一种基于贝叶斯网络模型的微纳卫星星务健康管理系统的制作方法

一种基于贝叶斯网络模型的微纳卫星星务健康管理系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于叶贝斯网络模型的微纳卫星星务健康管理系统，包括整星级健康管理系统、分系统级健康管理模块、部件级健康管理单元，所述整星级健康管理系统用于完成整星电子系统的健康评估和故障恢复；所述分系统级健康管理模块用于对各分系统进行监测、诊断和评估，构成相对独立的分系统级诊断评估模块；所述部件级健康管理单元用于对部件或者传感器采集到的数据进行处理和传输；所述整星级健康管理系统连接多个所述分系统级健康管理模块，所述分系统级健康管理模块连接多个所述部件级健康管理单元。本发明构建了分层次、分布式的卫星星务健康管理系统架构，能够实现卫星的自主管理功能，延长卫星的使用寿命和安金运行能力。
【专利说明】
一种基于贝叶斯网络模型的微纳卫星星务健康管理系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种卫星健康管理系统，尤其是一种基于叶贝斯网络模型的微纳卫星 星务健康管理系统。
【背景技术】
[0002] 微纳卫星是指质量小于10千克、具有实际使用功能的卫星。微纳卫星是基于微电 子技术、微机电技术、微光电技术等微米/纳米技术而发展起来的，体现了航天器微小化的 发展趋势。随着高新技术的发展和需求的推动，微纳卫星以体积小、功耗低、开发周期短，可 编队组网，能以较低的成本完成复杂的空间任务的优势，在科研、国防和商用等领域发挥着 重要作用。微纳卫星技术及其组网应用技术是国际卫星技术研究的热点之一，其在在通信、 军事、地质勘探、环境与灾害监测、交通运输、气象服务、科学实验、深空探测等方面发挥着 越来越重要的作用。
[0003] 高可靠、低成本和短研制周期是现代微纳卫星技术发展的主要趋势，卫星的运营 和管理方式也将随之而发生重大改变。在检测、诊断、缓解和排除航天器故障，提高航天器 的安全可靠性，减少航天器发射和运行成本方面，现有技术主要依赖地面测控站和人工判 断的方式对卫星运行状态进行健康管理，只能在有限的测控弧段内采用遥控指令的方式对 卫星进行状态调整和控制，具有卫星遥测量大、参数类型多、变化复杂的缺点，已经不能适 应现代微纳卫星技术的发展。此外，由于微纳卫星本身具有高度精密化、复杂化的特点，各 部件之间以及各部件内部都可能存储在多种故障，并且各故障间存在复杂关联，现有的星 务健康管理方法虽然在一定程度上满足了故障诊断的需要，但是在不确定性问题处理以及 多源信息表达与融合方面存在一定的局限，往往难以精确确定产生故障的原因并及时解 决。
[0004] 星载自主健康管理系统已成为现代航天器自主运行的关键技术之一和亟需解决 的问题。而目前，现有技术中缺少一种具备完整健康管理功能的微纳卫星自主健康管理系 统。

【发明内容】

[0005] 为了解决现有技术中缺少卫星星务自主诊断、自主管理的技术问题，本发明的目 的是提供一种分层次，分布式的基于贝叶斯网络模型的微纳卫星星务健康管理系统，包括： 包括整星级健康管理系统、分系统级健康管理模块、部件级健康管理单元，其中，
[0006] 所述整星级健康管理系统用于完成整星电子系统的健康评估和故障恢复；
[0007] 所述分系统级健康管理模块用于对各分系统进行监测、诊断和评估，构成相对独 立的分系统级诊断评估模块；
[0008] 所述部件级健康管理单元用于对部件或者传感器采集到的数据进行处理和传输； [0009]所述整星级健康管理系统连接多个所述分系统级健康管理模块，所述分系统级健 康管理模块连接多个所述部件级健康管理单元；
[0010] 其中，所述整星级健康管理系统、所述分系统级健康管理模块以及所述部件级健 康管理单元的健康状态在0~1之间；
[0011] 其中，0表示完全健康，1表示该系统完全失效，0~1之间表示不同程度的故障。
[0012] 优选地，每个所述部件级健康管理单元对所述分系统级健康管理模块的影响用概 率表示的阈值区间在〇. 2~0.8之间。
