趋势分析法在卫星在轨管理中的应用.pdf

航 天 器 环 境 工 程 第 29卷第 4期
454 SPACECRAFT ENVIRONMENT ENGINEERING 2012年 8月
趋势分析法在卫星在轨管理中的应用
王巍巍,彭 梅,刘百麟,刘晓鹏
北京空间飞行器总体设计部,北京 100094
摘要:深入研究趋势分析方法在卫星在轨管理中的应用,可以弥补长期以来运用参数门限方法发现异常的
缺点,帮助在轨管理人员了解卫星重点部件的性能变化,及时发现相关部件的在轨异常,提高其专业分析能力。
文章以范例的形式,利用趋势分析方法针对卫星重点部件的遥测参数进行了分析,并得到星上是否异常的结论。
关键词:趋势分析方法;卫星在轨管理;电源系统
中图分类号:V442 文献标识码:A 文章编号:1673-1379201204-0454-04
0 引言 轨管理技术领域占据主导地位。但是,这方法也
存 在着 明显的 局限 性。近年 来的 研究工 作逐 步发
随着我国航天事业的蓬勃发展,在轨运行 卫星
现,有相当部分在轨异常发生时,卫星的相关遥
的数量逐年增多,卫星的寿命持续延长,各项控制
测参数并未出现范围越限的情况。例如:2004年
日趋复杂,对地面进行卫星在轨运行状态监视、发
中星 20号卫星南侧蓄电池组 3 个单体性能出
现故障并及时处理提出了更高的要求。及时、有效
现了衰变的异常,蓄电池组电压发生了突降,但
地在轨监测与管理的自动化手段是实时发现问题、
仍旧保持在正常值范围之内。 由于当时只能依靠参
快速处理问题的有效途径,是实施多星在轨管理的
数门限方法来判别异常,直到蓄电池组温度超过上
必要保证。在这样的发展形势下,卫星的在轨管理
限时才被认定为异常, 无法提前作出判断, 此时有
技术也悄然发展并逐 步完 善。
两节单体已经彻底丧失了电性能,为维持该卫星后
趋势分析方 法是卫星 在轨 管理技术的 重要组
续在轨正常运行带来了巨大的挑战。
成部分, 针对卫星重点部件的在轨性能变化进行监
趋势分析方法是对渐变型故障尽早作出鉴别,
视和管理。随着卫星寿命的延长,星上很多重点设
判断的依据是源于卫星的遥测参数。重点分析在轨
备、 重要部件的性能都会发生系列的变化,包括
卫星参数的变化规律、部件的性能变化趋势,如果
性能的退化 、 效率的降低等等。 通过对卫星性能参
发现有不正常的 变化趋势,则必须针对该异常的部
数进行 遥测及趋势分析, 根据趋势分析的结果判断
件作出更为详尽地全面分析,覆盖该部件涉及的全
部件的衰退 状况, 预告相关部件可能发生的在轨异
部在轨遥测参数,目的是确认该部件是否出现了性
常, 从而提前采取应对措施, 实现延长卫星寿命的
能的提前衰降。如果是,则可先行采取有效的补救
目标。
措施、制定故障处理策略,以达到挽救卫星并延长
1 趋势分析方法概述
其寿命的目的。通过对在轨信息的分析与再利用,
可以不断提高卫星在轨管理水平。
在轨管理技术发展初期,国内外重点都是放在
然而,趋势分析方法的发展还处于初期阶段,
参数门限方法上,即以卫星遥测参数是否超出正常
原因是在轨卫星参数趋势分析只能靠 人工完成,需
值范围来确认其 在轨 工作状况。这是由于绝大多数
要人工干预、人为综合判断分析的因素较多。简言
在轨异常都可以通过门限设置的方法及时发现,特
之, 要求在轨管理人员有较强的专业分析能力、较
别是对于状态量的突 变等 异常非常行之有效。
丰富的在轨管理经验, 对各分系统有较全面 的综合
