本发明专利技术提供了一种在轨卫星单框架控制力矩陀螺框架性能监测方法和系统，包括：步骤1：确定框架核心遥测；步骤2：基于时域特征，对框架电流遥测数据进行切片和统计特性分析，通过预设判定区间，实现控制力矩陀螺CMG异常判断；步骤3：对预设时长内的正常及异常判定次数进行打分，应用威尔逊区间法计算赋分，得到性能评价分数，从而实现在轨卫星性能监测的量化评估和可视化。本发明专利技术针对CMG低速框架电机电流遥测数据的多个时域特征进行分析，并在性能评级上设计异常度指标，采用威尔逊算法进行评分评级，解决了同一任务不同CMG组合工作模式下，评价次数不一致导致性能评分不准确的情况，提高了CMG框架在轨性能评估的准确性和可靠性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及卫星健康评估，具体地，涉及一种在轨卫星单框架控制力矩陀螺框架性能监测方法和系统。
技术介绍
1、近年来，快速机动是航天技术的重要方向之一，卫星控制主要采用质量排出式和动量交换式，前者主要采用喷气推进，后者主要采用飞轮和控制力矩陀螺。控制力矩陀螺(以下简称cmg)最早研究起始于19世纪末，主要应用于空间站，相比于喷气推进，不需要消耗燃料，能够输出连续稳定的控制力矩，延长卫星运行寿命。相比于飞轮，能够输出控制力矩更大和执行响应速度更快，因此越来越广泛的应用卫星控制系统中。单框架控制力矩陀螺目前是研制成熟度最高、工程应用价值最高的，具有结构可靠性高、无框架锁定、控制平稳等优点，主要由高速转子、框架和框架伺服控制系统组成。大惯量转子绕固定轴恒定速度转动，形成恒定转子角动量，框架伺服控制系统驱动框架转动，根据陀螺进动效应产生反作用力矩作用到星体上，输出力矩实现高精度姿态控制，因此框架伺服控制是影响姿态控制核心组件，一旦出现故障，即使其他部件完好无损，卫星也很难继续服役，因此在轨框架性能监测具有重要意义。
2、cmg作为姿态控制的核心单机，主要包括机械本体和控制线路两部分，具体下传遥测波道主要包括；单机开关信号、芯片电压、组件温度和转动部件电流、位置和转速，其中框架的核心遥测波道为电机电流遥测数据。
3、现有专利技术研究集中在cmg控制算法、cmg安装装置、cmg隔振技术、cmg隔振装置等方面的，缺乏在轨性能长期监视和量化评价
的相关研究。现有监测方法主要采用阈值判断的方法，该方法存在以下弊端：</p>4、缺乏固定的判定依据，框架电机电流变化范围大，仅靠阈值无法准确判断是否异常；
5、缺乏态势监测指标，电流参数忽大忽小，未能融合历史数据进行分析，无法推断转动部件的缓变趋势；
6、缺乏异常预警机制，当异常发生时，通常已经是发生致命性损伤，不可逆转，若能及时止损降额使用，有效延长在轨工作寿命，满足卫星长寿命运行使用要求。
7、为了满足量化评估及可视化的在轨监视需求，需通过对已有的在轨遥测进行计算，从而实现对主体的评价、考核和管理。
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种在轨卫星单框架控制力矩陀螺框架性能监测方法和系统。
2、根据本专利技术提供的在轨卫星单框架控制力矩陀螺框架性能监测方法，包括：
3、步骤1：确定框架核心遥测；
4、步骤2：基于时域特征，对框架电流遥测数据进行切片和统计特性分析，通过预设判定区间，实现控制力矩陀螺cmg异常判断；
5、步骤3：对预设时长内的正常及异常判定次数进行打分，应用威尔逊区间法计算赋分，得到性能评价分数，从而实现在轨卫星性能监测的量化评估和可视化。
6、优选地，计算框架交轴电流和框架直轴电流遥测数据的时域特性，包括极小值、极大值、平均值、标准差、中位数、最大频数值和峰-峰值，支持自定义数据切片，按轨道周期进行，通过轨道俯角遥测关联判断，实现对框架交轴电流数据的精准切分。
7、优选地，针对切片的在轨遥测数据，剔除应答机主动复位导致的野值，分别计算单星每个cmg框架直轴和交轴电流参数指标，并横向比较多个cmg同一项时域特征指标的差异；
8、采用异常度作为评价指标index，计算公式为：index＝(|λ1|-|λ2|)/|λ2|，设定极小值判断区间[0,1]，区间内评定正常为1，异常为0，其中λ1为绝对值最大值，λ2为绝对值次大值，根据遥测数据分析输出异常标识矩阵和异常度矩阵。
9、优选地，基于统计原理计算威尔逊区间，计算公式如下：
10、
11、式中，p为归一化的评分值，n为统计数量，z为给定的置信度参数，采用90％置信度区间。
12、优选地，采用威尔逊区间法针对不同cmg进行性能评分，过程为：
13、计算第i个cmg第j个指标得分；
14、将第i个cmg第j个指标得分归一化；
15、计算单个cmg各时域特征的总平均得分，计算公式为：sum(xij)/m/n*100％，其中，xij为异常度计算判为正常的次数，m为总判定次数；
16、计算每个正常率的在某一置信度下的威尔逊区间；
17、根据置信区间的下限值进行排名，数值越大，排名越高；
18、根据威尔逊区间下限值反归一化，赋分得到最终得分。
19、根据本专利技术提供的在轨卫星单框架控制力矩陀螺框架性能监测系统，包括：
20、模块m1：确定框架核心遥测；
21、模块m2：基于时域特征，对框架电流遥测数据进行切片和统计特性分析，通过预设判定区间，实现控制力矩陀螺cmg异常判断；
22、模块m3：对预设时长内的正常及异常判定次数进行打分，应用威尔逊区间法计算赋分，得到性能评价分数，从而实现在轨卫星性能监测的量化评估和可视化。
23、优选地，计算框架交轴电流和框架直轴电流遥测数据的时域特性，包括极小值、极大值、平均值、标准差、中位数、最大频数值和峰-峰值，支持自定义数据切片，按轨道周期进行，通过轨道俯角遥测关联判断，实现对框架交轴电流数据的精准切分。