[0013]优选地，每个所述分系统级健康管理模块对所述整星级健康管理系统的影响用概 率表示的阈值区间在〇. 3~0.7之间。
[0014]优选地，所述整星级健康管理系统的健康状态的计算公式为：
[0015]
[0016]其中，S代表整星级健康管理系统的健康状态指数，b代表部件级健康管理单元的 健康状态指数，p(f)表示部件级健康管理单元对分系统级健康管理模块影响的概率指数，P (C)表示分系统级健康管理模块对所述整星级健康管理系统影响的概率指数，nl表示在第 一个分系统级健康管理模块中部件级健康管理单元的数量，n2表示在第二个分系统级健康 管理模块中部件级健康管理单元的数量，nn表示在第η个分系统级健康管理模块中部件级 健康管理单元的数量，X表示在整星级健康管理系统中分系统级健康管理模块的个数。
[0017] 优选地，所述整星级健康管理系统包括健康管理执行模块、健康管理专家系统和 健康任务执行模块，其中，
[0018] 所述健康管理执行模块用于卫星各分系统健康数据的采集，并实现对各分系统的 控制，同时控制运行所述健康任务执行模块，从所述健康管理专家系统中调用管理知识，对 卫星的健康状态进行实时的监测和综合判断；
[0019] 所述健康管理专家系统用于存储管理数据；
[0020] 所述健康任务执行模块用于故障的处理、恢复，健康信息的传输，实现星务管理主 机功能和任务的添加与完善；
[0021] 所述健康管理执行模块分别连接所述分系统级健康管理模块、所述健康管理专家 系统以及所述健康任务执行模块。
[0022] 优选地，所述健康任务执行模块包括自主安全保护任务模块、相对程控任务模块、 状态采集与传输任务模块和在轨重构任务模块，其中，
[0023] 所述自主安全保护任务模块用于以卫星重要参数信息作为输入条件，根据调用的 专家系统知识进行推理，从自身的故障处理数据库中调出故障处理方法进行故障处理
[0024] 所述相对程控任务模块用于对有效载荷任务进行自主规划执行的功能模块，根据 有效载荷任务启动标志自动运行有效载荷，除完成有效载荷任务外还可作为其他任务模块 进行故障处理和健康管理的执行手段，可通过星上时刻或某一事件等自动激活执行；
[0025] 所述状态采集与传输任务模块用于获得卫星健康信息的重要手段，具有可控遥测 传输功能，通过调用专家知识并根据卫星健康状态自行调整下传遥测信息；
[0026] 所述在轨重构任务模块用于通过调用管理规则自主判断执行时机，对硬件重构自 行发送重构指令，对软件重构自行激活附加任务模块运行，并通过与星务管理主机软件约 定软件操作接口，实现对星务管理主机功能和任务的添加与完善，
[0027]所述健康管理执行模块分别连接所述自主安全保护任务模块、所述相对程控任务 模块、所述状态采集与传输任务模块以及所述在轨重构任务模块。
[0028]优选地，分系统级健康管理模块主要包括姿控分系统健康管理模块以及电源分系 统健康管理模块，所述整星级健康管理系统连接所述姿控分系统健康管理模块以及所述电 源分系统健康管理模块。
[0029]优选地，所述姿控分系统健康管理模块连接多个部件级姿控健康管理单元，所述 部件级姿控健康管理单元包括加速度传感器健康管理单元以及倾斜角传感器健康管理单 J L 〇
[0030] 优选地，所述姿控分系统健康管理模块连接多个部件级电源健康管理单元，所述 部件级电源健康管理单元包括蓄电池健康管理单元以及太阳能电池健康管理单元。
[0031] 本发明提供的微纳卫星星务健康管理系统，通过分层次、分布式的管理架构，并通 过贝叶斯网络模型评估所述微纳卫星健康状态，能够有效地进行复合故障诊断，实现了卫 星的自主管理功能，提高了卫星的自主诊断、自主运行能力，从而延长了卫星的使用寿命、 提高了安全运行能力。
【附图说明】
[0032] 图1示出的根据本发明的一种【具体实施方式】的，一种基于叶贝斯网络模型的微纳 卫星星务健康管理系统的分层架构图；
[0033] 图2示出的根据本发明的第一实施例的，一种基于叶贝斯网络模型的微纳卫星星 务健康管理系统的组成图；
