本發(fā)明屬于航天測量與控制領域，具體涉及一種針對航天器健康狀態(tài)的評估方法。

背景技術：

健康狀態(tài)評估是確保航天器安全穩(wěn)定工作的關鍵技術之一。完整的健康狀態(tài)評估主要包括狀態(tài)監(jiān)測、狀態(tài)確定、狀態(tài)分級、狀態(tài)預測等內(nèi)容。需要通過研究航天器數(shù)據(jù)信息，確定航天器的實時工作狀態(tài)。航天器健康狀態(tài)還與航天器系統(tǒng)的內(nèi)部結構特征密切相關，需要將系統(tǒng)按其結構分層并綜合評估各層次的健康狀態(tài)。

將航天器按照結構分為多個層次，如最底層的功能部件、能夠獨立工作的分系統(tǒng)、由分系統(tǒng)配合工作得到的整體系統(tǒng)。這些層次是一種遞階關系，下一級對象集合組成上一級對象，頂層對象的狀態(tài)取決于低層對象的工作方式和狀態(tài)。為評價上一層級的健康狀態(tài)，一般需要評價其下一層級對象的健康狀態(tài)。評估時，需要對評估對象設定評價指標以確定評估對象的狀態(tài)，例如在部件級可設定狀態(tài)特征量，即表征部件健康狀態(tài)的物理量如電壓、電流、溫度、轉速，作為評價指標，如偏離正常狀態(tài)的程度、發(fā)生異常或故障的可能性、剩余壽命。這些指標也適用于對上一層級的對象，此時就需要根據(jù)系統(tǒng)結構，將下一層級對象的健康狀態(tài)指標向上“綜合”，得到上一層級對象的健康狀態(tài)。

目前常用的健康評估方法主要有層次分析法、貝葉斯、神經(jīng)網(wǎng)絡等方法，對于航天器健康評估的實際應用中，這些方法都存在各自的缺點，層次分析法參數(shù)的選擇量化以及權值的確定受主觀因素影響太大，貝葉斯方法需要知道航天器內(nèi)在的關聯(lián)關系，對分系統(tǒng)以及整星級評估模型關系錯綜復雜，計算量大，適用性很差，而基于神經(jīng)網(wǎng)絡的評估方法需要建立在大量的訓練數(shù)據(jù)基礎上，并進行不斷的反饋迭代更新才可能獲得相對準確的結果，存在收斂速度慢，無法滿足實時評估需求。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種航天器健康狀態(tài)評估方法，通過指標項確定、權值系數(shù)確定、指標項達標系數(shù)測試、健康指數(shù)計算四個步驟處理，從航天器實測數(shù)據(jù)、歷史信息、故障信息中獲取航天器的健康狀態(tài)評估結果。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案包括以下步驟：

(1)選取評估對象的測量參數(shù)、功能性能項作為指標集合，并將會導致評估對象無法運行或功能喪失的指標作為核心指標，指標集合中的其余指標作為常規(guī)指標；

(2)確定每一常規(guī)指標權值系數(shù)α_i＝V_c×v_r，其中，V_c為類別常數(shù)，

v_r為冗余系數(shù)，v_r＝n_o/n_u，n_u≠0，當描述的對象為部件時，n_o指需要在線工作的同種部件個數(shù)，n_u指可用的同種部件個數(shù)；當描述的對象為參數(shù)時，n_o指確定測量數(shù)據(jù)數(shù)值需要的測點個數(shù)，n_u指確定測量數(shù)據(jù)數(shù)值可用的測點個數(shù)；

(3)對每一指標項的達標系數(shù)進行測試確定；

當常規(guī)指標項為某一測量參數(shù)或可用參數(shù)表征的性能項時，指標項達標系數(shù)式中，x_t表示t時刻指標項數(shù)值，表示指標項正常值上限，x表示指標項正常值下限，和為退化模型的形狀調(diào)節(jié)系數(shù)，Δλ為精度控制系數(shù)，取值為0.00001～0.001，為上邊界寬度控制系數(shù)，N₁為上邊界寬度控制倍率，取0.5～2，為下邊界寬度控制系數(shù)，N₂為下邊界寬度控制倍率，取0.5～2；

