一种航天器在轨异常报警与故障诊断系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于航天故障诊断技术领域，尤其涉及一种航天器在轨异常报警与故障诊 断系统。
【背景技术】
[0002] 推理机子系统的核心是依据专家知识与输入的测控数据进行逻辑推理运算，最终 推出航天器的异常状态，其实质是实现一个具有逻辑推理能力的虚拟机。早期的专家系统 主要采用确定性推理算法，这种方法表示的证据是确定性的。例如以地影状态为例，不是光 照区就是地影区，没有二义性。其推理过程是以数理逻辑为基础，推理过程是严密的，结论 也是精确的，要么成立，要么不成立。但是在实际的诊断过程中采用的证据并非是完全精确 的，有些信息不够完善，有些具有不确定性。例如地影状态中，对于半影区的描述就比较困 难，半影从什么时候开始算是地影，采用精确推理对此很难描述。
【发明内容】
[0003] 为解决上述问题，本发明提供一种航天器在轨异常报警与故障诊断系统。
[0004] 本发明的航天器在轨异常报警与故障诊断系统，其包括：知识编辑器、数据缓冲 区、推理控制器、数据区、黑板、规则区和结果缓冲区；
[0005] 知识编辑器，用于输入已经编译好的报警诊断知识；
[0006] 数据缓冲区，用于缓冲输入的原始遥测数据，原始遥测数据包括遥测数据与遥测 指令；
[0007] 数据区，用于从数据缓冲区提取推理控制器进行逻辑匹配运算时的遥测数据或遥 测指令并对其进行存储；
[0008] 规则区，用于从知识编辑器中装载已经编译好的报警诊断知识，在规则区每个报 警诊断知识称之为规则；
[0009] 推理控制器，将数据区中的原始遥测数据与规则区中的报警诊断知识进行逻辑匹 配运算，获得诊断结果；并选择需要输出的诊断结果输出至黑板；
[0010] 黑板，用于存储推理控制器通过逻辑匹配运算获得的诊断结果；
[0011] 结果缓冲区，用于缓冲推理控制器选择输出的诊断结果并发送至客户端，待用户 通过该客户端查看诊断结果后回复确认信息。
[0012] 进一步的，推理控制器包括：
[0013] 可信度评估模块，对输入原始遥测数据进行遥测参数可信度的评估，获得带可信 度的遥测数据；其中，遥控指令、推理机维护的原值表信息和该原始遥测数据一起作为航天 器故障诊断推理的事实；
[0014] 证据推导模块，根据地面的遥控指令、推理机维护的原值表信息和所述带可信度 的遥测数据进行逻辑运算得到证据，所谓证据就是依据事实与事实性知识得出的状态信息 与报警信息；
[0015] 故障诊断模块，根据所述证据结合报警诊断知识进行故障诊断，推出诊断结果；
[0016] 结果输出模块，根据报警诊断知识选择诊断结果并输出。
[0017] 其中，所述的可信度评估模块包括：
[0018] 规律统计单元，通过对遥测参数的变化规律进行统计获得遥测统计规律；
[0019] 可信度获得单元，将新遥测参数的遥测统计规律与历史的遥测统计规律进行匹 配，并结合置信度因子获得遥测的可信度。
[0020] 其中，所述证据推导模块包括：
[0021] 基于隶属度的超限判断和基于模糊数学的可信度传递算法两种方式进行的推导， 其中，基于模糊数学的可信度传递算法包括：单个事实的可信度传递算法和组合事实的加 权可信度传递算法。
[0022] 其中，所述故障诊断模块包括：正向推理、反向推理、基于可能性的框架规则推理。
[0023] 其中，结果输出模块中的输出原则为：可信度越高输出速度越快；低可信度的结 果如果维持比较长的时间也需要输出；时间越近的数据对输出结果的影响越大；可信度为 0. 9时输出时间为1分钟；可信度为0. 6时输出时间为1小时；可信度大于0. 5支持结果的 输出、可信度小于〇. 5支持结果的不输出。
[0024] 进一步的，规则区中每个规则设有激活控制列表，在进行推理时先判断该规则区 中的规则的激活控制列表是否均成立，成立则启用该规则，否则不会选用该规则进行推理 运算。
[0025] 其中，所述故障诊断模块包括：实时诊断单元，预警诊断单元，回放诊断单元，验证 诊断单元和扩展函数单元。
[0026] 有益效果：