[0034] 图3示出的根据本发明的第二实施例的，一种基于叶贝斯网络模型的微纳卫星星 务健康管理系统整星级健康管理分布式架构图；以及
[0035]图4示出的根据本发明的第三实施例的，一种基于叶贝斯网络模型的微纳卫星星 务健康管理系统分层架构图。
【具体实施方式】
[0036]为了更好的使本发明的技术方案清晰的表示出来，下面结合附图对本发明作进一 步说明。
[0037]本领域技术人员理解，本发明的目的是提供一种分层次、分布式的健康管理系统 架构，以星务管理系统为基础构建微纳卫星自主健康管理系统。具体地，所述微纳卫星星务 健康管理系统由软件和硬件结合的方式，利用微计算机作为部件，可以通过采用嵌入式技 术和现场总线技术，构建所述微纳卫星星务健康管理系统的控制中心和执行单元的网络分 布式系统，实现对所述微纳卫星从局部到整体的多级分层次的智能化故障诊断和健康管 理。
[0038]具体地，图1示出了根据本发明的一种【具体实施方式】的，一种基于叶贝斯网络模型 的微纳卫星星务健康管理系统分层架构图，所述微纳卫星星务健康管理系统用于实现对所 述微纳卫星星务健康的自主监控、诊断和管理。如图1所示，所述微纳卫星星务健康管理系 统包括整星级健康管理系统、分系统级健康管理模块以及部件级健康管理单元三个层次的 架构。本领域技术人员理解，所述整星级健康管理系统、分系统级健康管理模块以及部件级 健康管理单元分别从整体到局部对所述微纳卫星是务健康进行管理，实现整星多级控制， 将复杂的星务管理和控制任务分配给各个分系统，各个分系统再进一步细分为相应的部件 级健康管理单元并行完成一系列任务，维护所述微纳卫星的正常运作。
[0039] 更为具体地，所述整星级健康管理系统用于完成整星级电子系统的健康评估和故 障恢复。本领域技术人员理解，所述整星级健康管理系统由中央系统管理控制装置控制，具 体地，所述中央系统管理控制装置将从各个分系统输入的初步诊断结论数据进行全局决策 和统一调度再通过总线将全局决策和统一调度的命令传输到所述分系统完成，本领域技术 人员可以通过在计算机系统中的总线安装集成相应管理控制功能的电路板。具体地，根据 图1所示【具体实施方式】的一个变化例中，所述整星级健康管理系统至少包括健康管理执行 模块、健康管理专家系统和健康任务执行模块。更为具体地，将结合图2以及后述的具体实 施例做进一步说明，在此不予赘述。同时，本领域技术人员还理解，所述微纳卫星具有精密 复杂的系统结构，能够实现复杂的功能，所述整星级健康管理系统可以根据所述微纳卫星 结构和功能的复杂程度进一步集成其他功能的模块以实现更为复杂的健康管理功能。
[0040] 进一步地，所述分系统级健康管理模块用于对各分系统进行监测、诊断和评估，构 成相对独立的分系统级诊断评估模块，本领域技术人员理解，所述各分系统健康管理模块 分别对应所述微纳卫星的各分系统，具体地，所述分系统健康管理模块由微型计算机组成， 对所述微纳卫星中相应分系统的健康管理模块功能集成在统一的CHJ芯片并通过对应的控 制电路与各分系统中部件级健康管理单元通信并进行控制。从而通过控制设置在所述分系 统中的部件级健康管理单元，将获取的检测数据分析从而诊断和评估所述微纳卫星对应分 系统的运行状况，并将所述分析结果通过总线传输给所述整星级健康管理系统。具体地，所 述分系统级健康管理模块可以包括热控分系统健康管理模块，所述热控健康管理模块用于 评估所述微纳卫星在太空运行中传热功能的健康状态;数传分系统健康管理模块，所述数 传健康管理模块用于评估所述微纳卫星数据传输诸如通信频段等参数是否正常;姿控分系 统健康管理模块，所述姿控分系统健康管理模块用于评估所述微纳卫星姿控系统中控制方 式、测量精度、指向精度、姿态稳定度、机动范围、调整速率等参数是否正常；电源分系统健 康管理模块，用于评估所述微纳卫星的蓄电池或太阳能电池的健康状态;高光谱成像仪分 系统健康管理模块，用于评估所述高光谱成像仪工作时成像方式、空间分辨率、幅宽、波长 范围、压缩比等指标是否正常。