當常規(guī)指標項為某一功能項時，指標項達標系數(shù)

當核心指標項為某一測量參數(shù)或可用參數(shù)表征的性能項時，指標項達標系數(shù)

當核心指標項為某一功能項時，指標項達標系數(shù)

(4)采用健康指數(shù)E表示評估對象的健康狀態(tài)，

式中，A為常規(guī)指標權值系數(shù)之和，N為常規(guī)指標個數(shù)；M為核心指標個數(shù)。

本發(fā)明的有益效果是：在航天器測量數(shù)據(jù)及其分析處理結果的基礎上定義了達標系數(shù)的概念，并提出了基于Logistic回歸模型的達標系數(shù)計算方法，該方法根據(jù)航天器測量數(shù)據(jù)及其門限閾值直接計算達標系數(shù)，能有效減少了人為因素在航天器健康評估中的影響；同時該方法符合測量數(shù)據(jù)與健康指數(shù)的退化規(guī)律，適應非對稱型健康指數(shù)退化模型，評估精度可控。本發(fā)明將航天器評估所需的指標分為核心指標與常規(guī)指標，并在評估算子中給予不同的權重，所得的評估結果更符合航天器實際情況，方法所需參數(shù)設置簡單，參數(shù)設置對結果影響小，評估方法客觀性強。本發(fā)明的評估過程簡潔明了，可為航天器健康評估的工程化應用提供有力的方法支撐。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的方法框架圖。

圖2是本發(fā)明的指標項確定流程圖。

圖3是本發(fā)明的權值系數(shù)確定流程圖。

圖4是本發(fā)明的達標系數(shù)測試流程圖。

圖5是本發(fā)明的健康指數(shù)計算流程圖。

圖6是本發(fā)明的達標系數(shù)客觀評價方法示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實施例。

本發(fā)明提供的一種航天器健康狀態(tài)的評估方法，包括指標項確定、權值系數(shù)確定、指標項達標系數(shù)測試、健康指數(shù)計算四個步驟。指標項確定用于確定指標項集合，并區(qū)分核心指標和常規(guī)指標。權值系數(shù)確定對每一常規(guī)指標項進行權值系數(shù)確定。指標項達標系數(shù)測試對每一指標項的達標系數(shù)進行確定。健康指數(shù)計算使用前三個步驟輸出的核心指標及其達標系數(shù)、常規(guī)指標及其權值系數(shù)和達標系數(shù)進行健康指數(shù)E的計算。

指標項確定選取評估對象的測量參數(shù)、功能性能項作為指標集合，并按照是否會導致評價對象無法運行或功能喪失來區(qū)分核心指標和常規(guī)指標。

權值系數(shù)確定對每一常規(guī)指標項依據(jù)評估對象冗余、類別情況，按照公式(1)進行權值系數(shù)確定。

α_i＝V_c×v_r……………………………………………(1)

式中：

V_c為類別常數(shù)，根據(jù)參數(shù)類別對健康狀態(tài)評價的影響我們得到不同類別常數(shù)如下：

v_r為冗余系數(shù)，v_r＝n_o/n_u,(n_u≠0)，當描述的對象為部件時，n_o指需要在線工作的同種部件個數(shù)，n_u指可用的同種部件個數(shù)；當描述的對象為參數(shù)時，n_o指確定測量數(shù)據(jù)數(shù)值需要的測點個數(shù)，n_u指確定測量數(shù)據(jù)數(shù)值可用的測點個數(shù)；當冗余系數(shù)計算結果等于1時，表明已經(jīng)是最小完整系統(tǒng)，當冗余系數(shù)計算結果大于1時，表明已經(jīng)不是完整系統(tǒng)；當可用部件或測點數(shù)為0時，表明該部件不健康或測點無效(權值為1，達標系數(shù)為0)。

