一种多层次模型融合的机载健康管理域设计方法技术

本发明专利技术公开了一种多层次模型融合的机载健康管理域设计方法，其包括：基于构建的飞机综合状态监测与诊断系统，形成状态监测数据包；构建机载健康管理域的状态转换图；划分飞机综合状态监测与诊断系统中的接口消息；对机载健康管理域进行模型层级划分；建立机载健康管理域的健康评估与诊断模型；划分机载健康管理域的数据库表，得到多个数据表；建立数据表之间的关联关系。本发明专利技术与机载系统层次划分一致，具备良好的可扩展性，便于设计变更和更新本地化，减少技术更新或退化对子系统的影响；提高了模型软件的代码质量和稳定性。提高了模型软件的代码质量和稳定性。提高了模型软件的代码质量和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种多层次模型融合的机载健康管理域设计方法


[0001]本专利技术涉及管理域设计
，特别是一种多层次模型融合的机载健康管理域设计方法。

技术介绍

[0002]随着电子信息技术的飞速发展，能够遂行多种作战任务、集成各类射频传感器功能的超大规模复杂机载系统已经出现。该类系统普遍采用高度综合化、模块化和通用化的开放式系统架构，具备技术新研、规模庞大、信号交联复杂、电路模块集成度高等特点，如何实现系统的高安全、高可靠与易维护成为新的挑战。机载系统硬件电路模块化、通用化设计以及软件动态可部署的特性使得故障重构成为提高系统故障容错能力与任务可靠性的关键技术手段，而故障重构要求系统具备实时故障检测与精确故障定位能力。但是，机载系统复杂性、层次性、相关性和不确定性的故障特征使得传统的机内测试（Built
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Test，简称BIT）手段难以满足系统故障重构以及二级维修对故障检测、隔离提出的高要求。
[0003]机载系统数字和射频模块目前主要普遍采用ASAAC标准封装形式，电路集成度相对国内第一代航空综合化电子模块整体提升了4倍以上，体现在变频模块收发通道数量由最初的单收单发提高到现在的4收2发，信号处理模块内部集成电路芯片数量提升了一倍，芯片能力由单核变8核，模块每秒可处理的指令数提升了16倍。模块高度集成化带来电路布局、结构散热设计困难与硬件测试电路设计空间不足，传统针对底层硬件电路的BIT方法故障覆盖范围受限，需要采用新的技术方法来提升机载系统的测试诊断能力。
[0004]机载健康管理域利用先进的传感器和各种智能推理算法（如物理模型、神经网络、数据融合、模糊逻辑等）来监测机载系统自身的健康状态，完成故障的检测、隔离、预测和综合评估，以解决现代飞机不断提升的测试诊断能力要求与嵌入式测试电路体积、重量和可靠性的限制之间的矛盾。国外先进战机、民航客机与直升机均采用了机载健康管理域的设计方法，并在基础上开发了军机健康管理系统、民机中央维护系统以及直升机健康使用监控系统，提高了飞机的可靠性和安全性，降低了维护成本，取得了良好的经济效益。
[0005]目前，机载健康管理域的设计在应用到采用高度综合化架构的复杂机载系统上时，存在以下问题：1）机载系统高度综合化的设计增加了机载系统内部数字、射频信号交联的复杂性，数字总线种类由原来单一1553B总线扩展到RapidIO、CAN总线、百/千/万兆以太网等，射频信号种类和频段范围扩展了1倍以上，系统模式切换与功能重构导致数字、射频信号路由切换复杂，增加了故障传播的不确定性，叠加了电子产品故障随机性与间歇性的特点，使得系统健康评估与诊断难度加大，单个模型难以满足应用需求，需要在系统不同层次采用多模型融合解决。2）飞机健康管理域按照状态监测、故障诊断、趋势分析、故障预测、显示/记录、维修指南等功能进行结构划分，而高度综合化机载系统一般采用多模块集成的研发方式，在这种情况下，一个健康管理域的功能可能映射到多个不同的模块承制商，功能与承制商之间呈现多对多的关系，承制商工作界面划分与过程协同的难度加大。3）针对各层次的模型设计缺乏通用的诊断模型结构定义，不同能力水平的承制厂商开发出来的诊断
模型质量参差不齐。