[0041] 进一步地，所述部件级健康管理单元用于对部件或者传感器探测到的数据进行处 理和传输，具体地，在所述微纳卫星的各个部件、设备设置有传感器或状态采集点，所述传 感器或状态采集点分别与对应部件和部件级健康管理单元通信，将从所述部件采集到的状 态信息传输到所述部件级健康管理单元，所述健康管理单元将获取的所述数据信息进行处 理后进一步传输给所述分系统级健康管理模块。
[0042]更进一步地，所述整星级、分系统级和部件级三个层面的信息交换通过统一的卫 星总线网络和数据协议进行传输，最终由整星级健康管理层做出全局决策。具体地，体领域 技术人员理解，所述整星级健康管理系统连接多个所述分系统级健康管理模块，多个所述 分系统级健康管理系统与所述整星级健康管理系统通过总线通信;每一个所述分系统级健 康管理模块连接多个所述部件级健康管理单元，多个所述部件级健康管理模块与所述分系 统级健康管理系统通信。在这样的实施例中，形成一个由整星级健康管理系统包含多个内 置多个部件级健康管理模块的分系统级健康管理系统组成的拓扑微纳卫星健康管理网络 架构。更为具体地，所述分系统健康管理系统的数目可以为2个、3个、4个或4个以上，其中， 每一个所述分系统级健康管理系统中的部件级健康管理模块的数目可以为2个、3个、4个或 4个以上。本领域技术人员理解，多个所述分系统级健康管理系统分别管理所述微纳卫星的 不同分系统的运行状态。多个所述部件级健康管理模块对应所述微纳卫星不同部件的数据 采集和传输。具体地，本领域技术人员可以参考图4及其实施例实现上述目的，在此不予赘 述。
[0043]具体地，通过贝叶斯网络模型对所述微纳卫星健康状态进行管理，首先，建立用于 评估卫星健康状态的贝叶斯网络。其中，整星状态为贝叶斯网络的子节点，其父节点为星上 分系统，分系统的父节点为传感器单元或者设备单元。进一步地，通过收集历史数据对该网 络进行训练，得到该网络的概率分布图；更进一步的，微调贝叶斯网络参数，利用设计好的 理想输入输出参数、最坏输入输出参数对贝叶斯网络的参数进行微调，更为具体地，将结合 图2及其实施例作更为详细的描述，在此不予赘述。
[0044]具体地，本领域技术人员在对所述微纳卫星星务健康状态进行管理时，通过对所 述整星级健康管理系统、所述分系统级健康管理模块以及所述部件级健康管理单元的健康 状态进行量化，采用数值范围在0-1之间的数值表征上述微纳卫星的健康状态。具体地，用 数值0表示完全健康，1表示该系统完全失效，进一步地，当数值在0~1之间表示不同程度的 故障，所述数值越大，表示产生故障的程度越高。从而在所述整星级健康管理系统、分系统 级健康管理模块以及部件级健康管理单元三级健康管理层级中，将下级子系统的故障对上 一级系统的影响情况通过量化的数值表征其影响的概率，数值越大，概率越大，表示影响越 大。进一步地，令每个所述部件级健康管理单元对所述分系统级健康管理模块的影响用概 率表示的阈值区间在0.2~0.8之间;每个所述分系统级健康管理模块对所述整星级健康管 理系统的影响用概率表示的阈值区间在0.3~0.7之间。本领域技术人员理解，当所述部件 级健康管理单元对所述分系统级健康管理模块，所述分系统级健康管理模块对所述整星级 健康管理系统影响越大时，其相应的阈值的设定则越小，反之则越大。当实际影响概率大于 所述阈值时，则采取进一步措施对所述健康管理系统进行管理。
[0045] 进一步地，设定所述整星级健康管理系统的健康状态的计算公式为：
[0046]
[0047]其中，S代表整星级健康管理系统的健康状态指数，b代表部件级健康管理单元的 健康状态指数，p(f)表示部件级健康管理单元对分系统级健康管理模块影响的概率指数，P (C)表示分系统级健康管理模块对所述整星级健康管理系统影响的概率指数，nl表示在第 一个分系统级健康管理模块中部件级健康管理单元的数量，n2表示在第二个分系统级健康 管理模块中部件级健康管理单元的数量，nn表示在第η个分系统级健康管理模块中部件级 健康管理单元的数量，X表示在整星级健康管理系统中分系统级健康管理模块的个数。
