一種基于地面測試數據的衛(wèi)星貝葉斯網絡健康確定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于地面測試數據的衛(wèi)星貝葉斯網絡健康確定方法。本發(fā)明提供了基于地面測試數據的衛(wèi)星健康狀態(tài)綜合量化確定方法，從歷史數據角度，挖掘了與衛(wèi)星與星上設備及相關參數之間的概率，充分體現(xiàn)了實際工況下數據的特點，以多參數的條件概率挖掘了參數與系統(tǒng)整體健康水平的隱式關聯(lián)關系，真實反映系統(tǒng)健康水平。本發(fā)明能夠比較準確地實現(xiàn)衛(wèi)星測試階段的健康狀態(tài)評估，實現(xiàn)衛(wèi)星由多指標遙測參數量化為統(tǒng)一健康等級，為衛(wèi)星的地面測試分析提供了高效的方法。
【專利說明】—種基于地面測試數據的衛(wèi)星貝葉斯網絡健康確定方法【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星健康確定方法，尤其涉及一種基于地面測試數據的衛(wèi)星貝葉斯網絡健康確定方法，屬于衛(wèi)星地面階段故障預測與健康管理【技術領域】。
【背景技術】
[0002]衛(wèi)星的地面測試數據對于衛(wèi)星發(fā)射前的狀態(tài)判別、發(fā)射決策制定等方面都具有非常重要的作用。結合衛(wèi)星發(fā)射前的地面測試數據，地面測試人員和衛(wèi)星設計人員能夠掌握衛(wèi)星發(fā)射前的總體健康狀態(tài)，從而進一步采取相應的地面測試保障措施，以保證衛(wèi)星發(fā)射后主動階段和在軌運行階段的良好狀態(tài)。衛(wèi)星地面測試期間，測試數據是體現(xiàn)衛(wèi)星目前運行狀態(tài)正常與否的重要依據?；诘孛鏈y試數據的衛(wèi)星健康狀態(tài)確定方法，主要利用衛(wèi)星的地面測試數據，結合地面測試階段的注入故障情況，通過網絡的推理，給出待確定對象的總體健康等級。
[0003]在當前的衛(wèi)星地面測試過程中，目前主要采用的是判讀方法，通過對多維遙測數據上下限、變化率和變化趨勢的判讀確定星上設備的健康狀態(tài)，這種方法對衛(wèi)星及分系統(tǒng)地面測試階段的檢測異常、故障等起到了重要作用。但是由于衛(wèi)星地面測試數據量大、數據維度高，尚未根據多維參數進行整體量化，無法反映衛(wèi)星整體健康狀態(tài)。同時過分依賴人工經驗知識，難以對異常現(xiàn)象做出快速準確的決策反應。
[0004]因此，需要找到一種解決方法，能夠針對以上不足，結合衛(wèi)星地面測試參數數據，將歷史地面測試數據與當前地面測試數據進行綜合推理，實時地給出當前地面測試階段衛(wèi)星健康等級總體水平。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明解決的技術問題是:克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種基于地面測試數據的衛(wèi)星貝葉斯網絡健康確定方法，能夠比較準確地確定衛(wèi)星整星及設備地面測試階段的健康狀態(tài)，為衛(wèi)星的地面測試分析提供了高效的手段。
[0006]本發(fā)明的技術方案是:一種基于地面測試數據的衛(wèi)星貝葉斯網絡健康確定方法，包括如下步驟:
[0007](I)構建貝葉斯網絡:構建用于確定待評估衛(wèi)星健康狀態(tài)的貝葉斯網絡，其中貝葉斯網絡的葉子節(jié)點為整星健康狀態(tài)，中間節(jié)點為星上設備，根節(jié)點為星上設備對應的地面測試參數；
[0008](2)確定訓練樣本:從待評估衛(wèi)星的地面測試歷史數據中提取各根節(jié)點對應的地面測試參數歷史數據，進行誤碼和奇異點剔除、空值填充和均值計算預處理；對其中的連續(xù)變量進行離散化，確定從連續(xù)屬性到離散屬性的對應關系，即將數值屬性的值域劃分為若干子區(qū)間，每個區(qū)間對應一個離散值；根據歷史評估結果確定根節(jié)點不同取值條件下中間節(jié)點的取值，以及中間節(jié)點·不同取值條件下葉子節(jié)點的取值；經過預處理、離散化的根節(jié)點數據及對應的中間節(jié)點和葉子節(jié)點數據構成衛(wèi)星貝葉斯網絡健康確定模型的訓練樣本；[0009](3)利用步驟(2)得到的訓練樣本訓練步驟(1)所構建的貝葉斯網絡，得到條件概率:通過訓練樣本統(tǒng)計所構建貝葉斯網絡中根節(jié)點和各中間節(jié)點的先驗概率,并據此進一步計算得到各父節(jié)點取不同值條件下子節(jié)點的條件概率，即得到各根節(jié)點取不同值條件下中間節(jié)點的條件概率、各中間節(jié)點取不同值條件下葉子節(jié)點的條件概率；
