一种卫星星座GNSS接收机在轨故障诊断系统技术方案

本发明专利技术公开了一种卫星星座GNSS接收机在轨故障诊断系统，所述系统用于对由A星、B星和L星三颗星组成的卫星星座进行诊断，所述卫星星座用于对地月空间航天器天基测定轨与自主导航，并且搭载多种试验载荷，对星上载荷进行管理，同时对星间/星地进行组网通信，为导航任务提供星上计算资源，所述系统包括：本星健康数据处理单元、本星故障诊断单元、星间健康数据处理单元、星间故障诊断单元；本发明专利技术建立卫星星座在轨故障诊断系统的健康状态数据星间传递机制，同时通过融合专家知识和机器学习方法，应对在轨故障诊断准确性和实时性的需求，提高在轨故障诊断与处置效果。提高在轨故障诊断与处置效果。提高在轨故障诊断与处置效果。

【技术实现步骤摘要】
一种卫星星座GNSS接收机在轨故障诊断系统


[0001]本专利技术属于故障诊断领域，更具体地说，尤其涉及一种卫星星座GNSS接收机在轨故障诊断系统。

技术介绍

[0002]传统的卫星故障管理一般在卫星处于地面测控站测控区间内时，与地面站建立通信链路，将监测数据下行由地面站解析，由测控人员协同设计人员分析异常原因，最后上注故障处置指令，完成卫星故障恢复。然而，由于测控资源有限、天地链路信息传输及响应周期长，导致站外发生的故障难以快速响应，可能严重影响卫星正常运行。因此，在轨故障诊断系统通过将数据解析、故障诊断计算和数据存储从地面系统前移至靠近状态监测数据源的天基载荷管理单元，可自动检测故障并推送故障处置程序，快速解决故障并恢复有效载荷至正常状态，能够有效地降低天地网络带宽压力，提高卫星故障定位和在轨自主处置的实时响应能力。
[0003]现有的卫星故障诊断技术仅考虑本星在轨运行数据，未充分利用星座中其他相似卫星的在轨历史数据，造成大量有价值信息的浪费。