[0048]具体地，图2示出了根据本发明的第一实施例的，一种基于叶贝斯网络模型的微纳 卫星星务健康管理系统整星级健康管理系统组成图，在这样的实施例中，所述整星级健康 管理系统包括健康管理执行模块、健康管理专家系统和健康任务执行模块。所述健康管理 执行模块、所述健康管理专家系统和所述健康任务执行模块分别执行不同的功能，相互配 合，实现所述整星健康管理系统的全局决策和统一调度。具体地，所述健康管理执行模块内 嵌于所述微纳卫星星务健康管理系统主机上，作为微纳卫星星务健康管理的控制中心。所 述健康管理执行模块用于卫星各分系统健康数据的采集，并实现对各分系统的控制，本领 域技术人员理解，所述健康管理执行模块在硬件上为高度集成和功能化的计算机，所述健 康管理执行模块与所述分系统健康管理系统通过总线连接并通信，如图2所示，所述分系统 健康管理系统将获取的所述健康数据传输给所述健康管理执行模块，所述健康管理执行模 块将获取的数据进行分析并发出控制指令，通过总线通信传输给所述分系统健康管理系统 执行。进一步地，所述健康管理执行模块同时控制运行所述健康任务执行模块，具体地，在 一个优选地实施例中，所述健康管理执行模块与所述健康任务执行模块被集成在同一个集 成电路系统并连接通信，所述健康管理执行模块将任务执行控制指令传输给所述健康任务 执行模块，所述健康任务执行模块接收所述任务执行指令并执行。进一步地，所述健康管理 执行模块还从所述健康管理专家系统中调用管理知识，对卫星的健康状态进行实时的监测 和综合判断。
[0049]具体地，本领域技术人员理解，所述健康管理专家系统用于存储管理数据，所述数 据可以通过内存、软盘或其他存储装置存储在所述健康管理专家系统中，所述管理数据包 括所述卫星的健康状态数据和对应的处理信息。更为具体地，所述健康管理专家系统内嵌 于所述微纳卫星健康管理系统主机上并与所述健康管理执行模块通过电路连接并通信。所 述健康管理执行模块通过向所述健康管理专家系统发出调用管理知识的请求指令，所述健 康管理专家系统接收所述请求调用所述管理知识的指令并根据指令将所述管理知识反馈 给所述健康管理执行模块，所述健康管理执行模块根据反馈获得的管理知识对所述微纳卫 星的健康状态进行实时的监测和综合判断。在一个优选地变化例中，所述健康管理专家系 统被设计成计算机软件，通过代码形式将微纳卫星健康管理方式和策略保存固化到计算机 逻辑单元，在每次健康管理任务执行时被调用。
[0050] 更进一步的，所述健康管理专家系统基于贝叶斯网络模型构建，具体地，网络中的 每一个节点表示所述健康管理专家系统的中一个模块(分系统、或单元），例如，各个分系统 级健康管理模块中的各个模块，所述部件级健康管理单元中的各个单元，在此不予赘述。进 一步地，采用范围在[0，1]之间的概率值表示每一个节点对应的分系统健康管理模块或部 件级健康管理单元的健康状态，其中，〇表示完全健康，1表示完全失效，（〇，1)之间表示不同 程度的故障，数值越大，则表示故障越严重下级子系统对上级子系统的影响同样用范围在 [0，1]之间的数值表示影响的大小，数值越大表示影响越大。更进一步的，所述网络中各节 点的初始值，经过大范围样本采样并根据专家经验统计获取。从而从所述部件级健康管理 单元到所述分系统级健康管理模块再到整星级健康管理系统，自底向上地建立贝叶斯网络 模型。从而推算出人意部件故障对整个系统地影响并优化健康管理的效果。
[0051] 具体地，所述健康管理执行模块还与所述健康任务执行模块连接，所述健康管理 执行模块进一步根据对所述微纳卫星的健康状态进行实时的监测和综合判断的结果向所 述健康任务执行模块发出控制指令，所述控制指令控制所述健康任务执行模块对所述微纳 卫星的故障的进行处理、恢复正常运行状态，若所述微纳卫星恢复正常运转，所述健康任务 执行模块则向所述健康管理执行模块传输所述健康信息，进一步实现所述星务健康管理主 机功能和任务的添加与完善。具体地，将结合图3及其实施例作更为详细的描述，在此不予 赘述。
