一种空间飞行器的自适应重构方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种空间飞行器的自适应重构方法及系统，该方法包括：S1：数据采集步骤；S2：数学符号形式化步骤；S3：形式化数学符号检测步骤；S4：自重构系统反馈步骤；S5：自重构系统优化步骤。该系统包括：数据采集模块；数学符号形式化模块，相当于数学符号表示模块；形式化数学符号检测模块，相当于模型检测模块；自重构系统反馈模块；自重构系统优化模块。本发明专利技术的方法和系统体现了程序、硬件、环境和规范四个方面相互作用相互影响，真实模拟了实际环境过程，能够做到发现问题并自适应重构，确保软硬件协同设计的可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种空间飞行器的自适应重构方法及系统。
技术介绍
随着空间飞行器的迅速发展，空间飞行器技术也正发挥着越来越广泛的作用。与此同时，飞行器的安全可靠性也成为空间飞行器的重要技术指标之一。2016年十三五发展趋势研究报告中，全国两会上将深空探测及空间飞行器在轨服务与维护系统作为“科技创新2030——重大项目”六大重大科技项目之一，并特别对中国临近空间飞行器行业应用进行科学系统地分析。空间飞行器的自适应系统是其运行时的核心之一，对空间飞行器的安全和稳定性起到绝对作用。如何提高飞行器的容错机制和快速应对不同场景的自适应重构技术始终是智能化飞行器领域的研究热点和重点。目前流行的重构飞行控制技术已经取得了很大的进展，在学术界和工业界，能够利用智能控制技术，在飞行器发生局部问题时，自动化智能的重构损伤部位，克服故障。本专利技术侧重于通过形式化的方法实现软件的自适应和重构。目前在飞行自适应重构领域的方法主要包括两类:一是通过故障检测提供故障信息从而完成控制规律重构，主要是伪逆法，定量反馈重构控制，滑膜控制等方法；二是不依赖故障检测机构，在飞行器运行时进行系统的实时监测辨识，动态设计控制，主要方法有直接自适应控制法，模型参考自控制方法，自适应定量反馈离乱控制方法等。这些方法各自有各自的优缺点，一般采用的是从现有发现的问题角度来进行自适应，比如机器学习，定量反馈等原理自重构，因而具有较高的效率和广泛应用。然而，随着飞行器越来越复杂，功能模块越来越多，传统方法有时不能全面高效的发现潜在和难以预料的问题，这些都是在自适应重构效率和可信度上遇到的重大挑战。飞行器的自重构过程，可以看作是一个系统不断进行自我检查，不断发现自己的错误，并且能够快速地自我进行修复，自我重构系统，从而解决系统遇到的突发故障的过程。传统的机器学习、错误标记、定量反馈等方法的确可以高效地应对很多错误。然后，传统方法大多缺少严密的数理逻辑上的可靠关系，这给研究和开发者带来严重的困难，即无法确认开发的软硬件是否是可靠的。
技术实现思路
针对目前飞行器自适应机制方法和技术的一些缺陷，本专利技术提出了一种自适应重构方法。一种空间飞行器的自适应重构方法，包括如下步骤：S1：数据采集步骤，其用于采集飞行器系统的软件数据、硬件数据和环境数据；S2：数学符号形式化步骤，其将采集到的软件数据、硬件数据转换成数学符号表示，将环境数据优化并转换成形式化数学符号表示；S3：形式化数学符号检测步骤，其根据规范化约束条件和形式化定理，对S2中转换成形式化数学符号的数据采用规范化约束条件和形式化定理进行检测，检测是否存在自重构操作序列，形成结果信息；S4：自重构系统反馈步骤，其基于S3所述的结果信息进行自重构形成重构信息，然后将所述重构信息反馈给S3用于调整所述规范化约束条件和形式化定理，同时将所述重构信息发送到自重构系统优化步骤。S5：自重构系统优化步骤，基于S3所述的结果信息和S4所述的重构信息形成优化信息，将所述优化信息反馈给S3的规范化约束条件和形式化定理，对规范化约束条件和形式化定理进行优化，从而继续下一循环的检测。优选地，所采集的软件数据、硬件数据和环境数据为不同格式的数据，通过S1数据采集步骤转换成规范化的建模语言格式。优选地，S2数学符号形式化步骤对飞行器的软件数据、硬件数据和飞行器的环境数据分别进行符号化，再形成统一的形式化数学符号表示。优选地，S3形式化数学符号检测步骤中，基于本领域常见的规范化约束条件和形式化定理或者用户自定义的规范化约束条件和形式化定理对形式化数学符号进行检测，检测是否存在自重构操作序列，形成结果信息。优选地，用户自定义的规范化约束条件和形式化定理包括本领域的定理和/或断言。优选地，S4自重构系统反馈步骤在自适应策略存在性判定原理牵引下进行自重构的操作性序列求解、自重构操作结果的比较以及服务降级条件下的自适应策略判定。优选地，S5自重构系统优化步骤用于基于所述重构信息进行优化，在对软件优化的方面，通过直接设定纠错机制进行优化，在对硬件优化的方面，通过硬件冗余机制进行优化。一种空间飞行器的自适应重构系统，其用于执行上述自适应重构方法，该系统包括：数据采集模块，其用于采集飞行器系统的软件数据、硬件数据和环境数据；数学符号形式化模块，相当于数学符号表示模块，其将采集到的软件数据、硬件数据转换成数学符号表示，将环境数据优化并转换成形式化数学符号表示；形式化数学符号检测模块，相当于模型检测模块，其根据规范化约束条件和形式化定理，对数学符号形式化模块中转换成形式化数学符号的数据采用规范化约束条件和形式化定理进行检测，检测是否存在自重构操作序列，形成结果信息；自重构系统反馈模块，其基于所述的结果信息进行自重构形成重构信息，然后将所述重构信息反馈给形式化数学符号检测模块用于调整所述规范化约束条件和形式化定理，同时将所述重构信息发送到自重构系统优化模块；自重构系统优化模块，基于所述的结果信息和所述的重构信息形成优化信息，将所述优化信息反馈给所述的规范化约束条件和形式化定理，对规范化约束条件和形式化定理进行优化，从而继续下一循环的检测。