微纳卫星自主健康状态评估方法研究

发布时间：2017-09-26 14:16

  本文关键词：微纳卫星自主健康状态评估方法研究

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【摘要】：微纳卫星以微电子技术为基础,具有体积小、功耗低、质量轻、成本低、风险小、开发周期短等特点。微纳卫星星上器件多采用工业级、商品化元器件,易受到空间环境的影响,如太阳辐射、单粒子事件等。微纳卫星轨道多为低地球轨道,受地面测控站的数量及测控覆盖范围的限制,微纳卫星在轨运行期间每天过顶时间有限,导致地面测控人员无法及时监测并处理星上故障,卫星在轨故障可能影响卫星在轨任务正常开展甚至造成灾难性后果。研究微纳卫星自主健康状态评估方法不仅可实现微纳卫星在轨状态监测与故障处理,同时也可为地面测试、筛选工作提供参考依据。针对微纳卫星层次结构,微纳卫星健康状态评估需实现对部件、分系统、整星级三级状态评估。以Petri网理论为基础,结合微纳卫星健康状态信息产生、传播特点,建立微纳卫星健康状态评估Petri网模型,给出了数学描述。微纳卫星健康状态评估Petri网模型以微纳卫星最小可评估单元健康状态为输入,以良好、正常、一般、恶化、病态五级健康等级形式描述微纳卫星各层次单元健康状态的变化趋势。基于Petri网的微纳卫星健康状态评估模型能够直观描述微纳卫星层次结构,反映部件、系统之间的关联以及微纳卫星系统的健康推理关系。所建立微纳卫星健康状态评估Petri网模型是无冲突、无死锁的纯网,通过健康状态评估Petri网的删除、插入及合成运算可实现系统模块化建模。为反映卫星系统、部件间联系,使得健康状态评估结果更加合理,在微纳卫星健康状态评估Petri网模型中,引入了健康等级、权值、置信度等模型参数,并分析了健康状态评估实现过程中健康状态评估指标无量纲化处理方法、健康状态评估模型各层次权值的确定方法、微纳卫星健康状态等级的确定方法以及置信度的影响因素等。最后,以紫丁香二号微纳卫星为研究对象,建立了健康状态评估Petri网模型;利用在轨遥测数据实现了紫丁香二号卫星的健康状态评估工作,验证了所建立的健康状态评估Petri网模型的正确性。
【关键词】：微纳卫星 健康状态评估 Petri网 模型参数 紫丁香二号
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V474
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状及分析11-17
• 1.2.1 国外研究现状11-13
• 1.2.2 国内研究现状13-14
• 1.2.3 自主健康状态评估方法研究现状14-17
• 1.3 主要研究内容及论文结构17-19
• 第2章 Petri网基本理论19-31
• 2.1 引言19
• 2.2 Petri网简介19-25
• 2.2.1 Petri网基本概念19-22
• 2.2.2 库所/变迁系统22
• 2.2.3 高级Petri网22-25
• 2.3 Petri网动态性质25-27
• 2.3.1 可达性25
• 2.3.2 有界性25-26
• 2.3.3 活性26
• 2.3.4 可覆盖性26
• 2.3.5 冲突26-27
• 2.4 Petri网分析方法27-30
• 2.4.1 可达标识图与可覆盖树27-28
• 2.4.2 关联矩阵与状态方程28-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 基于Petri网的微纳卫星健康状态评估模型31-46
• 3.1 引言31
• 3.2 微纳卫星健康状态评估体系31-34
• 3.2.1 微纳卫星层次结构31-33
• 3.2.2 微纳卫星系统健康状态健康等级33-34
• 3.2.3 微纳卫星系统健康状态评估指标34
• 3.3 微纳卫星健康评估Petri网模型及动态性质34-43
• 3.3.1 微纳卫星健康评估Petri网模型35-36
• 3.3.2 微纳卫星健康评估Petri网模型推理规则36-39
• 3.3.3 微纳卫星健康评估Petri网模型动态性质39
• 3.3.4 微纳卫星健康评估Petri网模型运算性质39-43
• 3.4 紫丁香二号卫星电源B分系统Petri网模型43-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第4章 微纳卫星健康评估Petri网模型参数确定46-62
• 4.1 引言46
• 4.2 卫星特征参数的无量纲化处理46-48
• 4.3 卫星特征参数权值确定48-56
• 4.3.1 基于层次分析法的权值确定49-52
• 4.3.2 基于熵值赋权法的指标权值确定52-53
• 4.3.3 基于离差最小化的组合权重确定53-55
• 4.3.4 变权原理55-56
• 4.4 基于灰色聚类的健康等级确定56-60
• 4.4.1 灰色聚类基本原理56-58
• 4.4.2 基于灰色聚类的健康等级确定实现58-60
• 4.5 置信度确定方法60-61
• 4.5.1 事后评估60
• 4.5.2 事前设计60-61
• 4.6 本章小结61-62
• 第5章 基于紫丁香二号卫星的健康评估实现62-88
• 5.1 引言62
• 5.2 微纳卫星健康状态评估步骤62-63
• 5.3 电源B分系统健康状态评估63-76
• 5.3.1 电源B分系统健康状态评估指标及模型63-65
• 5.3.2 电源B分系统健康状态评估指标无量纲处理65-68
• 5.3.3 电源B分系统健康状态评估权值确定68-69
• 5.3.4 电源B分系统部件级健康状态评估69-74
• 5.3.5 电源B分系统健康状态综合评估74-76
• 5.4 测控B分系统健康状态评估76-82
• 5.4.1 测控B分系统健康状态评估指标及模型76-78
• 5.4.2 测控B分系统部件级健康状态评估78-81
• 5.4.3 测控B分系统健康状态综合评估81-82
• 5.5 星载计算机B系统健康状态评估82-86
• 5.5.1 星载计算机B分系统健康状态评估指标及模型82-83
• 5.5.2 星载计算机B分系统部件级健康状态评估83-85
• 5.5.3 星载计算机B分系统健康状态综合评估85-86
• 5.6 紫丁香二号卫星主份系统平台健康状态综合评估86-87
• 5.7 本章小结87-88
• 结论88-90
• 参考文献90-96
• 致谢96

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本文编号：923957