一种航天器部件寿命的预测方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及航空航天技术领域，特别涉及一种航天器部件寿命的预测方法和装置。其中，该方法包括：获取航天器部件的待测数据；其中，所述待测数据包括所述航天器部件的多种参数的数据；对每种参数的待测数据依次进行野值和停机数据的剔除处理，得到处理后的数据；对所述处理后的数据依次进行时域特征的提取、降维处理和归一化处理，得到所述航天器部件的目标特征；利用DBSCAN算法对所述目标特征进行聚类，以识别所述航天器部件的目标退化阶段；将目标特征输入到预先训练好的且与目标退化阶段对应的寿命预测模型中，得到航天器部件的剩余使用寿命。本发明专利技术的方案能够有效预测航天器部件的剩余使用寿命。的剩余使用寿命。的剩余使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种航天器部件寿命的预测方法和装置


[0001]本专利技术涉及航空航天
，特别涉及一种航天器部件寿命的预测方法和装置。

技术介绍

[0002]航天器的运行状态包括健康、亚健康、部分失效、最终完全失效的全过程。如果能够根据航天器的性能状态提前评估其寿命，就能提前制定计划，实现离轨替换，减少轨道资源的浪费。因此，合理预测航天器中航天器部件的剩余使用寿命(Remaining Useful Life，RUL)，及时发现潜在异常隐患，采取相应措施，可有效避免故障发生，进而延长整星的使用寿命。
[0003]航天器部件在经历整个运行状态演化过程时，其性能退化过程一般具备缓慢变化的特点。针对此类缓变数据，需要提炼一个合理的评价指标方可正确描述其剩余使用寿命。而航天器作为复杂的闭环控制系统，各部件均具备多个测点，以保证其日常的状态监测可靠性。这造成每个部件的遥测数据均具备高维耦合的特性，以单一参数难以描述整个部件的演化过程，同时也较难提取能够描述其演化过程的异常征兆。