技术实现思路

[0004]通过融合相似卫星故障数据，开展跨域故障诊断技术研究，能够提高故障诊断的准确性，是航天器健康管理技术的重要发展方向。如何在故障诊断系统中建立符合天基星际通信协议的健康状态数据互换机制是实现跨域故障诊断的前提，因此，本专利技术提出了一种卫星星座GNSS接收机在轨故障诊断系统。
[0005]本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的以上缺点，而提出一种卫星星座GNSS接收机在轨故障诊断系统，建立卫星星座在轨故障诊断系统的健康状态数据星间传递机制，同时通过融合专家知识和机器学习方法，应对在轨故障诊断准确性和实时性的需求，提高在轨故障诊断与处置效果。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种卫星星座GNSS接收机在轨故障诊断系统，所述系统用于对由A星、B星和L星三颗星组成的卫星星座上分别部署的GNSS接收机进行在轨故障诊断，所述卫星星座用于对地月空间航天器天基测定轨与自主导航，并且搭载多种试验载荷，对星上载荷进行管理，同时对星间/星地进行组网通信，为导航任务提供星上计算资源；
[0008]所述系统内置部署在A星、B星和L星上PMU单元，所述PMU单元包括主控和数管两个配置项，所述主控和数管配置项之间采用EMI总线通信，主控软件与GNSS接收机采用CAN总线交互；
[0009]所述系统包括：
[0010]本星健康数据处理单元、本星故障诊断单元、星间健康数据处理单元、星间故障诊断单元；
[0011]所述本星健康数据处理单元，用于接收PMU主控软件发送的本星GNSS接收机载荷工参数据，根据PMU与载荷CAN总线通信协议对工参数据进行解析，再按诊断算法要求提取其中关键的卫星状态、跟踪星数、定位卫星数目、天线最高最低载噪比等健康状态相关的参数，再将提取的参数发送给本星故障诊断单元；
[0012]所述本星故障诊断单元，用于接收工参解析和参数提取后的本星GNSS接收机载荷健康表征数据，基于故障诊断模型，自动检测故障和定位故障，将故障分类结果放入PMU工参存盘；
[0013]所述星间健康数据处理单元，用于访问读取星间GNSS接收机载荷健康表征数据，根据星间通信协议对健康表征数据进行解析，再将解析后的数据发送星间故障诊断单元；
[0014]所述星间故障诊断单元，用于接收解析后的星间GNSS接收机载荷健康表征数据，基于在轨故障诊断模型，自动检测故障和定位故障，将故障分类结果放入PMU工参存盘。
[0015]优选的，所述本星故障诊断单元以及所述星间故障诊断单元中，知识驱动的故障诊断模型依据故障诊断配置文件，根据故障模式对应的多条判据逻辑，形成故障模式判读规则并输出故障模式推理结果，数据驱动的故障诊断模型依据训练和调试好的机器学习分类模型，预测故障模式类别。
[0016]优选的，所述本星健康数据处理单元在轨故障诊断软件通过输入标识和健康数据接口实现与PMU的通信，识别出输入数据类别为本星GNSS接收机工参数据，解析并提取本星GNSS接收机与健康状态相关的健康表征数据，具体为：
[0017]输入：本星GNSS接收机工参数据；
[0018]处理：根据PMU与GNSS载荷CAN总线通信协议，解析本星GNSS接收机工参数据，并提取健康表征数据；
[0019]输出：处理后的本星GNSS接收机载荷健康表征数据。
[0020]优选的，所述本星故障诊断单元接收解析后的本星GNSS接收机载荷健康表征数据，开展故障分类，将本星GNSS接收机故障诊断结果发送给PMU，具体为：
[0021]输入：处理后的本星GNSS接收机载荷健康表征数据；
[0022]处理：利用故障诊断模型开展故障分类；
[0023]输出：本星GNSS接收机故障诊断结果。
[0024]优选的，所述星间健康数据处理单元在轨故障诊断软件通过输入标识和健康数据接口实现与PMU的通信，识别输入数据类别为星间GNSS接收机数据，具体为：
[0025]输入：星间GNSS接收机健康表征数据，或它星故障诊断结果数据；
[0026]处理：根据星间/星地数据帧格式定义，如果访问读取的是GNSS接收机工参数据，解析星间GNSS接收机健康表征数据；如果访问读取的是它星故障诊断结果数据，则跳过故障诊断模型直接发送到PMU；
[0027]输出：解析后的星间GNSS接收机载荷健康表征数据，或它星故障诊断结果数据。
[0028]优选的，所述星间故障诊断单元接收解析后的星间GNSS接收机载荷健康表征数据，开展故障分类，将星间GNSS接收机故障诊断结果发送给PMU，具体为：
[0029]输入：解析后的星间GNSS接收机载荷健康表征数据；
[0030]处理：利用在轨故障诊断模型开展故障分类；
