一种基于窗口的卫星非周期性遥测模拟量判读方法技术

一种基于窗口的卫星非周期性遥测模拟量判读方法，首先设置窗口宽度，然后创建连续窗口，查找第一个稳态并计算均值，检测后续窗口寻找第一个变化态窗口，然后继续检测后续窗口，找到第二个稳态并计算均值，计算第一个和第二个稳态的均值差作为模拟量的变化量，检索外部激励日志，判断是否有对应本次模拟量变化的外部激励，如果没有，则本次为异常变化。然后把第二个稳态作为新的第一个稳态，重复上述步骤，实现对卫星非周期性遥测模拟量的自动判读。本发明专利技术可以通过软件自动识别出非周期性遥测模拟量的变化(增大或减小)以及变化量，并且能够发现由设备故障引发的异常变化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于窗口的卫星非周期性遥测模拟量判读方法，用于实现卫星遥测模拟量的智能化判读，属于卫星测试领域。
技术介绍
卫星在电性能综合测试过程中，通过测控通道不间断地下传整星的遥测数据。卫星的遥测数据包括数字量和模拟量两大类，其中模拟量又分为静态模拟量、周期性模拟量和非周期性模拟量。测试人员需要对这些数据进行实时的监视和判读以确定卫星是否工作正常。数字量遥测代表星上设备的工作状态，意义明显、直接，且数值通常在有限的几个固定值中变化。静态模拟量的取值范围恒定，超出阈值则表明出现异常。周期性模拟量则具有严格的变化周期和规律。目前，卫星遥测模拟量主要以人工判读为主，对测试人员的知识、经验要求较高，并且判读过程中易产生漏判、误判。同时随着数据分析技术的不断发展，卫星遥测数据判读逐渐向软件自动化、智能化判读转变。随着数据分析技术的不断发展，卫星遥测数据判读逐渐向软件自动化、智能化判读转变。数字量、静态模拟量以及周期性模拟量遥测具有明显的数据特征或变化规律，较容易通过软件实现智能判读。而对于非周期性模拟量，由于变化随机的特点，实现软件智能判读较为困难。以整星负载电流遥测为例，作为表征整星工作状态的一个重要模拟量遥测，它的数值变化有两种原因，一是外部正常激励，包括控制指令、环境变化等，二是设备故障，由于外部激励或设备故障的发生是随机的、无规律的，所以目前还没有利用软件自动识别非周期性模拟量的方法。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于窗口的卫星非周期性遥测模拟量判读方法，可以通过软件自动识别出非周期性遥测模拟量的变化(增大或减小)以及变化量，并且能够发现由设备故障引发的异常变化。本专利技术的技术解决方案：一种基于窗口的卫星非周期性遥测模拟量判读方法，步骤如下：(1)根据地面对卫星遥测模拟量的采样周期设置窗口宽度，所述窗口宽度为n个采样周期，n>＝3；(2)在时间序列数据上创建连续的窗口，根据地面在每个窗口采集的卫星遥测数据寻找第一个稳态，所述第一个稳态是指首次判断得到的数据稳定的窗口，计算第一个稳态的数据均值；(3)继续检测后续窗口，当某个窗口数据不稳定时，即找到一个变化态窗口，根据此窗口与前一窗口的均值差获得数据的变化信息；(4)重复步骤(3)，直至某个窗口数据稳定，该窗口即为第二个稳态，计算第二个稳态的数据均值；(5)计算第一个稳态和第二个稳态的均值差，得到本次模拟量的变化以及变化量；(6)检索外部激励日志，若无对应本次模拟量变化的外部激励，则本次为异常变化，若有对应本次模拟量变化的外部激励，则本次为正常变化；(7)把第二个稳态作为新的第一个稳态，重复步骤(3)至(6)，实现对卫星非周期性遥测模拟量的自动判读。