[0027] 本发明能够推断出航天器是否发生异常，当发生异常时能够自动搜索、匹配相应 的专家知识，并给出报警故障定位及故障辅助处理决策信息。而且本发明能够实现对历史 遥测数据再检查，事后分析航天器异常报警、诊断定位及故障辅助处理决策。
[0028] 该系统适应于遥测模拟量和状态量两类参数，能够根据历史遥测数据变换规律， 计算遥测数据的可信度系数及可信度，可信度分析的准确度应达到95%以上。
【附图说明】
[0029] 图1为本发明的航天器在轨异常报警与故障诊断系统示意图；
[0030] 图2为本发明的实时诊断单元示意图；
[0031] 图3为本发明的回放诊断单元示意图；
[0032] 图4为本发明的预警诊断单元示意图；
[0033] 图5为本发明的验证诊断单元示意图；
[0034] 图6为本发明的基于隶属度的超限判断实施例一示意图。
【具体实施方式】
[0035] 航天器故障诊断知识描述的时候存在大量的模糊概念，例如对于超限就是一个比 较模糊的概念，数值为多少为超限，多少为严重超限，并不能准确界定，因此在本系统中还 采用模糊推理中的隶属度方法来对这些模糊概念进行综合推理。在数学运算的时候除了进 行数值运算还需要伴随模糊数学计算数值的可信度。因此在推理算法上还需要结合模糊推 理中的一些内容。最后对诊断结果何时输出，在什么情况下输出，需要根据用户行为分析建 立经验模型，最终形成航天器故障诊断数学模型。
[0036] 具体实现方案如下：
[0037] 如图1所示，本发明的航天器在轨异常报警与故障诊断系统，其包括：知识编辑 器、数据缓冲区、推理控制器、数据区、黑板、规则区和结果缓冲区；
[0038] 知识编辑器，用于输入已经编译好的报警诊断知识；
[0039] 数据缓冲区，用于缓冲输入的原始遥测数据，原始遥测数据包括遥测数据与遥测 指令；
[0040] 数据区，用于从数据缓冲区提取推理控制器进行逻辑匹配运算时的遥测数据或遥 测指令并对其进行存储；
[0041] 规则区，用于从知识编辑器中装载已经编译好的报警诊断知识，在规则区每个报 警诊断知识称之为规则；
[0042] 推理控制器，将数据区中的原始遥测数据与规则区中的报警诊断知识进行逻辑匹 配运算，获得诊断结果；并选择需要输出的诊断结果输出至黑板；
[0043] 黑板，用于存储推理控制器通过逻辑匹配运算获得的诊断结果；
[0044] 结果缓冲区，用于缓冲推理控制器选择输出的诊断结果并发送至客户端，待用户 通过该客户端查看诊断结果后回复确认信息。
[0045] 进一步的，推理控制器包括：
[0046] 可信度评估模块，对输入原始遥测数据进行遥测参数可信度的评估，获得带可信 度的遥测数据；其中，遥控指令、推理机维护的原值表信息和该原始遥测数据一起作为航天 器故障诊断推理的事实；遥测参数可信度评估的主要目的是评估观察到事实的可信程度， 通过遥测数据地面接收后会存在一定的误码，可信度分析的就是判断这些数据的可信程 度，各每个数据打上可信度标签，表示对证据的支持程度，送入推理机进行推理运算。可信 度评估的理论基础是概率论。通过对遥测参数的变化规律进行统计，如果接收到新的遥测 数据后，判断新遥测数据变化规律与统计的遥测统计规律的复合程度进行匹配，如果符合 比较高则为高可信度遥测数据，否则为低可信度。遥测数据由于误码的原因在很大程度上 影响推理的结果，尤其在近地卫星进出站时间，数据的误码率很高，可能会淹没正常数据， 这个时候推理结论基本上是无法分辨的，因此需要分析遥测数据得出数据可信的一个系 数。这个系数作为事实信息的置信度因子参与推理，根据这个可信度可以最终推出结论的 可信度。
[0047] 证据推导模块，根据地面的遥控指令、推理机维护的原值表信息和所述带可信度 的遥测数据进行逻辑运算得到证据，所谓证据就是依据事实与事实性知识得出的状态信息 与报警信息；生成证据就是依据事实与事实性知识形成证据的过程，在本系统中就是依据 遥测数据与遥测参数的报警知识形成报警信息的过程。生成证据的推理运算采用模糊推理 方法，主要就是采用隶属度方法，以及可信度的传递方法。下面分别介绍：
[0048] 故障诊断模块，根据所述证据结合报警诊断知识进行故障诊断，推出诊断结果；
[0049] 结果输出模块，根据报警诊断知识选择诊断结果并输出。对于如何决定推理结果 的输出，通过分析专家对航天器监测的行为，我们假定有以下几个假设