[0031]输出：星间GNSS接收机故障诊断结果。
[0032]优选的，所述本星GNSS接收机载荷数据以及由它星传输过来的星间GNSS接收机载荷健康表征数据，通过PMU输入到在轨故障诊断单元进行数据处理和故障诊断，再将故障诊断结果输出到PMU作为其工参存盘，进而传输到星务平台。
[0033]优选的，所述系统的外部接口包括：
[0034]系统与PMU的诊断输入单元接口；系统与PMU的诊断输出单元接口；系统与卫星数据管理单元遥控软接口；系统与卫星数据管理单元遥测软接口；系统与卫星数据管理单元配置项参数软接口。
[0035]优选的，所述诊断输入单元接口包括A、B或L本星的GNSS接收机工参数据，包括星间传递的GNSS接收机健康表征数据，或星间传递的故障诊断结果；
[0036]所述系统与PMU的诊断输出单元接口包括知识驱动故障诊断方法结果，以及数据驱动故障诊断方法的结果，PMU以点对点通信的模式对本系统发送轮询指令，系统在收到此指令后才能向点发送相应数据，对输出标识位进行轮询，当标识为0时，代表单元计算未完成，无数据输出，当标识为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卫星星座GNSS接收机在轨故障诊断系统，其特征在于，所述系统用于对由A星、B星和L星三颗星组成的卫星星座上分别部署的GNSS接收机进行在轨故障诊断，所述卫星星座用于对地月空间航天器天基测定轨与自主导航，并且搭载多种试验载荷，对星上载荷进行管理，同时对星间/星地进行组网通信，为导航任务提供星上计算资源；所述系统内置部署在A星、B星和L星上PMU单元，所述PMU单元包括主控和数管两个配置项，所述主控和数管配置项之间采用EMI总线通信，主控软件与GNSS接收机采用CAN总线交互；所述系统包括：本星健康数据处理单元、本星故障诊断单元、星间健康数据处理单元、星间故障诊断单元；所述本星健康数据处理单元，用于接收PMU主控软件发送的本星GNSS接收机载荷工参数据，根据PMU与载荷CAN总线通信协议对工参数据进行解析，再按诊断算法要求提取其中关键的卫星状态、跟踪星数、定位卫星数目、天线最高最低载噪比等健康状态相关的参数，再将提取的参数发送给本星故障诊断单元；所述本星故障诊断单元，用于接收工参解析和参数提取后的本星GNSS接收机载荷健康表征数据，基于故障诊断模型，自动检测故障和定位故障，将故障分类结果放入PMU工参存盘；所述星间健康数据处理单元，用于访问读取星间GNSS接收机载荷健康表征数据，根据星间通信协议对健康表征数据进行解析，再将解析后的数据发送星间故障诊断单元；所述星间故障诊断单元，用于接收解析后的星间GNSS接收机载荷健康表征数据，基于在轨故障诊断模型，自动检测故障和定位故障，将故障分类结果放入PMU工参存盘。2.根据权利要求1所述的卫星星座GNSS接收机在轨故障诊断系统，其特征在于：所述本星故障诊断单元以及所述星间故障诊断单元中，知识驱动的故障诊断模型依据故障诊断配置文件，根据故障模式对应的多条判据逻辑，形成故障模式判读规则并输出故障模式推理结果，数据驱动的故障诊断模型依据训练和调试好的机器学习分类模型，预测故障模式类别。3.根据权利要求1所述的卫星星座GNSS接收机在轨故障诊断系统，其特征在于：所述本星健康数据处理单元在轨故障诊断软件通过输入标识和健康数据接口实现与PMU的通信，识别出输入数据类别为本星GNSS接收机工参数据，解析并提取本星GNSS接收机与健康状态相关的健康表征数据，具体为：输入：本星GNSS接收机工参数据；处理：根据PMU与GNSS载荷CAN总线通信协议，解析本星GNSS接收机工参数据，并提取健康表征数据；输出：处理后的本星GNSS接收机载荷健康表征数据。4.根据权利要求1所述的卫星星座GNSS接收机在轨故障诊断系统，其特征在于：所述本星故障诊断单元接收解析后的本星GNSS接收机载荷健康表征数据，开展故障分类，将本星GNSS接收机故障诊断结果发送给PMU，具体为：输入：处理后的本星GNSS接收机载荷健康表征数据；处理：利用故障诊断模型开展故障分类；
输出：本星GNSS接收机故障诊断结果。5.根据权利要求1所述的卫星星座GNSS接收机在轨故障诊断系统，其特征在于：所述星间健康数据处理单元在轨故障诊断软件通过输入标识和健康数据接口实现与PMU的通信，识别输入数据类别为星间GNSS接收机数据，具体为：输入：星间GNSS接收机健康表征数据，或它星故障诊断结果数据；...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，党炜，王冲，陈小鱼，敖亮，
申请(专利权)人：中国科学院空间应用工程与技术中心，
类型：发明
国别省市：