[0052]图3示出了根据本发明的第二实施例的，一种基于叶贝斯网络模型的微纳卫星星 务健康管理系统整星级健康管理分布式架构图，在这样的实施例中，所述健康任务执行模 块包括自主安全保护任务模块、相对程控任务模块、状态采集与传输任务模块和在轨重构 任务模块。如图3所，所述健康管理执行模块、所述状态采集与传输任务模块、自主安全保护 任务模块、相对程控任务模块依次连接并通过单向通讯形成一个闭合环路，所述健康管理 执行模块将控制指令依次从所述状态采集与传输任务模块传送至所述自主安全保护任务 模块再传送至所述相对程控任务模块，所述相对程控任务模块再将执行结果反馈给所述健 康管理执行模块。
[0053]具体地，所述自主安全保护任务模块用于以卫星重要参数信息作为输入条件，所 述卫星重要参数信息的输入通过状态采集与传输任务模块给出，再根据调用的专家系统知 识进行推理，从自身的故障处理数据库中调出故障处理方法通过相对程控任务模块进行故 障处理;所述相对程控任务模块用于对有效载荷任务进行自主规划执行的功能模块，根据 有效载荷任务启动标志自动运行有效载荷，除完成有效载荷任务外还可作为其他任务模块 进行故障处理和健康管理的执行手段，可通过星上时刻或某一事件等自动激活执行;所述 状态采集与传输任务模块用于获得卫星健康信息的重要手段，具有可控遥测传输功能，通 过调用专家知识并根据卫星健康状态自行调整下传遥测信息。
[0054]更进一步的，如图3所示，所述健康管理专家系统、所述在轨重构任务模块、所述相 对程控任务模块相互连接，所述在轨重构任务模块通过从所述健康管理专家系统调用管理 规则自主判断执行时机，对硬件重构自行向所述相对程控任务模块发送重构指令，对软件 重构自行激活附加任务模块运行，并通过与星务管理主机软件约定软件操作接口，实现对 星务管理主机功能和任务的添加与完善。进一步地，所述相对程控任务模块与所述健康管 理专家系统连接并通信，所述健康管理执行模块通过向所述健康管理专家系统发出调用管 理知识的请求指令，所述健康管理专家系统接收所述请求调用所述管理知识的指令并根据 指令将所述管理知识直接发送给所述相对程控任务模块执行。
[0055]具体地，本领域技术人员理解，所述自主安全保护任务模块自身的故障处理数据 库，包括故障模式数据库和故障处理方法库，其中，所述故障模式数据库包含卫星各关键系 统的故障模式判据，所述故障模式判据基于故障的表现形式确定产生故障的机理，从而在 所述故障模式数据库中针对性调用处理对应故障问题的判断法则;所述故障处理方法库存 储有上述故障模式下需要执行的指令模块，通过指令模块将对应的故障模式进行处理，进 一步地，所述故障模式数据库与所述故障处理方法库相关联，具体地，本领域技术人员理 解，可以通过地址指针的方式关联所述故障模式数据库与所述故障处理方法库。具体地，所 述自主安全保护任务模块在进行故障诊断时，首先从星上网CAN总线获取所述微纳卫星的 运行状态数据，并从所述故障模式数据库中调用故障判断法则，通过IF THEN逻辑方式，即 如果没有出现故障，则直接跳入下一项故障诊断，否则即通过ELSE逻辑转入故障处理方法 库，进行相应的故障处理。
[0056] 具体地，所述相对程控任务模块由相对时间程控指令构成，通过分组的形式对相 对时间程控指令进行设计，每一组指令对应于一种卫星工作模式，提前写入健康管理模块 的相对程控缓存区。进一步地，相对程控任务中可以编制不同功能的相对时间程控指令组， 通过星上时刻、异常事件、有效载荷任务等自行激活，完成卫星自主校时、自主故障处理、有 效载荷任务的自动执行等各种不同功能，实现对所述微纳卫星运行流程的控制。本领域技 术人员理解，通过所述相对程控任务执行模块根据执行指令，能够自主启动、执行以及结束 所述相对程控任务指令的处理。
[0057] 具体地，所述状态采集与传输任务模块可以自动遥测采集所述微纳卫星运行状态 的各项参数，实现对部件级、分系统级以及整星级健康状态的实时监测。进一步地，所述状 态采集与传输任务模块还将采集到的健康数据传输到自主安全保护任务模块执行相应的 功能。本领域技术人员理解，所述状态采集与传输任务模块可以节省信道资源，简化地面监 控人员对遥测数据的判读。