优选地，所采集的软件数据、硬件数据和环境数据为不同格式的数据，通过数据采集模块转换成规范化的建模语言格式。优选地，数学符号形式化模块，相当于数学符号表示模块，对飞行器的软件数据、硬件数据和飞行器的环境数据分别进行符号化，再形成统一的形式化数学符号表示。优选地，形式化数学符号检测模块，相当于模型检测模块，基于本领域常见的规范化约束条件和形式化定理或者用户自定义的规范化约束条件和形式化定理对形式化数学符号进行检测，检测是否存在自重构操作序列，形成结果信息。优选地，用户自定义的规范化约束条件和形式化定理包括本领域的定理和/或断言。优选地，自重构系统反馈模块在自适应策略存在性判定原理牵引下进行自重构的操作性序列求解、自重构操作结果的比较以及服务降级条件下的自适应策略判定。优选地，自重构系统优化模块用于基于所述重构信息进行优化，在对软件优化的方面，通过直接设定纠错机制进行优化，在对硬件优化的方面，通过硬件冗余机制进行优化。本专利技术根据空间飞行器的特征提取出形式化的数学模型，该模型描述了空间飞行器在不同环境下的软硬件协同表现行为，同时还描述了系统在应对非正常情形的自适应和自重构约束特征。总体而言，本专利技术的方法体现了程序、硬件、环境和规范四个方面相互作用相互影响，重点在软件自重构的操作序列上，极其真实模拟了实际环境过程，能够做到发现问题并自适应重构，确保软硬件协同设计的可靠性。附图说明图1是本专利技术的空间飞行器的自适应重构方法流程图；图2是本专利技术的空间飞行器的自适应重构系统结构图。具体实施方式以下结合附图和实施例对本专利技术作以详细的描述：如图1所示，空间飞行器的自适应重构方法包括：S1：数据采集步骤，其用于采集飞行器系统的软件数据、硬件数据和环境数据；S2：数学符号形式化步骤，其将采集到的软件数据、硬件数据转换成数学符号表示，将环境数据优化并转换成形式化数学符号表示；S3：形式化数学符号检测步骤，其根据规范化约束条件和形式化定理，对S2中转换成形式化数学符号的数据采用规范化约束条件和形式化定理进行检测，检测是否存在自重构操作序列，形成结果本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空间飞行器的自适应重构方法，包括如下步骤：S1：数据采集步骤，其用于采集飞行器系统的软件数据、硬件数据和环境数据；S2：数学符号形式化步骤，其将采集到的软件数据、硬件数据转换成数学符号表示，将环境数据优化并转换成形式化数学符号表示；S3：形式化数学符号检测步骤，其根据规范化约束条件和形式化定理，对S2中转换成形式化数学符号的数据采用进行检测，检测是否存在自重构操作序列，形成结果信息；S4：自重构系统反馈步骤，其基于S3所述的结果信息进行自重构形成重构信息，然后将所述重构信息反馈给S3用于调整所述规范化约束条件和形式化定理，同时将所述重构信息发送到自重构系统优化步骤；S5：自重构系统优化步骤，基于S3所述的结果信息和S4所述的重构信息形成优化信息，将所述优化信息反馈给S3的规范化约束条件和形式化定理，对规范化约束条件和形式化定理进行优化，从而继续下一循环的检测。

【技术特征摘要】
1.一种空间飞行器的自适应重构方法，包括如下步骤：S1：数据采集步骤，其用于采集飞行器系统的软件数据、硬件数据和环境数据；S2：数学符号形式化步骤，其将采集到的软件数据、硬件数据转换成数学符号表示，将环境数据优化并转换成形式化数学符号表示；S3：形式化数学符号检测步骤，其根据规范化约束条件和形式化定理，对S2中转换成形式化数学符号的数据采用进行检测，检测是否存在自重构操作序列，形成结果信息；S4：自重构系统反馈步骤，其基于S3所述的结果信息进行自重构形成重构信息，然后将所述重构信息反馈给S3用于调整所述规范化约束条件和形式化定理，同时将所述重构信息发送到自重构系统优化步骤；S5：自重构系统优化步骤，基于S3所述的结果信息和S4所述的重构信息形成优化信息，将所述优化信息反馈给S3的规范化约束条件和形式化定理，对规范化约束条件和形式化定理进行优化，从而继续下一循环的检测。2.如权利要求1所述的空间飞行器的自适应重构方法，其特征在于，所采集的软件数据、硬件数据和环境数据为不同格式的数据，通过S1数据采集步骤转换成规范化的建模语言格式。3.如权利要求1所述的空间飞行器的自适应重构方法，其特征在于，S2数学符号形式化步骤对飞行器的软件数据、硬件数据和飞行器的环境数据分别进行符号化，再形成统一的形式化数学符号表示。4.如权利要求1所述的空间飞行器的自适应重构方法，其特征在于，S3形式化数学符号检测步骤中，基于本领域常见的规范化约束条件和形式化定理或者用户自定义的规范化约束条件和形式化定理对形式化数学符号进行检测，检测是否存在自重构操作序列，形成结果信息。5.如权利要求4所述的空间...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄滟鸿，李炬，史建琦，李昂，何积丰，方徽星，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：上海;31