得单位增益对应的功率增量数据y(i)构成的η组序列 {y}，
[0014]
【权利要求】
1. 面向无线数据传输设备的间接健康因子获得方法，其特征在于，该方法以加电次数 为变量构建健康因子，该方法包括以下步骤： 步骤一一：对机载无线通讯中继单元进行η次加电，η为大于20的整数，分别采集每次 加电时的中继AGG自动增益数据构成的序列{AGG}和中继功率数据构成的序列{Ρ}，获得η 组中继AGG自动增益序列{AGG}和η组中继功率序列{Ρ}; 步骤一二：分别对η组中继AGG自动增益序列{AGG}和η组中继功率序列{Ρ}进行一 阶差分，获得差分后的η组自动增益增量序列{AGG_d}和η组中继功率增量序列{P_d}， {AGG_d} = AGG (i+1) -AGG (i) i = 1，2, · · ·，η {P_d} = P(i+1)-P(i) 当{AGG_d} =0时，则剔除该组自动增益增量序列{AGG_d}和功率增量序列{P_d}中， 使{AGG_d} = 0的中继AGG自动增益数据和中继功率数据； 步骤一三：分别对剔除数据后的η组自动增益增量序列{AGG_d}和η组功率增量序列 {P_d}进行功率增量计算，获得单位增益对应的功率增量数据y(i)构成的η组序列{y}，
其中，t为延迟的时间长度； 步骤一四：根据η组单位增益对应的功率增量序列{y}获得η组序列{y}的波动性表 征参量var(y)，即方差：
其中，N为数据点的个数，f为序列{y}的均值； 并将获得的η组序列{y}的波动性表征参量var(y)作为无线数据传输设备的间接健 康因子。
2. 面向无线数据传输设备的间接健康因子获得方法，其特征在于，该方法以时间为变 量构建健康因子，该方法包括以下步骤： 步骤二一：以月为单位，对机载无线通讯中继单元进行加电，分别采集m个不连续的独 立月份的中继AGG自动增益数据构成的序列{AGG}和中继功率数据构成的序列{P}，获得m 组中继AGG自动增益序列{AGG}和m组中继功率序列{P}，其中m为大于等于6整数； 步骤二二：分别对m组中继AGG自动增益序列{AGG}和m组中继功率序列{P}进行一 阶差分，获得差分后的m组自动增益增量序列{AGG_d}和m组中继功率增量序列{P_d}， {AGG_d} = AGG(i+1)-AGG (i) {P_d} = P(i+1)-P(i) i = 1，2,…，n 当{AGG_d} = 0时，则剔除该组自动增益增量序列{AGG_d}和功率增量序列{P_d}中， 使{AGG_d} = 0的中继AGG自动增益数据和中继功率数据； 步骤二三：分别对剔除数据后的m组自动增益增量序列{AGG_d}和m组功率增量序列 {P_d}进行功率增量计算，获得单位增益对应的功率增量数据y(i)构成的m组序列{y}，
其中，t为延迟的时间长度； 步骤二四：以月为单位，根据m组单位增益对应的功率增量序列{y}获得各个月内的共 m组序列{y}的波动性表征参量var(y)，即方差：
其中，N为数据点的个数，]；为序列{y}的均值； 将波动性表征参量var(y)按照其出现的时间跨度进行编号，时间跨度即波动性表征 参量var(y)所在月份跨度，设波动性表征参量var(y)所对应的月份编号序列为{at}，即已 知月份，缺失月份编号序列为{qt}; 步骤二五：对m组序列{y}的波动性表征参量var(y)进行拟合，获得拟合后的方差 曲线表达式，分别将已知月份编号序列{at}与缺失月份编号序列为{qt}带入拟合的方差 表达式，获得已知月份的拟合波动性表征参量var_f at和缺失月份的拟合波动性表征参量 var_fqt ； 步骤二六：将步骤二五中获得的波动性表征参量var(y)和步骤二六获得的已知月 份的拟合波动性表征参量var_fat进行拟合误差计算，获得已知月份的拟合误差结果序列 errorat ： errorat = var (y) _var_fat ； 步骤二七：对已知月份的拟合误差结果序列err〇rat进行正态性检验，获得已知月份的 拟合误差结果序列erro;rat的均值和标准差σ far。!·，
其中，errori表示已知月份的拟合误差结果序列errorat中的第i个拟合误差数据； 步骤二八：在均值^和标准差σ 正态分布的数据中随机生成缺失月份的误差 结果序列error# ; 步骤二九：将步骤二六中获得的缺失月份的拟合波动性表征参量与步骤二九 生成的缺失月份的误差结果序列error#进行叠加，获得缺失月份的重构波动性表征参量 序列varqt varqt = var_fqt+errorqt ； 步骤二十：将步骤二五获得的波动性表征参量var (y)与步骤二十获得的缺失月份的 重构波动性表征参量序列var#按照月份的编号排列后绘制曲线，并将该曲线作为以时间 为变量的间接健康因子。
3.根据权利要求2所述的面向无线数据传输设备的间接健康因子获得方法，其特征在 于，步骤二六所述的拟合后的方差曲线表达式，即波动性表征参量为： var_f = a · eb'1 其中，var_f表示所有月份拟合方差，t表示起始月份到最终月份的标号，a和b为参 数。
【文档编号】H04W24/00GK104159245SQ201410418596
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月22日 优先权日:2014年8月22日
【发明者】庞景月, 刘大同, 郭力萌, 李祺, 彭宇, 彭喜元 申请人:哈尔滨工业大学