[0058]具体地，所述在轨重构任务包括关闭危及卫星生存的任务和设备，以及其他不同 功能的附加任务模块。更为具体地，所述在轨重构任务模块被写入任务存储区，在运行所述 在轨重构任务时根据所述微纳卫星运行状态自主关闭或激活运行相应的任务和设备。进一 步地，本领域技术人员理解，所述在轨重构任务还可以辅助地面人工控制执行。
[0059] 进一步地，在图3所示实施例的一个变化例中，所述健康管理执行模块与所述健康 任务执行模块中的所述自主安全保护任务模块、所述相对程控任务模块、所述状态采集与 传输任务模块以及所述在轨重构任务模块分别连接，从而直接与所述自主安全保护任务模 块、所述相对程控任务模块、所述状态采集与传输任务模块以及所述在轨重构任务模块进 行通信并控制。
[0060] 更进一步地，图4示出了根据本发明的第三实施例的，一种基于叶贝斯网络模型的 微纳卫星星务健康管理系统分层架构图。在这样的实施例中，所述分系统级健康管理模块 包括姿控分系统健康管理模块以及电源分系统健康管理模块，所述整星级健康管理系统连 接所述姿控分系统健康管理模块以及所述电源分系统健康管理模块。本领域技术人员理 解，所述姿控分系统健康管理模块用于对所述微纳卫星的运行参数进行管理以调整所述微 纳卫星的运行姿态。具体地，通过调整所述微纳卫星运行轨道、运行速度和运行方位来改变 其运行姿态，并进而实现不同的功能;所述电源分系统健康管理模块用于对所述微纳卫星 的电源健康状态进行管理，具体地，通过管理所述微纳卫星星上搭载的蓄电池的充电电压、 电流、是否漏电等情况进行处理。本领域技术人员理解，在图4所示实施例的其他变化例中， 所述分系统级健康管理模块还包括其他功能的健康管理模块，在此不予赘述。
[0061] 具体地，所述姿控分系统健康管理模块连接多个部件级姿控健康管理单元，所述 部件级姿控健康管理单元包括加速度传感器健康管理单元以及倾斜角传感器健康管理单 元。具体地，所述加速度传感器健康管理单元通过所述加速度传感器获取所述微纳卫星运 行过程中的加速度参数并将所述加速度参数传输给所述姿控健康管理单元并进一步通过 总线传输将相应的数据参数发送给所述整星级健康管理系统中的状态采集与传输任务模 块;所述倾斜角传感器健康管理单元通过所述倾斜角传感器获取所述微纳卫星运行过程中 的倾斜角参数并将所述倾斜角参数传输给所述姿控健康管理单元并进一步通过总线传输 将相应的数据参数发送给所述整星级健康管理系统中的状态采集与传输任务模块并进行 相应的操作。
[0062] 进一步地，所述电源分系统健康管理模块连接多个部件级电源健康管理单元，所 述部件级电源健康管理单元包括蓄电池健康管理单元以及太阳能电池健康管理单元。具体 地，所述蓄电池健康管理单元用于管理所述蓄电池的健康状态，例如充电电压、是否漏电等 情况并将探测的参数进一步通过所述电源分系统级健康管理模块发送给所述整星级健康 管理系统中相应的任务模块进行处理，具体地，可以结合上述图3所示实施例，在此不予赘 述;所述太阳能电池健康管理单元用于管理所述太阳能电池的健康状态，对所述太阳能电 池的电池性能参数进行检测并进一步通过所述电源分系统级健康管理模块发送给所述整 星级健康管理系统中相应的任务模块进行处理，具体地，可以结合上述图3所示实施例，在 此不予赘述。
[0063] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述 特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影 响本发明的实质内容。
【主权项】
1. 一种基于叶贝斯网络模型的微纳卫星星务健康管理系统，其特征在于，包括整星级 健康管理系统、分系统级健康管理模块、部件级健康管理单元，其中， 所述整星级健康管理系统用于完成整星电子系统的健康评估和故障恢复； 所述分系统级健康管理模块用于对各分系统进行监测、诊断和评估，构成相对独立的 分系统级诊断评估模块； 所述部件级健康管理单元用于对部件或者传感器采集到的数据进行处理和传输； 所述整星级健康管理系统连接多个所述分系统级健康管理模块，所述分系统级健康管 理模块连接多个所述部件级健康管理单元； 其中，所述整星级健康管理系统、所述分系统级健康管理模块以及所述部件级健康管 理单元的健康状态在0~1之间； 其中，0表示完全健康，1表示该系统完全失效，0~1之间表示不同程度的故障。