利用相邻窗口均值差法判断窗口数据是否稳定，具体实现方式如下：令Lim为预先设定的稳态偏差阈值，当Lim为绝对值时，按照下面方法判断：若|Ew2-Ew1|<Lim，则第二个窗口数据稳定，否则第二个窗口数据不稳定；其中Ew1为第一个窗口的数据均值，Ew2为第二个窗口的数据均值，第一个窗口和第二个窗口为相邻窗口；当Lim为百分比时，按照下面方法判断：若|Ew2-Ew1|/Ew1*100％<Lim，则第二个窗口数据稳定，否则第二个窗口数据不稳定。利用逆序检验法判断窗口数据是否稳定，具体实现方式如下：，(3.1)将当前窗口内的数据序列分成M段，然后求出每段数据的均值，记为y1，y2，…，yM；(3.2)计算yi的逆序数Ai，所述Ai等于yi+1到yM中值大于yi的数据个数；(3.3)计算逆序总数A，所述逆序总数A为A1，A2，…，AM-1之和；(3.4)计算A的期望、方差和统计量，所述A的期望为E(A)＝M(M-1)/4，方差为D(A)＝M(2M2+3M-5)/72，统计量Z＝[A+0.5-E(A)]/(D(A))1/2，Z服从于N(0,1)分布；(3.5)在显著性水平α＝0.05情况下，若|Z|<1.96，则认为该序列为平稳序列，即当前窗口数据稳定。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术能够识别出模拟量数据的变化(增加或减少)，并能够给出从第一个稳态到第二个稳态的变化量，能够剔除正常的模拟量数据变化，识别异常的变化，便于提示和报警，实现了非周期性遥测模拟量的智能化判读，能够替代人工判读，避免漏判。(2)本专利技术对于窗口宽度较小的情况采用相邻窗口均值差法判断窗口数据的稳定性，该方法适用于变化较快的卫星遥测模拟量数据，比如卫星速变遥测中采样周期为1秒的负载电流、姿控电流等，该类数据完成一次状态变化只需几个或十几个采样周期，通过设置窗口宽度为较小的值，使用相邻窗口均值差法可以快速、准确的识别出稳态和变化态，及时作出提示或报警。(3)本专利技术对于窗口宽度较大的情况采用逆序检验法判断窗口数据的稳定性。该方法适用于变化缓慢的卫星遥测模拟量数据，比如卫星缓变数据中的温度遥测，采样周期一般为16秒或更多，30分钟内(采样112次)可能只产生小于2度的变化。这种情况即可以设置大宽度窗口(n＝100，M＝10)。通过大宽度窗口以及逆序检验法可以准确的识别出变化缓慢的遥测数据的变化趋势，可以替代现有的人工判读的方式。附图说明图1为本专利技术的方法流程图；图2为本专利技术实施例中卫星负载电流的数据分析示意图；具体实施方式本专利技术提供了一种基于窗口的卫星模拟量判读方法，通过建立时间序列数据窗口对非周期性模拟量进行分析，识别出模拟量的变化(增大或减小)以及变化量，并且能够发现由设备故障引发的异常变化。如图1所示，具体步骤如下：(1)设置窗口宽度和稳态偏差阈值。根据地面对卫星遥测模拟量的采样周期设置窗口宽度，所述窗口宽度为n个采样周期，n>＝3。当模拟量变化速度较快时，窗口宽度应取一个较小的值，这样判读反应会较快。例如对于整星负载电流，其采样周期为1s，可以设置窗口宽度为5s，当电流出现变化后延迟5次采样间隔即可以完成识别和判读。当模拟量变化速度较缓慢时，窗口宽度应取一个较大的值，这样判读才会更准确。稳态偏差阈值即稳态时相邻两个窗口可允许的均值偏差，可以是一个百分比，也可以是一个绝对值，当相邻窗口的均值差在该阈值范围内时，判定窗口内数据处于稳态。(2)在时间序列数据上创建连续窗口，查找第一个稳态，记录第一个稳态的均值。