技术实现思路

[0004]为了有效预测航天器部件的剩余使用寿命，本专利技术实施例提供了一种航天器部件寿命的预测方法和装置。
[0005]第一方面，本专利技术实施例提供了一种航天器部件寿命的预测方法，包括：
[0006]获取航天器部件的待测数据；其中，所述待测数据包括所述航天器部件的多种参数的数据；
[0007]对每种参数的待测数据依次进行野值和停机数据的剔除处理，得到处理后的数据；
[0008]对所述处理后的数据依次进行时域特征的提取、降维处理和归一化处理，得到所述航天器部件的目标特征；
[0009]利用DBSCAN算法对所述目标特征进行聚类，以识别所述航天器部件的目标退化阶段；
[0010]将所述目标特征输入到预先训练好的且与所述目标退化阶段对应的寿命预测模型中，得到所述航天器部件的剩余使用寿命；其中，所述寿命预测模型采用的是LSTM网络。
[0011]在一种可能的设计中，所述航天器部件包括动量轮、控制力矩陀螺、惯性姿态敏感器和帆板驱动机构中的至少一种；
[0012]和/或，
[0013]所述参数包括电流参数、温度参数、转速参数、姿态参数、轨道参数、环境参数和指令参数中的至少一种。
[0014]在一种可能的设计中，所述对所述处理后的数据依次进行时域特征的提取、降维
处理和归一化处理，得到所述航天器部件的目标特征，包括：
[0015]对每种参数对应的所述处理后的数据进行滑窗处理，以划分得到当前参数的多个区间；
[0016]计算每种参数所有区间内的时域特征值；
[0017]对所有参数所有区间内的时域特征值进行降维处理和归一化处理，得到所述航天器部件的目标特征；其中，所述目标特征为一维特征向量，所述目标特征的维度与所述区间的个数相同。
[0018]在一种可能的设计中，所述时域特征包括最大值、最小值、平均值、峰峰值、整流平均值、方差、标准差、均方根、方根幅值、峭度、偏度、波形因子、峰值因子、脉冲因子和裕度因子中的至少一种。
[0019]在一种可能的设计中，所述降维处理采用主元分析法。
[0020]在一种可能的设计中，所述寿命预测模型是通过如下方式进行训练的：
[0021]对航天器部件的每种参数的样本数据依次进行野值和停机数据的剔除处理，得到处理后的样本数据；
[0022]对所述处理后的样本数据依次进行时域特征的提取、降维处理和归一化处理，得到所述航天器部件的样本目标特征；
[0023]利用DBSCAN算法对所述样本目标特征进行聚类，以识别所述航天器部件的样本目标退化阶段；
[0024]基于所述样本目标退化阶段，确定待训练的目标LSTM网络的网络结构；
[0025]将所述样本目标特征的前预设百分比的数据输入到待训练的目标LSTM网络中，输出所述样本目标特征的预测特征；其中，所述预测特征用于表征剩余使用寿命；
[0026]基于所述样本目标特征的前预设百分比的数据和所述预测特征的差值，对待训练的目标LSTM网络的网络参数进行更新，以完成对待训练的目标LSTM网络的训练。
[0027]在一种可能的设计中，所述基于所述样本目标退化阶段，确定待训练的目标LSTM网络的网络结构，包括：
[0028]若所述样本目标退化阶段为快速退化阶段，则确定待训练的目标LSTM网络的网络结构为双层LSTM网络；
[0029]若所述样本目标退化阶段为非快速退化阶段，则确定待训练的目标LSTM网络的网络结构为单层LSTM网络。
[0030]第二方面，本专利技术实施例还提供了一种航天器部件寿命的预测装置，包括：
[0031]获取模块，用于获取航天器部件的待测数据；其中，所述待测数据包括所述航天器部件的多种参数的数据；
[0032]第一处理模块，用于对每种参数的待测数据依次进行野值和停机数据的剔除处理，得到处理后的数据；
[0033]第二处理模块，用于对所述处理后的数据依次进行时域特征的提取、降维处理和归一化处理，得到所述航天器部件的目标特征；
[0034]聚类模块，用于利用DBSCAN算法对所述目标特征进行聚类，以识别所述航天器部件的目标退化阶段；
[0035]预测模块，用于将所述目标特征输入到预先训练好的且与所述目标退化阶段对应
的寿命预测模型中，得到所述航天器部件的剩余使用寿命；其中，所述寿命预测模型采用的是LSTM网络。
[0036]第三方面，本说明书实施例还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本专利技术任一实施例所述的方法。
[0037]第四方面，本说明书实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行本专利技术任一实施例所述的方法。
[0038]本专利技术实施例提供了一种航天器部件寿命的预测方法和装置，通过采取融合多维遥测参数特征的手段，综合航天器部件耦合数据的特征提取描述其演化过程的异常征兆信息，充分利用LSTM网络对长时序数据的时间特征提取优势，挖掘征兆信息所隐含的演化规律，并按照不同演化阶段，构建相应的寿命预测模型，实现航天器部件各演化阶段的寿命预测，从而提前预知航天器部件乃至航天器的寿命，采取及时离轨或任务重组等相应措施，最大限度地降低整星运行风险，以提高可靠性。
附图说明
[0039]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0040]图1是本专利技术实施例提供的一种航天器部件寿命的预测方法流程图；
[0041]图2是本专利技术实施例提供的一种电子设备的硬件架构图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种航天器部件寿命的预测方法，其特征在于，包括：获取航天器部件的待测数据；其中，所述待测数据包括所述航天器部件的多种参数的数据；对每种参数的待测数据依次进行野值和停机数据的剔除处理，得到处理后的数据；对所述处理后的数据依次进行时域特征的提取、降维处理和归一化处理，得到所述航天器部件的目标特征；利用DBSCAN算法对所述目标特征进行聚类，以识别所述航天器部件的目标退化阶段；将所述目标特征输入到预先训练好的且与所述目标退化阶段对应的寿命预测模型中，得到所述航天器部件的剩余使用寿命；其中，所述寿命预测模型采用的是LSTM网络。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述航天器部件包括动量轮、控制力矩陀螺、惯性姿态敏感器和帆板驱动机构中的至少一种；和/或，所述参数包括电流参数、温度参数、转速参数、姿态参数、轨道参数、环境参数和指令参数中的至少一种。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述处理后的数据依次进行时域特征的提取、降维处理和归一化处理，得到所述航天器部件的目标特征，包括：对每种参数对应的所述处理后的数据进行滑窗处理，以划分得到当前参数的多个区间；计算每种参数所有区间内的时域特征值；对所有参数所有区间内的时域特征值进行降维处理和归一化，得到所述航天器部件的目标特征；其中，所述目标特征为一维特征向量，所述目标特征的维度与所述区间的个数相同。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述时域特征包括最大值、最小值、平均值、峰峰值、整流平均值、方差、标准差、均方根、方根幅值、峭度、偏度、波形因子、峰值因子、脉冲因子和裕度因子中的至少一种。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的方法，其特征在于，所述降维处理采用主元分析法。6.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的方法，其特征在于，所述寿命预测模型是通过如下方式进行训练的：对航天器部件的每种参数的样本数据依次进行野值和停机数据的剔除处理，得到处理后的样本数据；对所述处理后的样本数据依次进行时域特征的提取、降维处理和归一化处理，...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁寒玉，王淑一，徐赫屿，刘磊，刘文静，刘成瑞，李文博，邢晓宇，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：