技术实现思路

[0006]鉴于此，本专利技术提供了一种多层次模型融合的机载健康管理域设计方法，与机载系统层次划分一致，具备良好的可扩展性，便于设计变更和更新本地化，减少技术更新或退化对子系统的影响；提高了模型软件的代码质量和稳定性。
[0007]本专利技术公开了一种多层次模型融合的机载健康管理域设计方法，包括以下步骤：步骤1：基于构建的飞机综合状态监测与诊断系统，形成状态监测数据包；步骤2：构建所述机载健康管理域的状态转换图；步骤3：划分所述飞机综合状态监测与诊断系统中的接口消息；步骤4：对所述机载健康管理域进行模型层级划分；步骤5：建立所述机载健康管理域的健康评估与诊断模型；步骤6：划分所述机载健康管理域的数据库表，得到多个数据表；步骤7：建立所述数据表之间的关联关系。
[0008]进一步地，所述步骤1包括：步骤11：将数据处理及分发层设置在数据采集及预处理层之上；其中，所述数据处理及分发层为所述机载健康管理域，且所述数据处理及分发层与采集及预处理层、数据传输层、显控及存储层共同构成所述飞机综合状态监测与诊断系统；步骤12：所述数据采集及预处理层对机载系统的状态监测数据进行采集、预处理和封装，形成状态监测数据包，并将所述状态监测数据包通过所述数据传输层上传至所述机载健康管理域。
[0009]进一步地，所述步骤2包括：步骤21：将所述机载健康管理域的状态划分为四种：上电自检状态、周期自检状态、维护自检状态和故障状态；步骤22：若上电初始化成功，则由上电自检状态转换到周期自检状态；若上电初始化失败，则由上电自检状态转换到故障状态；步骤23：在周期自检状态下，若发生致命故障，则转换到故障状态，若接收到维护自检指令，则进入到维护自检状态；步骤24：在故障状态下，若接收到维护自检指令，则进入到维护自检状态；在维护自检状态下，若维护自检失败，则转换到故障状态，若接收到退出维护模式指令，则转换到周期自检状态。
[0010]进一步地，所述步骤3包括：将所述机载健康管理域的外部接口消息划分为所述数据采集及预处理层与所述机载健康管理域之间的接口消息，以及所述机载健康管理域与所述显控及存储层之间的接口消息。
[0011]进一步地，所述步骤4包括：将所述机载健康管理域划分为模块级、功能线程级、子系统级、系统级共四个层级，并设置每个层级的任务、输入和输出信息。
[0012]进一步地，所述模块级的任务为模块内部多通道电路单元之间的测试协同管控、
故障时间应力分析与模块健康评估；所述模块级的输入包括模块模型更新指令和模块启动自检指令；所述模块级的输出包括模块工作与环境应力监测参数、模块健康评估与诊断结果；所述功能线程级的任务为多模块测试协同管控、模块间故障关联分析与功能健康状态评估；所述功能线程级的输入包括模块级输出的模块工作与环境应力监测参数、模块健康评估与诊断结果，以及子系统级输入的功能线程模型更新指令、功能启动自检指令；所述功能线程级的输出包括功能线程状态监测参数、功能健康评估与诊断结果；所述子系统级的任务为多线程测试协同管控、多线程故障关联分析与子系统剩余能力评估；所述子系统级的输入包括功能线程级输出的功能线程状态监测参数、功能健康评估与诊断结果信息，以及系统级输入的子系统模型更新指令、子系统启动自检指令；所述子系统级的输出包括子系统状态监测参数、软件故障报告和子系统健康评估与诊断结果；所述系统级的任务为子系统间测试协同管控、跨子系统故障诊断与系统剩余能力评估；所述系统级的输入包括子系统输出的子系统状态监测参数、软件故障报告和子系统健康评估与诊断结果；所述系统级的输出包括系统健康状态概要信息和系统健康状态详细信息。