指標項達標系數(shù)測試對每一指標項的達標系數(shù)進行測試確定，測試的方法分為客觀評價和分級評價兩種。達標系數(shù)測試的基礎為航天器的測量數(shù)據(jù)及其分析處理結果數(shù)據(jù)。按照客觀評價為主的原則，對每一項常規(guī)指標和核心指標給出其達標系數(shù)。

指標項達標系數(shù)測試對每一指標項的達標系數(shù)進行測試確定。達標系數(shù)測試的基礎為航天器的測量數(shù)據(jù)及其分析處理結果數(shù)據(jù)。

當常規(guī)指標項為某一測量參數(shù)或可用參數(shù)表征的性能項時，指標項達標系數(shù)的計算見公式(2)：

式中：

x_t——t時刻指標項數(shù)值。

正常值上限。

x正常值下限。

為退化模型的形狀調(diào)節(jié)系數(shù)，Δλ為精度控制系數(shù)，定義達標系數(shù)多少為不健康狀態(tài)的臨界值，通常取0.00001～0.001。

為上邊界寬度控制系數(shù)，N₁為上邊界寬度控制倍率，通常取0.5～2。

為下邊界寬度控制系數(shù)，N₂為下邊界寬度控制倍率，通常取0.5～2。

實測值與正常值門限的偏差超過δ，則達標系數(shù)接近0。

當常規(guī)指標項為某一功能項時，指標項達標系數(shù)P_i的計算見公式(3)：

當核心指標項為某一測量參數(shù)或可用參數(shù)表征的性能項時，指標項達標系數(shù)的計算見公式(4)：

式中：

x_t——t時刻指標項數(shù)值。

正常值上限。

x正常值下限。

為退化模型的形狀調(diào)節(jié)系數(shù)，Δλ為精度控制系數(shù)，定義達標系數(shù)多少為不健康狀態(tài)的臨界值，通常取0.00001～0.001。

為上邊界寬度控制系數(shù)，N₁為上邊界寬度控制倍率，通常取0.5～2。

為下邊界寬度控制系數(shù)，N₂為下邊界寬度控制倍率，通常取0.5～2。

實測值與正常值門限的偏差超過δ，則達標系數(shù)接近0。

當核心指標項為某一功能項時，指標項達標系數(shù)Q_j的計算見公式(5)：

健康指數(shù)計算使用前三個步驟輸出的核心指標及其達標系數(shù)、常規(guī)指標及其權值系數(shù)和達標系數(shù)進行健康指數(shù)E的計算。健康指數(shù)用E表示，用于評價評估對象的健康狀態(tài)，E的計算見公式(6)。

式中：α_i——常規(guī)指標項的權值系數(shù)，權值系數(shù)依據(jù)公式(1)計算；A——常規(guī)指標項權值系數(shù)之和，P_i——各常規(guī)指標項的達標系數(shù)，依據(jù)公式(2)或公式(3)計算；Q_j——核心指標達標系數(shù)，依據(jù)公式(4)或公式(5)計算；N——常規(guī)指標項個數(shù)；M——核心指標項個數(shù)。

以下是本方法具體實施示例。

參照圖1，其為本方法框架圖，首先進行步驟1-1指標項確定，該步驟選取評估對象的測量參數(shù)、功能性能項作為指標集合，并按照是否會導致評價對象無法運行或功能喪失來區(qū)分核心指標和常規(guī)指標，以便進行后續(xù)評估工作。其次進行步驟1-2權值系數(shù)確定，該步驟對每一常規(guī)指標項進行權值系數(shù)確定，對每一常規(guī)指標項依據(jù)對健康狀態(tài)評價的影響程度給出一個取值在0～1之間的權值系數(shù)。然后進行步驟1-3指標項達標系數(shù)測試，對每一指標項的達標系數(shù)進行測試確定，測試的方法分為客觀評價和分級評價兩種,最后進行步驟1-4健康指數(shù)計算,使用前三個步驟輸出的核心指標及其達標系數(shù)、常規(guī)指標及其權值系數(shù)和達標系數(shù)進行健康指數(shù)E的計算。