24、优选地，针对切片的在轨遥测数据，剔除应答机主动复位导致的野值，分别计算单星每个cmg框架直轴和交轴电流参数指标，并横向比较多个cmg同一项时域特征指标的差异；
25、采用异常度作为评价指标index，计算公式为：index＝(|λ1|-|λ2|)/|λ2|，设定极小值判断区间[0,1]，区间内评定正常为1，异常为0，其中λ1为绝对值最大值，λ2为绝对值次大值，根据遥测数据分析输出异常标识矩阵和异常度矩阵。
26、优选地，基于统计原理计算威尔逊区间，计算公式如下：
27、
28、式中，p为归一化的评分值，n为统计数量，z为给定的置信度参数，采用90％置信度区间。
29、优选地，采用威尔逊区间法针对不同cmg进行性能评分，过程为：
30、计算第i个cmg第j个指标得分；
31、将第i个cmg第j个指标得分归一化；
32、计算单个cmg各时域特征的总平均得分，计算公式为：sum(xij)/m/n*100％，其中，xij为异常度计算判为正常的次数，m为总判定次数；
33、计算每个正常率的在某一置信度下的威尔逊区间；
34、根据置信区间的下限值进行排名，数值越大，排名越高；
35、根据威尔逊区间下限值反归一化，赋分得到最终得分。
36、与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
37、(1)本专利技术通过基于异常度的自适应异常检测方法，针对全生命周期遥测数据进行时域特性分析，解决了传统阈值监测动态范围广、异常检测难的难题；
38、(2)本专利技术通过通用的量化评价方法，解决了小样本统计情况本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种在轨卫星单框架控制力矩陀螺框架性能监测方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的在轨卫星单框架控制力矩陀螺框架性能监测方法，其特征在于，计算框架交轴电流和框架直轴电流遥测数据的时域特性，包括极小值、极大值、平均值、标准差、中位数、最大频数值和峰-峰值，支持自定义数据切片，按轨道周期进行，通过轨道俯角遥测关联判断，实现对框架交轴电流数据的精准切分。
3.根据权利要求1所述的在轨卫星单框架控制力矩陀螺框架性能监测方法，其特征在于，针对切片的在轨遥测数据，剔除应答机主动复位导致的野值，分别计算单星每个CMG框架直轴和交轴电流参数指标，并横向比较多个CMG同一项时域特征指标的差异；
4.根据权利要求1所述的在轨卫星单框架控制力矩陀螺框架性能监测方法，其特征在于，基于统计原理计算威尔逊区间，计算公式如下：
5.根据权利要求1所述的在轨卫星单框架控制力矩陀螺框架性能监测方法，其特征在于，采用威尔逊区间法针对不同CMG进行性能评分，过程为：
6.一种在轨卫星单框架控制力矩陀螺框架性能监测系统，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的在轨卫星单框架控制力矩陀螺框架性能监测系统，其特征在于，计算框架交轴电流和框架直轴电流遥测数据的时域特性，包括极小值、极大值、平均值、标准差、中位数、最大频数值和峰-峰值，支持自定义数据切片，按轨道周期进行，通过轨道俯角遥测关联判断，实现对框架交轴电流数据的精准切分。
8.根据权利要求6所述的在轨卫星单框架控制力矩陀螺框架性能监测系统，其特征在于，针对切片的在轨遥测数据，剔除应答机主动复位导致的野值，分别计算单星每个CMG框架直轴和交轴电流参数指标，并横向比较多个CMG同一项时域特征指标的差异；
9.根据权利要求6所述的在轨卫星单框架控制力矩陀螺框架性能监测系统，其特征在于，基于统计原理计算威尔逊区间，计算公式如下：
10.根据权利要求6所述的在轨卫星单框架控制力矩陀螺框架性能监测系统，其特征在于，采用威尔逊区间法针对不同CMG进行性能评分，过程为：
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【技术特征摘要】
1.一种在轨卫星单框架控制力矩陀螺框架性能监测方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的在轨卫星单框架控制力矩陀螺框架性能监测方法，其特征在于，计算框架交轴电流和框架直轴电流遥测数据的时域特性，包括极小值、极大值、平均值、标准差、中位数、最大频数值和峰-峰值，支持自定义数据切片，按轨道周期进行，通过轨道俯角遥测关联判断，实现对框架交轴电流数据的精准切分。
3.根据权利要求1所述的在轨卫星单框架控制力矩陀螺框架性能监测方法，其特征在于，针对切片的在轨遥测数据，剔除应答机主动复位导致的野值，分别计算单星每个cmg框架直轴和交轴电流参数指标，并横向比较多个cmg同一项时域特征指标的差异；
4.根据权利要求1所述的在轨卫星单框架控制力矩陀螺框架性能监测方法，其特征在于，基于统计原理计算威尔逊区间，计算公式如下：
5.根据权利要求1所述的在轨卫星单框架控制力矩陀螺框架性能监测方法，其特征在于，采用威尔逊区间法针对不同cmg进行性能评分，过程为：
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【专利技术属性】
技术研发人员：许莹，周捷，王冲，撒文彬，张鑫鑫，雷婧琪，
申请(专利权)人：上海卫星装备研究所，
类型：发明
国别省市：
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