参数门限方 法在很长 段 时间内于 航天 器在
收稿日期:2012-02-13; 修回日期:2012-04-10
作者简介:王巍巍1972- ,女,高级工程师,从事航天器在轨管理工作。联系电话 :01068745828。
航 天 器 环 境 工 程 第 29卷第 4期
第 4期 王巍巍等:趋势分析法在卫星在轨管理中的应用 455
454 SPACECRAFT ENVIRONMENT ENGINEERING 2012年 8月
知识。 这使趋势分析方法的在轨管理应用受到了 故 这种 问题通 过参 数门限方 法是 无法实 现异 常报
定限制。 警的。
随着卫星在轨管理技术的逐步发展,将针对某通过对 该卫 星电源系 统相 关性能参数 趋势图
趋势分析法在卫星在轨管理中的应用
些重点分系统、部件以及重要参数的趋势分析方法图 1 进行 比对分析,认为上述现象的出现可能
被固化下来, 形成专家知识库并采用智能化软件来是个在轨异常。
王巍巍,彭 梅,刘百麟,刘晓鹏
进行自动识别判断,是未来趋势分析方法的发展方
北京空间飞行器总体设计部,北京 100094
向。通过研究目前国内外预警算法例如,小波、
摘要:深入研究趋势分析方法在卫星在轨管理中的应用,可以弥补长期以来运用参数门限方法发现异常的
概率神经网、预警管道等算法 可用性 ,提出
缺点,帮助在轨管理人员了解卫星重点部件的性能变化,及时发现相关部件的在轨异常,提高其专业分析能力。
适用于卫星遥测数据特点的预测方法,为趋势分析
文章以范例的形式,利用趋势分析方法针对卫星重点部件的遥测参数进行了分析,并得到星上是否异常的结论。
工具的研制提供支持。
关键词:趋势分析方法;卫星在轨管理;电源系统
中图分类号:V442 文献标识码:A 文章编号:1673-1379201204-0454-04
2 趋 势分析 方法 在卫 星电源 系统的 应用
图 1 某卫星负载电流、充电电流、分流电流变化趋势
实例
0 引言 轨管理技术领域占据主导地位。但是,这方法也
在我国的卫星在轨管理过程中,利用趋势分析
存 在着 明显的 局限 性。近年 来的 研究工 作逐 步发
1 从图 1可以明显看出,卫星负载电流平稳,
方法, 确认在轨卫星异常, 及时进行在轨处理,从
随着我国航天事业的蓬勃发展,在轨运行 卫星
现,有相当部分在轨异常发生时,卫星的相关遥
因此排除了前述 3 条原因中的第 1条。
而挽救卫星的实例很多。
的数量逐年增多,卫星的寿命持续延长,各项控制
测参数并未出现范围越限的情况。例如:2004年
2通过在轨操作情况的核对和相关状态参数
电源系统是卫星的重要分系统之,其性能好
日趋复杂,对地面进行卫星在轨运行状态监视、发
中星 20号卫星南侧蓄电池组 3 个单体性能出
的查询, 得知卫星没有进行母线并联的操作,继而
坏对整个卫星起着决定性的作用。 如果电源系统的
现故障并及时处理提出了更高的要求。及时、有效
现了衰变的异常,蓄电池组电压发生了突降,但
排除了前述 3 条原因中的第 2条。
性能出现非异常变化, 对卫星的在轨正常工作将产
地在轨监测与管理的自动化手段是实时发现问题、
仍旧保持在正常值范围之内。 由于当时只能依靠参
3从卫星姿态分析图图 2 可以明显看出,
生极大的影响,甚至会影响到卫星寿命。
快速处理问题的有效途径,是实施多星在轨管理的
数门限方法来判别异常,直到蓄电池组温度超过上
卫星姿态平稳,因此也可以排除第 3条原因。
由于电源系统中的很多遥测参数受到负载工作