參照圖2，其為本方法指標項確定的流程圖。首先進行步驟2-1，確定評估對象功能指標數(shù)目n。然后進行步驟2-2，給功能指標序數(shù)i賦初值1。接著進行步驟2-3，讀取第i項功能指標。然后執(zhí)行2-4步驟，確定該指標的評估方法為分級評估還是客觀評估。接著執(zhí)行步驟2-5，依據(jù)該指標項是否對評估對象的健康狀態(tài)有決定性影響確定該指標項是核心指標還是常規(guī)指標。然后進行步驟2-6，判斷是否處理完所有的功能指標，如已處理完所有功能指標，則執(zhí)行2-8步驟，確定評估對象性能指標數(shù)目m。否則，執(zhí)行步驟2-7，對序數(shù)i進行+1賦值后轉至步驟2-3。步驟2-8確定評估對象性能指標數(shù)目執(zhí)行后，進行步驟2-9，給性能指標序數(shù)j賦初值1。接著進行步驟2-10，讀取第j項性能指標。然后執(zhí)行2-11步驟，確定該指標的評估方法為分級評估還是客觀評估。接著執(zhí)行步驟2-12，依據(jù)該指標項是否對評估對象的健康狀態(tài)有決定性影響確定該指標項是核心指標還是常規(guī)指標。然后進行步驟2-13，判斷是否處理完所有的性能指標，如已處理完所有性能指標，則執(zhí)行2-15步驟，確定評估對象參數(shù)指標數(shù)目s。否則，執(zhí)行步驟2-14，對序數(shù)j進行+1賦值后轉至步驟2-10。步驟2-15確定評估對象參數(shù)指標數(shù)目s執(zhí)行后，進行步驟2-16，給性能指標序數(shù)k賦初值1。接著進行步驟2-17，讀取第k項參數(shù)指標。然后執(zhí)行2-18步驟，確定該指標的評估方法為分級評估還是客觀評估。接著執(zhí)行步驟2-19，依據(jù)該指標項是否對評估對象的健康狀態(tài)有決定性影響確定該指標項是核心指標還是常規(guī)指標。然后進行步驟2-20，判斷是否處理完所有的參數(shù)指標，如已處理完所有參數(shù)指標，則指標項確定過程結束。否則，執(zhí)行步驟2-21，對序數(shù)k進行+1賦值后轉至步驟2-17。

參照圖3，其為本方法權值系數(shù)確定的流程圖。首先進行步驟3-1讀取評估對象功能指標個數(shù)n。然后進行步驟3-2，給功能指標序數(shù)i賦初值1，核心指標數(shù)目q賦初值0，常規(guī)指標數(shù)目p賦初值0。接著進行步驟3-3，判定第i項功能指標是否核心指標，若是核心指標，則進行步驟3-6，給核心指標數(shù)目q進行q＝q+1賦值后轉到步驟3-8。若是常規(guī)指標，則進行步驟3-4，依據(jù)評估對象以及評估指標冗余、類別情況進行權值系數(shù)確定。然后進行步驟3-5，對常規(guī)指標個數(shù)p進行+1賦值。接著執(zhí)行步驟3-7，判斷是否處理完所有的功能指標，如已處理完所有功能指標，則執(zhí)行3-9步驟，讀取評估對象性能指標數(shù)目m。否則，執(zhí)行步驟3-8，對序數(shù)i進行+1賦值后轉至步驟3-3。步驟3-9讀取評估對象性能指標個數(shù)執(zhí)行后，進行步驟3-10，給性能指標序數(shù)j賦初值1。接著進行步驟3-11，判定第j項性能指標是否核心指標，若是核心指標，則進行步驟3-14，給核心指標數(shù)目q進行+1賦值后轉到步驟3-16。否則，則進行步驟3-12，依據(jù)評估對象冗余、類別情況進行權值系數(shù)確定。然后進行步驟3-13，對常規(guī)指標個數(shù)p進行+1賦值。接著執(zhí)行步驟3-15，判斷是否處理完所有的性能指標，如已處理完所有功能指標，則執(zhí)行3-17步驟，讀取評估對象性能指標數(shù)目m。否則，執(zhí)行步驟3-16，對序數(shù)j進行+1賦值后轉至步驟3-11。步驟3-17讀取評估對象參數(shù)指標個數(shù)執(zhí)行后，進行步驟3-18，給參數(shù)指標序數(shù)k賦初值1。接著進行步驟3-19，判定第k項參數(shù)指標是否核心指標，若是核心指標，則進行步驟3-22，給核心指標數(shù)目q進行+1賦值后轉到步驟3-24。否則，則進行步驟3-20，依據(jù)評估對象冗余、類別情況進行權值系數(shù)確定。然后進行步驟3-21，對常規(guī)指標個數(shù)p進行+1賦值。接著執(zhí)行步驟3-23，判斷是否處理完所有的參數(shù)指標，如已處理完所有參數(shù)指標，則權值系數(shù)確定過程結束。否則，執(zhí)行步驟3-24，對序數(shù)j進行+1賦值后轉至步驟3-19。

