一种基于随机森林的卫星姿态控制系统故障诊断与预警方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于随机森林的卫星姿态控制系统故障诊断与预警方法，属于卫星姿态控制系统故障预警技术领域，包括如下步骤：原始数据集的建立；特征数据集的建立；随机森林故障诊断模型的建立；系统故障标签的获取。基于机理模型的故障诊断方法较难进行故障分离，此外卫星系统处于太空环境中，常面临多种摄动力的作用，扰动信号难以精确估计。为解决这一问题，本发明专利技术方法将机理模型的残差信号输入数据驱动的诊断与预警模型中，实现对卫星姿态控制系统潜在故障的诊断与预警，可对卫星姿态控制系统早期故障给出及时预警且计算复杂度低、诊断准确率高、漏报率和误报率低，为卫星姿态控制系统的故障快速诊断和故障早期预警提供了有效的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种基于随机森林的卫星姿态控制系统故障诊断与预警方法
本专利技术属于卫星姿态控制系统的异常工况预警与早期故障诊断领域，更具体地，涉及一种基于随机森林的卫星姿态控制系统故障诊断方法。
技术介绍
卫星系统是一类大型复杂系统，运行环境特殊、不确定因素多。卫星在轨运行时始终承受着空间环境中各种摄动力的作用，这使得卫星上使用的设备和元器件故障指数较地面实验环境下成倍增长，在轨运行故障难以避免。卫星姿态控制系统是保障卫星正常执行飞行任务的重要子系统之一,其在轨发生故障的概率与故障危害相对较高。对卫星姿态控制系统运行状态进行有效的监测并对其潜在故障进行及时预警可以提高卫星系统在轨运行的可靠性和安全性。目前卫星姿态控制系统的故障诊断主要依赖机理模型、采用基于残差分析的方法进行。基于机理模型的故障诊断方法在模型准确和外部扰动已知的前提下可以获得精确的诊断结果，但是其较难进行故障分离。卫星系统处于太空环境中，工作环境复杂，扰动信号的种类和形式难以精确估计，这使得仅依靠机理模型的方法难以获得满意的诊断结果。而单独采用基于数据驱动的故障诊断方法难以大幅度提高卫本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于随机森林的卫星姿态控制系统故障诊断与预警方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1：原始数据集的建立；/n采集卫星姿态敏感器正常状态下和故障状态下的测量输出以及姿态控制指令信号，与卫星运动学和动力学模型输出信号融合计算获得残差数据集，然后结合故障先验知识构建原始数据集；/n步骤2：特征数据集的建立；/n根据专家知识及卫星姿态控制系统的特点，对原始数据集中的数据提取时域特征，构建特征数据集；/n步骤3：随机森林故障诊断模型的建立；/n对特征数据集中训练集的数据进行重复抽样并构建分类回归树、建立随机森林故障诊断模型；/n步骤4：系统故障标签的获取；/n提取传感器实时数据的时域特征，输入...

【技术特征摘要】
1.一种基于随机森林的卫星姿态控制系统故障诊断与预警方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：原始数据集的建立；
采集卫星姿态敏感器正常状态下和故障状态下的测量输出以及姿态控制指令信号，与卫星运动学和动力学模型输出信号融合计算获得残差数据集，然后结合故障先验知识构建原始数据集；
步骤2：特征数据集的建立；
根据专家知识及卫星姿态控制系统的特点，对原始数据集中的数据提取时域特征，构建特征数据集；
步骤3：随机森林故障诊断模型的建立；
对特征数据集中训练集的数据进行重复抽样并构建分类回归树、建立随机森林故障诊断模型；
步骤4：系统故障标签的获取；
提取传感器实时数据的时域特征，输入步骤3所构建的随机森林故障诊断模型，得到故障标签，以实现对卫星姿态控制系统潜在故障的快速诊断。


2.根据权利要求1所述的一种基于随机森林的卫星姿态控制系统故障诊断与预警方法，其特征在于，在步骤1中，具体包括如下步骤：
步骤1.1：选取卫星姿态控制系统中红外地球敏感器、太阳敏感器、星敏感器和陀螺仪的测量输出以及姿态控制指令信号作为关键变量；
步骤1.2：利用3西格玛法则剔除数据中的异常点，完成数据清洗；
步骤1.3：利用卫星运动学和动力学模型获得模型信号；
步骤1.4：计算步骤1.2与步骤1.3两类数据的残差，获得残差数据集；
步骤1.5：结合故障先验知识对残...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟麦英，黄瑾，贺凯迅，陈绍志，刘洋，王友清，周东华，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37