基于模糊贝叶斯网络的航天器生存力评估专家系统研究

发布时间：2020-09-09 16:29

　　 空间碎片正严重威胁着航天器的在轨运行,空间碎片撞击航天器的平均速度超过10km/s,这样的超高速撞击过程,一旦发生就可以轻易穿透航天器防护结构。轻则致使航天器局部失效、功能降阶,重则发生整星解体机毁人亡。进行空间碎片环境下的航天器生存力评估,对于任务风险评估和任务规划都有十分重要的现实意义和实用价值。为提高的航天器生存力评估结果适用性,本文针对确定部件失效到系统生存力的风险传递过程进行模型搭建与算法推理研究,并结合故障诊断与预测方法,提出了基于模糊贝叶斯网络的航天器生存力评估专家系统的研究方法。为建立更完善的系统易损性分析模型,本文开发了航天器生存力评估的专家系统,系统中专家知识即为航天器部件易损性到系统易损性的风险传递模型化知识,通过专家知识推理即可完成目标航天器系统易损性模型搭建和生存力评估。本系统设计了人机交互界面、基于故障树模型的知识获取机、基于产生式规则的知识表达以及结合数据库完成了知识的存储。为解决原有故障树法计算过程复杂、单向推理、精确度差等问题,本文设计了基于贝叶斯网络的专家知识推理机。完成空间碎片撞击下的部件易损性定义即可激活推理机,基于故障树的知识模型映射完成有向无环网络的构造,并完成有向边的条件概率表定义,即可开始贝叶斯网络的双向概率推理,因果推理获得分系统、系统失效和系统生存力的全概率推理结果,诊断推理求得后验概率表征底事件失效的系统影响程度。由于生存力评估的“二态”性和风险传递过程条件概率不确定性问题,本文设计了基于模糊贝叶斯网络推理的生存力评估方法。结合航天器FMECA提出了系统易损性的等级评价和航天器生存力指数评价,完善了生存力评估表征,并在推理时将贝叶斯网络节点参数的专家经验自然语言表述进行模糊概率处理,建立模糊概率与易损性等级的模糊概率矩阵,通过贝叶斯网络推理,得到精确度更高的航天器多态生存力评估结果。针对以上设计方案进行了软件开发,采用Visual Studio 6.0作为专家系统开发平台,后台数据管理采用SQL Server 2014,在Matlab 2016a进行了两种推理算法的开发计算。分析结果与经典生存力算法结果一致,证明了本文提出的生存力算法的正确性。该方法提供了高效的航天器生存力评估方案,不仅兼容空间碎片撞击下的风险评估,也兼容多种损伤机理的评估,具有一定的工程应用价值。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V528
【部分图文】：

图 1-1 MSCSurv 软件评估流程欧盟国家开展了名为 FP7（即所谓“第七框架计划”）的科技开发计划，ReVus 计划与 P2-RO-TECT 均为关于面临空间碎片环境的航天器易损性分计划。ReVus 计划是针对<0.1cm、1cm~10cm 级空间碎片对于 LEO 轨道伤情况以及撞击风险分析，这种碎片对于在轨飞行器既既无法跟踪定位、又能在高速撞击情况下对卫星造成巨大损伤[12-13]。

图 1-1 MSCSurv 软件评估流程名为 FP7（即所谓“第七框架计划”）的-RO-TECT 均为关于面临空间碎片环境的划是针对<0.1cm、1cm~10cm 级空间碎片风险分析，这种碎片对于在轨飞行器既既情况下对卫星造成巨大损伤[12-13]。

图 1-4 MORAS 风险评估软件流程图分析研究现状SA 等航天器研究机构对国际空间站的内部部件，进了高速撞击下多种部件包括太阳电池阵、蓄电池组的不同参数的撞击毁伤情况、目标损伤机理与部件欧空局 Schafer F.，Ryan S.等人发表了关于航天器程（BLE），其中 SRL（Sch fer-Ryan-Lambert）方e 防护结构的撞击极限判断[26]。P7 项目中，还进行了航天器关键部件易损性的评估缆进行了超高速撞击试验如图 1-5 所示，包括常规射频电缆。在试验期间，所有电缆都在其标准工况线路传输造成的干扰。观察到两种物理失效机制对电缆，在高速撞击下因外层屏蔽融化熔融和铝蒸发撞击碎片使线束弯曲，在电缆传输之间产生短路。

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本文编号：2815209