參照圖4，其為本方法達標系數(shù)測試的流程圖。首先進行步驟4-1，讀取評估對象核心指標個數(shù)q。然后進行步驟4-2，給核心指標序數(shù)j賦初值1。接著進行步驟4-3，獲取第j項核心指標測量數(shù)據(jù)，此處測量數(shù)據(jù)可以是評估對象的測量數(shù)據(jù)及其分析處理結果數(shù)據(jù)。然后進行步驟4-4，計算并記錄核心指標達標系數(shù)，此處要按照指標項確定中得到的結果采取分級評價或客觀評價的方式對達標系數(shù)進行計算。接著進行步驟4-5，判斷是否處理完所有的核心指標，如已處理完所有核心指標，則執(zhí)行4-7步驟，讀取評估對象常規(guī)指標個數(shù)p。否則，執(zhí)行步驟4-6，對序數(shù)j進行+1賦值后轉至步驟4-3。步驟4-7執(zhí)行后，進行步驟4-8，給常規(guī)指標序數(shù)i賦初值1。接著進行步驟4-9，獲取第i項常規(guī)指標測量數(shù)據(jù)或分析處理結果數(shù)據(jù)。然后進行步驟4-10，計算并記錄常規(guī)指標達標系數(shù)，此處要按照指標項確定中得到的結果采取分級評價或客觀評價的方式對達標系數(shù)進行計算。接著進行步驟4-11，判斷是否處理完所有的常規(guī)指標，如已處理完所有常規(guī)指標，則達標系數(shù)測試過程結束。則指標項確定過程結束。否則，執(zhí)行步驟4-12，對序數(shù)i進行+1賦值后轉至步驟4-9。

參照圖5，其為本方法健康指數(shù)計算的流程圖。首先進行步驟5-1，讀取評估對象核心指標個數(shù)q。然后進行步驟5-2，給核心指標序數(shù)j賦初值1。接著進行步驟5-3，讀取第j項核心指標達標系數(shù)。然后進行步驟5-4，判斷是否處理完所有的核心指標，如已處理完所有核心指標，則執(zhí)行5-6步驟，讀取評估對象常規(guī)指標個數(shù)p。否則，執(zhí)行步驟5-5，對序數(shù)j進行+1賦值后轉至步驟5-3。步驟5-6執(zhí)行后進行步驟5-7，給常規(guī)指標序數(shù)i賦初值1。接著進行步驟5-8，讀取第i項常規(guī)指標達標系數(shù)和權值系數(shù)。然后進行步驟5-9，判斷是否處理完所有的常規(guī)指標，如已處理完所有常規(guī)指標，則轉至步驟5-11，計算并輸出評估對象健康狀態(tài)指數(shù)E。否則，執(zhí)行步驟5-10，對序數(shù)i進行+1賦值后轉至步驟5-8。步驟5-11執(zhí)行后，健康指數(shù)計算過程結束。

參照圖6，參數(shù)正常值范圍為圖中給出了健康狀態(tài)達標系數(shù)隨參數(shù)的變化而變化的過程。

表1為評估某衛(wèi)星太陽翼健康狀態(tài)的實例。