判断窗口内数据是否稳定(处于稳态)有两种方法，即相邻窗口均值差法和逆序检验法。相邻窗口均值差法适用于窗口宽度较小的情况。稳态偏差阈值为绝对值时的公式如下：若|Ew2-Ew1|<Lim，则第二个窗口数据稳定，否则第二个窗口数据不稳定；其中Ew1为第一个窗口的数据均值，Ew2为第二个窗口的数据均值，第一个窗口和第二个窗口为相邻窗口，Lim为预先设定的稳态偏差阈值绝对值。有时稳态偏差阈值以百分比形式给出，稳态偏差阈值为百分比时的公式如下：|Ew2-Ew1|/Ew1*100％<Lim，则第二个窗口数据稳定，否则第二个窗口数据不稳定。逆序检验法适用于窗口宽度较大的情况。首先将窗口内数据序列分成M段，然后求出每段数据的均值，记为y1，y2，…，yM。yi的逆序数Ai等于yi+1到yM中数值大于yi的个数，即Ai等于yj的个数，yj满足yj>yi(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于窗口的卫星非周期性遥测模拟量判读方法，其特征在于步骤如下：(1)根据地面对卫星遥测模拟量的采样周期设置窗口宽度，所述窗口宽度为n个采样周期，n>＝3；(2)在时间序列数据上创建连续的窗口，根据地面在每个窗口采集的卫星遥测数据寻找第一个稳态，所述第一个稳态是指首次判断得到的数据稳定的窗口，计算第一个稳态的数据均值；(3)继续检测后续窗口，当某个窗口数据不稳定时，即找到一个变化态窗口，根据此窗口与前一窗口的均值差获得数据的变化信息；(4)重复步骤(3)，直至某个窗口数据稳定，该窗口即为第二个稳态，计算第二个稳态的数据均值；(5)计算第一个稳态和第二个稳态的均值差，得到本次模拟量的变化以及变化量；(6)检索外部激励日志，若无对应本次模拟量变化的外部激励，则本次为异常变化，若有对应本次模拟量变化的外部激励，则本次为正常变化；(7)把第二个稳态作为新的第一个稳态，重复步骤(3)至(6)，实现对卫星非周期性遥测模拟量的自动判读。

【技术特征摘要】
1.一种基于窗口的卫星非周期性遥测模拟量判读方法，其特征在于步骤如下：(1)根据地面对卫星遥测模拟量的采样周期设置窗口宽度，所述窗口宽度为n个采样周期，n>＝3；(2)在时间序列数据上创建连续的窗口，根据地面在每个窗口采集的卫星遥测数据寻找第一个稳态，所述第一个稳态是指首次判断得到的数据稳定的窗口，计算第一个稳态的数据均值；(3)继续检测后续窗口，当某个窗口数据不稳定时，即找到一个变化态窗口，根据此窗口与前一窗口的均值差获得数据的变化信息；(4)重复步骤(3)，直至某个窗口数据稳定，该窗口即为第二个稳态，计算第二个稳态的数据均值；(5)计算第一个稳态和第二个稳态的均值差，得到本次模拟量的变化以及变化量；(6)检索外部激励日志，若无对应本次模拟量变化的外部激励，则本次为异常变化，若有对应本次模拟量变化的外部激励，则本次为正常变化；(7)把第二个稳态作为新的第一个稳态，重复步骤(3)至(6)，实现对卫星非周期性遥测模拟量的自动判读。2.根据权利要求1所述的一种基于窗口的卫星非周期性遥测模拟量判读方法，其特征在于：利用相邻窗口均值差法判断窗口数据是否稳定，具体实现方式如下：令Lim为预先设定的稳态偏差阈值，当Lim为绝对值时，按照下...

【专利技术属性】
技术研发人员：王崇羽，刘锋，韩冬，苏振华，
申请(专利权)人：航天东方红卫星有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11