一种基于多参数关联的在轨卫星异常状态监测方法及系统技术方案

本发明专利技术属于卫星状态检测领域，公开了一种基于多参数关联的在轨卫星异常状态监测方法及系统以解决无法检测多个遥测参数耦合的故障。该方法包括以下步骤：收集卫星遥测参数历史数据并获取对应散点图；根据卫星在正常状态下的遥测参数历史数据对应的散点图，基于最大互信息系数得到遥测参数取值空间上的关联关系模型；根据卫星在正常状态下和异常状态下的遥测参数历史数据对应的散点图结合关联关系模型计算互信息系数并确定互信息系数的分布；接收在轨卫星的遥测参数数据，根据关联关系模型计算遥测参数之间的互信息系数；根据遥测参数之间的互信息系数与互信息系数的分布计算马氏距离，根据马氏距离判断多参数关联状态是否存在异常。

A method and system for monitoring abnormal state of orbit satellites based on multi parameter correlation

The invention belongs to the field of satellite status detection, and discloses a method and system for monitoring the abnormal state of orbit satellites based on multi parameter correlation, so as to solve the failure that multiple telemetry parameters can not be detected. The method comprises the following steps: collecting historical data and satellite telemetry parameters to obtain the corresponding scatter diagram; according to the historical data of satellite telemetry parameter scatter in the normal state of the corresponding graph, the maximum mutual information coefficient of correlation value model of space telemetry parameters is obtained based on the scatter; according to the historical data of satellite telemetry parameters in the normal state and the abnormality of the corresponding graph with relation model calculation of mutual information coefficient and determine the distribution of mutual information coefficient; telemetry data receiving satellite in orbit, the mutual information coefficient between telemetry parameters calculated according to the relation model; calculating the Mahalanobis distance according to the distribution of mutual information coefficient between telemetry parameters and mutual information coefficient. Based on the Mahalanobis distance to determine whether the abnormal state of multi parameter correlation.

【技术实现步骤摘要】
一种基于多参数关联的在轨卫星异常状态监测方法及系统
本专利技术涉及卫星检测领域，尤其涉及一种基于多参数关联的在轨卫星异常状态监测方法及系统。
技术介绍
目前基于实测数据的卫星在轨异常状态检测，工程上主要采用单参数阈值检测和多参数组合阈值检测方法，此外一些研究通过提取单个遥测参数的信号特征或多个遥测参数的主成分、并基于所提取的特征量进行异常检测。利用方法难以检测多个遥测参数的耦合所导致的异常或故障。卫星在轨运行过程中需要监测多种遥测参数，利用这些参数的实测数据检测卫星在轨异常状态，预警可能的在轨异常或故障。作为多参数复杂控制系统，卫星在轨运行过程中多个遥测参数之间的关联关系，可能由于运行模式、状态异常、部件故障等因素的影响而发生变化。比如，电流在规定范围内稳定变化时，电池温度与电流的平方成正比；当发生短路故障时，该平方正比关系会遭到破坏。因此，通过检测遥测参数间关联关系的变化，可以对包括卫星在内的多参数复杂系统的多参数关联异常进行检测和早期预警。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种基于多参数关联的在轨卫星异常状态监测方法，以解决无法检测多个遥测参数耦合导致的异常或故障。为实现上述目的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多参数关联的在轨卫星异常状态监测方法，其特征在于，包括以下步骤：收集卫星遥测参数历史数据并获取对应散点图；根据卫星在正常状态下的遥测参数历史数据对应的散点图，基于最大互信息系数得到遥测参数取值空间上的关联关系模型；根据卫星在正常状态下和异常状态下的遥测参数历史数据对应的散点图结合关联关系模型计算出卫星在正常状态下和异常状态下的互信息系数并确定互信息系数的分布；接收在轨卫星的遥测参数数据，根据关联关系模型计算遥测参数之间的互信息系数；根据遥测参数之间的互信息系数与卫星在正常状态下以及异常状态下的互信息系数的分布计算马氏距离，根据马氏距离判断多参数关联状态是否异常。