[0010](4)確定衛(wèi)星健康狀態(tài):將待評估衛(wèi)星經過誤碼和奇異點剔除、空值填充和均值計算預處理后得到的各根節(jié)點的當前地面測試參數輸入步驟(1)所構建的貝葉斯網絡中，貝葉斯網絡根據步驟(3)得到的條件概率計算輸出整星的健康狀態(tài)。
[0011]所述步驟(2)中提取各根節(jié)點對應的地面測試參數歷史數據，進行誤碼和奇異點剔除、空值填充預處理的實現(xiàn)方法如下:
[0012]奇異點剔除主要采用計算各根節(jié)點對應的地面測試參數歷史數據的序列平均值和方差值，通過平均值加減三倍方差值的方式確定出測試數據中95%的數據應該處于的數據范圍，從而剔除出不在此范圍內的奇異點數據，直接將該數據點置為空；計算剔除誤碼和奇異點后測試數據的分鐘均值；對于空值點數據，利用線性插值的方法對空值點進行補值，從而形成一個完整的數列，假設測試數據序列的缺失數據段為Xt，Xt+1, L, Xf1,則線性內插法數據補點公式為:
[0013]
【權利要求】
1.一種基于地面測試數據的衛(wèi)星貝葉斯網絡健康確定方法，其特征在于包括如下步驟: (1)構建貝葉斯網絡:構建用于確定待評估衛(wèi)星健康狀態(tài)的貝葉斯網絡，其中貝葉斯網絡的葉子節(jié)點為整星健康狀態(tài)，中間節(jié)點為星上設備，根節(jié)點為星上設備對應的地面測試參數； (2)確定訓練樣本:從待評估衛(wèi)星的地面測試歷史數據中提取各根節(jié)點對應的地面測試參數歷史數據，進行誤碼和奇異點剔除、空值填充和均值計算預處理；對其中的連續(xù)變量進行離散化，確定從連續(xù)屬性到離散屬性的對應關系，即將數值屬性的值域劃分為若干子區(qū)間，每個區(qū)間對應一個離散值；根據歷史評估結果確定根節(jié)點不同取值條件下中間節(jié)點的取值，以及中間節(jié)點不同取值條件下葉子節(jié)點的取值；經過預處理、離散化的根節(jié)點數據及對應的中間節(jié)點和葉子節(jié)點數據構成衛(wèi)星貝葉斯網絡健康確定模型的訓練樣本； (3)利用步驟(2)得到的訓練樣本訓練步驟(1)所構建的貝葉斯網絡，得到條件概率:通過訓練樣本統(tǒng)計所構建貝葉斯網絡中根節(jié)點和各中間節(jié)點的先驗概率，并據此進一步計算得到各父節(jié)點取不同值條件下子節(jié)點的條件概率，即得到各根節(jié)點取不同值條件下中間節(jié)點的條件概率、各中間節(jié)點取不同值條件下葉子節(jié)點的條件概率； (4)確定衛(wèi)星健康狀態(tài):將待評估衛(wèi)星經過誤碼和奇異點剔除、空值填充和均值計算預處理后得到的各根節(jié)點的當前地面測試參數輸入步驟(1)所構建的貝葉斯網絡中，貝葉斯網絡根據步驟(3)得到的條件概率計算輸出整星的健康狀態(tài)。
2.根據權利要求1所述的一種基于地面測試數據的衛(wèi)星貝葉斯網絡健康確定方法，其特征在于:所述步驟(2)中提取各根節(jié)點對應的地面測試參數歷史數據，進行誤碼和奇異點剔除、空值填充預處理的實現(xiàn)方法如下: 奇異點剔除主要采用計算各根節(jié)點對應的地面測試參數歷史數據的序列平均值和方差值，通過平均值加減三倍方差值的方式確定出測試數據中95%的數據應該處于的數據范圍，從而剔除出不在此范圍內的奇異點數據，直接將該數據點置為空；計算剔除誤碼和奇異點后測試數據的分鐘均值；對于空值點數據，利用線性插值的方法對空值點進行補值，從而形成一個完整的數列，假設測試數據序列的缺失數據段為Xt，Xt+1, L, Xf1，則線性內插法數據補點公式為:

3.根據權利要求1所述的一種基于地面測試數據的衛(wèi)星貝葉斯網絡健康確定方法，其特征在于:所述步驟(3)中計算各父節(jié)點取不同值條件下子節(jié)點的條件概率的方法如下:
【文檔編號】G06F19/00GK103678886SQ201310611919
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月26日 優(yōu)先權日:2013年11月26日
【發(fā)明者】孫波, 張雷, 羅榮蒸, 胡勇, 顧佳琦 申請人:北京空間飛行器總體設計部