2. 根据权利要求1所述的管理系统，其特征在于，每个所述部件级健康管理单元对所述 分系统级健康管理模块的影响用概率表示的阈值区间在〇. 2~0.8之间。3. 根据权利要求1或2所述的管理系统，其特征在于，每个所述分系统级健康管理模块 对所述整星级健康管理系统的影响用概率表示的阈值区间在0.3~0.7之间。4. 根据权利要求3所述的管理系统，其特征在于，所述整星级健康管理系统的健康状态 的计算公式为：其中，S代表整星级健康管理系统的健康状态指数，b代表部件级健康管理单元的健康 状态指数，P(f)表示部件级健康管理单元对分系统级健康管理模块影响的概率指数，P(c) 表示分系统级健康管理模块对所述整星级健康管理系统影响的概率指数，nl表示在第一个 分系统级健康管理模块中部件级健康管理单元的数量，n2表示在第二个分系统级健康管理 模块中部件级健康管理单元的数量，nn表示在第η个分系统级健康管理模块中部件级健康 管理单元的数量，X表示在整星级健康管理系统中分系统级健康管理模块的个数。5. 根据权利要求1至4中任一项所述的管理系统，其特征在于，所述整星级健康管理系 统包括健康管理执行模块、健康管理专家系统和健康任务执行模块，其中， 所述健康管理执行模块用于卫星各分系统健康数据的采集，并实现对各分系统的控 制，同时控制运行所述健康任务执行模块，从所述健康管理专家系统中调用管理知识，对卫 星的健康状态进行实时的监测和综合判断； 所述健康管理专家系统用于存储管理数据； 所述健康任务执行模块用于故障的处理、恢复，健康信息的传输，实现星务管理主机功 能和任务的添加与完善； 所述健康管理执行模块分别连接所述分系统级健康管理模块、所述健康管理专家系统 以及所述健康任务执行模块。6. 根据权利要求5所述的管理系统，其特征在于，所述健康任务执行模块包括自主安全 保护任务模块、相对程控任务模块、状态采集与传输任务模块和在轨重构任务模块，其中， 所述自主安全保护任务模块用于以卫星重要参数信息作为输入条件，根据调用的专家 系统知识进行推理，从自身的故障处理数据库中调出故障处理方法进行故障处理； 所述相对程控任务模块用于对有效载荷任务进行自主规划执行的功能模块，根据有效 载荷任务启动标志自动运行有效载荷，除完成有效载荷任务外还可作为其他任务模块进行 故障处理和健康管理的执行手段，可通过星上时刻或某一事件等自动激活执行； 所述状态采集与传输任务模块用于获得卫星健康信息的重要手段，具有可控遥测传输 功能，通过调用专家知识并根据卫星健康状态自行调整下传遥测信息； 所述在轨重构任务模块用于通过调用管理规则自主判断执行时机，对硬件重构自行发 送重构指令，对软件重构自行激活附加任务模块运行，并通过与星务管理主机软件约定软 件操作接口，实现对星务管理主机功能和任务的添加与完善。 所述健康管理执行模块分别连接所述自主安全保护任务模块、所述相对程控任务模 块、所述状态采集与传输任务模块以及所述在轨重构任务模块。7. 根据权利要求1至6中任一项所述的管理系统，其特征在于，分系统级健康管理模块 主要包括姿控分系统健康管理模块以及电源分系统健康管理模块，所述整星级健康管理系 统连接所述姿控分系统健康管理模块以及所述电源分系统健康管理模块。8. 根据权利要求7所述的管理系统，其特征在于，所述姿控分系统健康管理模块连接多 个部件级姿控健康管理单元，所述部件级姿控健康管理单元包括加速度传感器健康管理单 元以及倾斜角传感器健康管理单元。9. 根据权利要求8所述的管理系统，其特征在于，所述电源分系统健康管理模块连接多 个部件级电源健康管理单元，所述部件级电源健康管理单元包括蓄电池健康管理单元以及 太阳能电池健康管理单元。
【文档编号】G06Q10/06GK106056269SQ201610328941
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月18日
【发明人】王洋
【申请人】王洋