【技术特征摘要】
1.一种基于多参数关联的在轨卫星异常状态监测方法，其特征在于，包括以下步骤：收集卫星遥测参数历史数据并获取对应散点图；根据卫星在正常状态下的遥测参数历史数据对应的散点图，基于最大互信息系数得到遥测参数取值空间上的关联关系模型；根据卫星在正常状态下和异常状态下的遥测参数历史数据对应的散点图结合关联关系模型计算出卫星在正常状态下和异常状态下的互信息系数并确定互信息系数的分布；接收在轨卫星的遥测参数数据，根据关联关系模型计算遥测参数之间的互信息系数；根据遥测参数之间的互信息系数与卫星在正常状态下以及异常状态下的互信息系数的分布计算马氏距离，根据马氏距离判断多参数关联状态是否异常。2.根据权利要求1所述的一种基于多参数关联的在轨卫星异常状态监测方法，其特征在于，所述遥测参数之间的关联关系模型确定方式包括以下步骤：计算卫星S1遥测参数数据之间的第一最大互信息系数以及卫星S2遥测参数数据之间的第二最大互信息系数，确定第一最大互信息系数所对应的第一网格划分方案以及第二最大互信息系数对应的第二网格划分方案；将卫星S2遥测参数数据放入第一网格划分方案得到第二互信息系数；若卫星S2的第二互信息系数与第二最大互信息系数的差值大于额定误差则合并第一网格划分方案和第二网格划分方案作为新的第一网格划分方案；遍历所有卫星Sq重复上述第一网格划分方案的构建过程并以最终的第一网格划分方案作为遥测参数之间的关联关系模型。3.根据权利要求1所述的一种基于多参数关联的在轨卫星异常状态监测方法，其特征在于，所述遥测参数互信息系数的分布为多元正态分布，分布的均值向量和协方差矩阵的元素如下所示：其中，Q为卫星个数，为第q颗卫星正常状态下Xi和Xj的互信息系数，为第q颗卫星异常状态下Xi和Xj的互信息系数。4.根据权利要求2所述的一种基于多参数关联的在轨卫星异常状态监测方法，其特征在于，所述遥测参数互信息系数的确定方式包括步骤：设置时间窗口[t，t+L]，获取[t，t+L]时间窗口内遥测参数的数据，数据量为n，记其中nh,l为网格划分方案第h行第l列网格中数据个数，nh,·＝Σlhh,l，n·,l＝∑hhh,l，则基于时间窗口[t,t+L]内遥测参数计算Xi和Xj的互信息系数为其中关联关系模型即网格划分方案的第h行第l列网格记为网格(h,l)；将时间窗口移动至[t+1,t+1+L]，设时刻t的数据点落入网格(h1,l1)中，时刻t+1+L的数据落入网格(h2,l2)中，基于时间窗口[t+1,t+1+L]内遥测参数计算Xi和Xj的互信息系数，更新各网格内数据点个数的规则如下：若h1＝h2且l1＝l2，则Xi和Xj的互信息系数为：ICt+1＝ICt，保持各网格内数据点数量不变；若h1≠h2或l1≠l2，则Xi和Xj的互信息系数为：其中，nh,·＝∑lhh,l，n·,l＝∑hhh,l更新各网格内数据点数量：网格(h1,l1)内数据点数量为网格(h2,l2)内数据点数量为除(h1,l1)、(h2,l2)外其余网格内数据点数量不变。5.根据权利要求3所述的一种基于多参数关联的在轨卫星异常状态监测方法，其特征在于，所述异常状态的检测步骤包括：设置时间窗口[t，t+L]，计算任意一组遥测参数Xi和Xj的实测数据的互信息系数x；根据互信息系数x以及遥测参数互信息系数的分布计算马氏距离：若d1(x)<d2(x)，则状态正常，置t＝t+1，继续进行实时检测；若d1(x)≥d2(x)，则状态异常，报警并置t＝t+L后继续进行实时检测。6.一种基于多参数关联的在轨卫星异常状态监测系统，其特征在于，包括：第一模块：用于收集卫星...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙鹏，金光，陆峥，杨天社，罗鹏程，傅娜，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43