[0013]进一步地，所述步骤5包括：基于构建的数据管理单元、诊断模型、健康评估单元、增强诊断单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多层次模型融合的机载健康管理域设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：基于构建的飞机综合状态监测与诊断系统，形成状态监测数据包；步骤2：构建所述机载健康管理域的状态转换图；步骤3：划分所述飞机综合状态监测与诊断系统中的接口消息；步骤4：对所述机载健康管理域进行模型层级划分；步骤5：建立所述机载健康管理域的健康评估与诊断模型；步骤6：划分所述机载健康管理域的数据库表，得到多个数据表；步骤7：建立所述数据表之间的关联关系。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1包括：步骤11：将数据处理及分发层设置在数据采集及预处理层之上；其中，所述数据处理及分发层为所述机载健康管理域，且所述数据处理及分发层与采集及预处理层、数据传输层、显控及存储层共同构成所述飞机综合状态监测与诊断系统；步骤12：所述数据采集及预处理层对机载系统的状态监测数据进行采集、预处理和封装，形成状态监测数据包，并将所述状态监测数据包通过所述数据传输层上传至所述机载健康管理域。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2包括：步骤21：将所述机载健康管理域的状态划分为四种：上电自检状态、周期自检状态、维护自检状态和故障状态；步骤22：若上电初始化成功，则由上电自检状态转换到周期自检状态；若上电初始化失败，则由上电自检状态转换到故障状态；步骤23：在周期自检状态下，若发生致命故障，则转换到故障状态，若接收到维护自检指令，则进入到维护自检状态；步骤24：在故障状态下，若接收到维护自检指令，则进入到维护自检状态；在维护自检状态下，若维护自检失败，则转换到故障状态，若接收到退出维护模式指令，则转换到周期自检状态。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤3包括：将所述机载健康管理域的外部接口消息划分为所述数据采集及预处理层与所述机载健康管理域之间的接口消息，以及所述机载健康管理域与所述显控及存储层之间的接口消息。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4包括：将所述机载健康管理域划分为模块级、功能线程级、子系统级、系统级共四个层级，并设置每个层级的任务、输入和输出信息。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述模块级的任务为模块内部多通道电路单元之间的测试协同管控、故障时间应力分析与模块健康评估；所述模块级的输入包括模块模型更新指令和模块启动自检指令；所述模块级的输出包括模块工作与环境应力监测参数、模块健康评估与诊断结果；所述功能线程级的任务为多模块测试协同管控、模块间故障关联分析与功能健康状态评估；所述功能线程级的输入包括模块级输出的模块工作与环境应力监测参数、模块健康评
估与诊断结果，以及子系统级输入的功能线程模型更新指令、功能启动自检指令；所述功能线程级的输出包括功能线程状态监测参数、功能健康评估与诊断结果；所述子系统级的任务为多线程测试协同管控、多线程故障关联分析与子系统剩余能力评估；所述子系统级的输入包括功能线程级输出的功能线程状态监测参数、功能健康评估与诊断结果信息，以及系统级输入的子系统模型更新指令、子系统启动自检指令；所述子系统级的输出包括子系统状态监测参数、软件故障报告和子系统健康评估与诊断结果；所述系统级的任务为子系统间测试协同管控、跨子系统故障诊断与系统剩余能力评估；所述系统级的输入包括子系统输出的子系统状态监测参数、软件故障报告和子系统健康评估与诊断结果；所述系统级...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗海明，文佳，钱东，梁天辰，陈擎宙，周靖宇，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十研究所，
类型：发明
国别省市：