基于SSLLE和自适应阈值的导弹舵面故障检测方法

本申请涉及导弹故障检测领域，尤其是一种基于sslle和自适应阈值的导弹舵面故障检测方法。

背景技术：

1、随着军事斗争的不断升级，导弹成为了现代化战争中负责远程精确打击和战略威慑任务的主要武器之一，尤其是巡航导弹，由于具有机动性能好、命中精度高等优势，在局部战争中发挥的影响力正在不断提升。

2、然而在目前现代导弹自身结构日趋复杂、作战任务难度不断提高的主流趋势下，导弹由于外部各种干扰的作用，其在执行任务时发生故障的可能性也在直线上升。一旦导弹出现故障，不仅会直接影响导弹的飞行动力学特性，导致导弹飞行失稳，使得控制性能大幅下降，还会导致任务执行失败。因此及时有效的针对导弹系统进行状态监控并建立完备的故障诊断体系是确保导弹正常执行作战任务的关键，为保障导弹的可靠性与安全性提供可能。

技术实现思路

1、本申请人针对上述问题及技术需求，提出了一种基于sslle和自适应阈值的导弹舵面故障检测方法，本申请的技术方案如下：

2、一种基于sslle和自适应阈值的导弹舵面故障检测方法，该方法包括在导弹系统飞行过程中的任意第t检测时刻，t为参数且t≥1：

3、提取导弹系统在第t检测时刻对应的时间窗口内的飞行状态数据的数据波动特征得到高维数据集，覆盖时长为t的时间窗口包括第(t-t)检测时刻至第t检测时刻之间的若干个检测时刻；

4、利用sslle算法通过映射矩阵将高维数据集映射到低维空间得到低维数据集，映射矩阵基于导弹系统的正常稳态数据计算得到，正常稳态数据是正常工作的导弹系统的飞行状态数据；

5、基于低维数据集提取得到第(t-t)检测时刻对应的故障检测指标值；

6、基于漂移阈值方法确定第(t-t)检测时刻对应的自适应阈值；

7、当第(t-t)检测时刻对应的故障检测指标值超过对应的自适应阈值时，确定导弹舵面在第t检测时刻存在故障，否则确定导弹舵面在第t检测时刻正常工作。

8、其进一步的技术方案为，提取低维数据集的故障检测指标值的方法包括：

9、计算低维数据集与导弹系统的正常稳态数据的聚类中心的欧式距离，将计算得到的欧式距离作为第(t-t)检测时刻对应的故障检测指标值。

10、其进一步的技术方案为，确定第(t-t)检测时刻对应的自适应阈值：

11、确定第(t-t)检测时刻对应的自适应阈值其中，th0是初始阈值，q是风险系数，nt是大于阈值的峰值的个数，n(t)是截止到第t检测时刻时累计的飞行状态数据的个数；是第t检测时刻对应的帕累托分布的形状参数估计值，σ*(t)是第t检测时刻对应的帕累托分布的尺度参数估计值。

12、其进一步的技术方案为，该方法还包括：

13、确定以及

14、其中，yi是任意第i个大于阈值的峰值，x*(t)是中参数x的解。

15、其进一步的技术方案为，该方法还包括：

16、对导弹系统的正常稳态数据提取数据波动特征得到高维数据集x＝[x1,x2,x3,...,xn]t∈rn×m，n和m均为参数；

17、对高维数据集x进行标准化处理得到

18、计算标准化处理后的高维数据集的协方差矩阵并确定协方差矩阵m的特征值；

19、基于主成分分析法确定使得的d个特征值构成映射矩阵，λk表示协方差矩阵m的任意第k个特征值，λj表示协方差矩阵m的任意第j个特征值，δ为占比阈值，d是本征维数。

20、其进一步的技术方案为，提取得到高维数据集的方法包括：

21、对第t检测时刻对应的时间窗口内的飞行状态数据提取得到表征数据波动特征的若干项统计信息，构建得到高维数据集，统计信息包括标准差、极差、范数和范数变化率。

22、其进一步的技术方案为，提取的导弹系统的飞行状态数据包括导弹系统的角加速度、加速度、姿态角、迎角和侧滑角。

23、其进一步的技术方案为，导弹舵面存在的故障的类型包括舵面卡死故障、舵面松浮故障和舵面缺损故障。

24、本申请的有益技术效果是：

25、本申请公开了一种基于sslle和自适应阈值的导弹舵面故障检测方法，该方法基于故障发生后，导弹系统稳定性被破坏，动力学与运动学发生突变的特点，利用滑动窗口和波动特征对导弹系统飞行状态数据的变化情况进行描述构建高维数据集，然后依据sslle算法将高维数据集映射到低维空间，剔除冗余特征，放大数据间的差异性，采用聚类定义故障检测指标值并基于dspot计算自适应阈值，以此判断导弹的故障状态，能够更加准确的描述导弹系统尤其是导弹舵面发生故障后的情况，从而可以准确实时的检测到导弹舵面故障，有利于故障的预防与解决，减小故障对导弹系统的危害后果。

技术特征：

1.一种基于sslle和自适应阈值的导弹舵面故障检测方法，其特征在于，所述方法包括在导弹系统飞行过程中的任意第t检测时刻，t为参数且t≥1：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，提取所述低维数据集的故障检测指标值的方法包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定第(t-t)检测时刻对应的自适应阈值：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，提取得到高维数据集的方法包括：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，导弹舵面存在的故障的类型包括舵面卡死故障、舵面松浮故障和舵面缺损故障。

技术总结
本申请公开了一种基于SSLLE和自适应阈值的导弹舵面故障检测方法，涉及导弹故障检测领域，该方法基于故障发生后，导弹系统稳定性被破坏，动力学与运动学发生突变的特点，利用滑动窗口和波动特征对导弹系统飞行状态数据的变化情况进行描述构建高维数据集，然后依据SSLLE算法将高维数据集映射到低维空间，剔除冗余特征，放大数据间的差异性，采用聚类定义故障检测指标值并基于DSPOT计算自适应阈值，以此判断导弹的故障状态，能够更加准确的描述导弹系统尤其是导弹舵面发生故障后的情况，从而可以准确实时的检测到导弹舵面故障，有利于故障的预防与解决，减小故障对导弹系统的危害后果。

技术研发人员：程月华,黄金龙,姜斌,李文卓,余自权
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11