专利名称：一种基于相关矩阵的卫星角速率测量敏感器测点优化方法
技术领域：
本发明属航空航天领域，涉及ー种基于相关矩阵的卫星角速率測量敏感器测点优化方法。
背景技术：
随着科技发展，卫星已在国防军事、通信、气象等各个领域发挥着不可替代的作用。为了确保卫星在轨安全与运行质量，目前已在设计、生产、试验过程中采取一系列保障措施，从而提高产品的固有可靠性，減少在轨发生故障的概率。但是，由于卫星是涉及多学科、多领域技术的大型复杂系统，又在恶劣复杂的空间环境中长期飞行，加之元器件、原材料和加工水平的限制，在轨飞行中不可避免地会发生这样那样的故障，使其健康状况出现突然的或逐渐的恶化。因此，为了确保卫星在轨运行质量，还必须提高在轨故障诊断与处理能力，确保在故障发生后，及时检测到故障，准确定位故障源，并采取有效措施使故障影响降至最低，这是从系统层面克服产品固有可靠性不足，提高卫星运行可靠性和延长寿命的有效手段。为了提高卫星在轨故障诊断能力，首先需要对部件进行可诊断性设计，部件可诊断性设计的关键是提供尽可能多的遥测信息。但由于受到重量、体积、上下行数据量等众多约束条件限制，部件不可能对所有故障模式都设置测点。因此，需对部件的遥测信息进行优化设计，使其在满足约束的条件下能够提供尽可能多的诊断信息。目前，在卫星部件设计中尚未考虑可诊断性设计，遥测信息的选取主要依靠设计人员的经验，导致部件的可诊断性较差。角速率測量敏感器作为卫星控制系统姿态测量的核心部件，每颗卫星都必须配备。角速率測量敏感器故障后如果不及时检测和隔离，将会导致姿态丢失、能源耗尽等严重事故，因此，角速率測量敏感器的可诊断性设计是卫星控制系统研制的关键。

发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种卫星用角速率测量敏感器的测点优化配置方法，从而保证在满足资源约束的情况下检测和分离尽可能多的故障，为卫星控制系统的可诊断性设计提供依据。本发明的技术解决方案是一种基于相关矩阵的卫星角速率測量敏感器测点优化方法，步骤如下
(I)对角速率測量敏感器进行功能模块划分。功能模块划分原则是将具有独立接ロ、能够完成一定功能的部分划分为一个功能模块。根据角速率測量敏感器的工作原理，建立上述各功能模块的信号流图，并在信号流图中标明所有测点；(2)对角速率測量敏感器进行故障模式影响分析FMEA，确定角速率測量敏感器的故障模式以及故障影响，井根据故障影响将故障模式添加到信号流图中；(3)建立故障-测点相关矩阵，具体定义如下
权利要求
1.一种基于相关矩阵的卫星角速率测量敏感器测点优化方法，其特征在于步骤如下 (1)对角速率测量敏感器进行功能模块划分；功能模块划分原则是将具有独立接口、能够完成一定功能的部分划分为一个功能模块；根据角速率测量敏感器的工作原理，建立上述各功能模块的信号流图，并在信号流图中标明所有测点； (2)对角速率测量敏感器进行故障模式影响分析FMEA，确定角速率测量敏感器的故障模式以及故障影响，并根据故障影响将故障模式添加到信号流图中； (3)建立故障-测点相关矩阵，具体定义如下其中，m为故障模式个数，n为测点个数，矩阵的行向量为各故障模式在各个测点上反映的信息，列向量为测点可测得的故障信息；(Iij为矩阵元素,i = 1,2, ---,m, j = 1,2,…，n ； (4)根据信号流图，针对每个故障模式沿信号输出方向按广度优先搜索遍历所有功能模块，在相关矩阵中将各个故障与其可达测点所对应的元素赋值为1，即如果故障模式i能够影响到测点j，则Clij = 1，否则Clij赋值O ; (5)根据步骤(4)建立的故障-测点相关矩阵D，对角速率测量敏感器进行故障可检测性分析 (5. I)将故障-测点相关矩阵中代表角速率测量敏感器角速度数字量输出的测点记为必需测点； (5. 2)根据所选测点L变更相关矩阵；如果在故障-测点相关矩阵中与L相关的元素Clij = 1，则将相关矩阵中du = I所对应行中各元素均设置为O，从而得到变换后的相关矩阵D'，d' u为变换后的相关矩阵D'的元素；第一个所选测点为步骤(5. I)确定的必需测点； (5. 3)计算剩余测点的故障检测权值WFDj I=I (5. 4)将最大的Wfw对应的测点作为下一个所选测点Ir从步骤(5. 2)循环执行，直到所有测点的故障检测权值Wfw均为O为止； (5. 5)将所有测点中未被作为所选测点的测点记为故障检测冗余测点并去除。
2.根据权利要求I所述的一种基于相关矩阵的卫星角速率测量敏感器测点优化方法，其特征在于在对角速率测量敏感器进行故障可检测性分析的基础上，进一步对角速率测量敏感器进行故障可分离性分析 (6. I)将故障-测点相关矩阵中代表角速率测量敏感器角速度数字量输出的测点记为必需测点； (6. 2)根据所选测点Tj分割当前矩阵D%分割原则为对1对应的列向量Clij进行筛选，将du = I的行前移，将当前矩阵D*分成两个子矩阵，一个矩阵中所选L对应的du = 1，另一个矩阵L对应的du = O ;第一个所选测点为步骤(6. I)确定的必需测点；当前矩阵D*的初值为故障-测点相关矩阵D ； (6. 3)计算所有测点的故障分离权值WFIj k^\ Z为所有子矩阵的个数为第k个子矩阵内Tj所对应元素Du = I的个数为第k个子矩阵内Tj所对应元素Clij = O的个数，且€( + ) = m ；Jfe=I (6. 4)将最大的Wfw对应的测点作为下一个所选测点Ir将步骤(6. 2)分割后的所有子矩阵依次作为当前矩阵D%从步骤(6. 2)循环执行，直到所有测点的故障分离权值Wfw均为 O为止； (6. 5)将所有测点中未被作为所选测点的测点记为故障分离冗余测点并去除。
全文摘要
一种基于相关矩阵的卫星角速率测量敏感器测点优化方法，(1)对角速率测量敏感器进行功能模块划分，建立各功能模块的信号流图，并在信号流图中标明所有测点；(2)对角速率测量敏感器进行故障模式影响分析FMEA，确定角速率测量敏感器的故障模式以及故障影响，并根据故障影响将故障模式添加到信号流图中；(3)建立故障-测点相关矩阵，(4)根据信号流图，对相关矩阵赋值；(5)根据步骤(4)建立的故障-测点相关矩阵D，对角速率测量敏感器进行故障可检测性分析。本发明克服现有技术的不足，能够保证在满足资源约束的情况下检测和分离尽可能多的故障，为卫星控制系统的可诊断性设计提供依据。
文档编号G01P21/02GK102735877SQ20121021150
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月18日 优先权日2012年6月18日
发明者刘成瑞, 王南华, 蔡彪, 邢琰, 高伟 申请人:北京控制工程研究所