一种星敏感器在轨数据多级故障诊断方法与流程

本发明涉及卫星姿轨控分系统可靠性保证技术领域，具体涉及一种星敏感器在轨数据多级故障诊断方法。

背景技术：

星敏感器是姿轨控分系统重要单机之一，它的可靠正常工作是卫星正常运行的基本保证。由于星敏感器在轨出现问题时，如果得不到及时诊断，严重故障情况下会导致卫星失控。由于星敏感器功能复杂，软件实现也是多样化，因此国内在轨卫星对星敏感器就诊断条件都不够完善，多次出现过因星敏感器故障而进入全姿态的现象。随着卫星的寿命要求越来越长，对星敏感器的星上安全可靠的进行自主故障诊断和隔离与重构的需求也越来越迫切。随着星敏感器在轨使用样本增多，对星敏感器的故障特性和数据特性有了更新更深入的了解，为此可以针对这些特性逐步完善星敏感器的故障诊断措施。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种星敏感器在轨数据多级故障诊断方法，当其中一个星敏感器异常或故障时，能准确及时的诊断出该故障，并将该星敏感器的数据和单机隔离不接入系统使用，保证系统不受影响或少受影响。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种星敏感器在轨数据多级故障诊断方法，其特征是，包含以下步骤：

S1、星载计算机与多个星敏感器分别进行串口通讯，对通讯状态进行检查，通讯正常，则继续执行步骤S2，通讯错误，则置故障标志FSTE1＝1后结束；

S2、对从通讯口到的状态字信息进行诊断，当状态字中出现任意状态位故障，则置故障标志FSTE1＝1后结束，若状态正常数据有效，则继续执行步骤S3；

S3、对多个星敏感器数据两两比对诊断，若两者姿态比较一致，则判定两个星敏感器正常，当前周期故障诊断结束，若比较不一致，则继续执行步骤S4；

S4、计算每个星敏感器自身当前拍的姿态确定角数值与上一拍的姿态确定角数值的变化，若每个向量变化量的绝对值都小于设定阈值Δg2ST，则判定该星敏感器j的输出数据正常，若任意一个向量变化量的绝对值大于设定阈值Δg2ST，则判定该星敏感器j的输出数据异常，置数据异常标志FCSTj＝1，若连续ΔJ_ST拍数据异常，则置该星敏感器j的故障标志FSTj＝1；

S5、计算每个星敏感器当前拍姿态确定角数值与上一拍的姿态角数的差值，若每个向量的差值都小于设定阈值Δ_ST，则认为该星敏感器j的数据正常，若任何一个向量的差值大于设定阈值Δ_ST，则认为该星敏感器j的数据异常，置数据异常标志FLSTj＝1，若连续ΔJ_ST拍数据异常，则置该星敏感器j的故障标志FSTj＝1。

上述的星敏感器在轨数据多级故障诊断方法，其中，所述的步骤S2中还包含：

当状态正常但数据无效时，进行如下处理：

若星敏感器j连续超过ΔT_ST时间数据无效，则置数据持续异常标志FCSTj＝1，然后给星敏感器j进行一次断电再加电操作，当星敏感器数据恢复正常十拍后，FCSTj清零，判定数据正常，继续执行步骤S3；若加电后再持续ΔT_ST无效，则将相应星敏感器j置为故障，置故障标志FSTEj＝1星敏感器不接入系统使用然后结束，ΔT_ST为星敏感器与杂光的最长可能时间。

上述的星敏感器在轨数据多级故障诊断方法，其中，所述的步骤S3具体包含：

对多个星敏感器数据两两比对诊断，若两者姿态的数据之差的绝对值小于设定阈值Δg2ST，则判定两个星敏感器正常，当前周期故障诊断结束，若两者姿态的数据之差的绝对值大于设定阈值Δg2ST，则继续执行步骤S4。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、充分利用了在轨星敏感器的故障信息结合星敏感器自身特性，对星敏感器数据进行了多级故障诊断，诊断正确性较高，使得星敏感器的故障判断尽可能完善且不误判和漏判；

2、本方法简单易行，不用需增加任何硬件，易于星上实现。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

定义每个星敏感器的姿态确定角数据为：

式中：

ST_i(k)表示第i个星敏感器当前采样周期的姿态确定数据；

ST_ix(k)表示第i个星敏感器当前采样周期X轴方向姿态确定角；

ST_iy(k)表示第i个星敏感器的当前采样周期Y轴方向姿态确定角；

ST_iz(k)表示第i个星敏感器当前采样周期Z轴方向姿态确定角；

下标k换成k-1则表示上一个周期的数据。

如图1所示，本发明提供了一种星敏感器在轨数据多级故障诊断方法，其具体包含以下步骤：

S1、在进行星敏感器数据诊断之前先要确认星敏感器的通讯状态正常：对通讯状态进行检查，通讯正常，则继续执行步骤S2；若姿轨控计算机与星敏感器通讯发生奇偶校验错、识别码错、校验字节错等通讯错误，则本次数据无效，不再执行后续步骤，本次采样周期的故障诊断就结束；如果连续ΔJ_ST次发生以上数据无效情况，则判定当前使用的通讯接口出现故障，置故障标志FSTE1＝1，ΔJ_ST指判断故障的拍数，同下文。

S2、星敏感器通讯正常后，先对从通讯口到的状态字信息进行判断，星敏感器输出的状态字中一般含有对自身的一些状态判断，当状态字中的某一个或同时几个状态位为故障状态，则如果连续ΔJ_ST次发生以上情况，则判定当前使用的星敏感器出现故障，置故障标志FSTE1＝1。

另外星敏感器还存在状态正常但数据无效的情况，星敏感器长期数据无效时有时是因为杂光干扰引起，也有可能是由于软件异常引起，该故障是可以通过对星敏感器进行一次断电再加电操作使软件重新加载运行而恢复，因此这里首先要分析星敏感器可能与杂光的最长可能时间ΔT_ST，在这个时间之内只判星敏感器数据异常，不接入系统使用，超过这个时间还异常，则一次断电再加电操作，具体对星敏长期数据无效时处理如下：

如果星敏感器j连续超过一定时间ΔT_ST数据无效，则设置一个表征星敏数据持续异常的标志FCSTj＝1，给星敏感器进行一次断电再加电操作；当星敏数据恢复正常十拍后，FCSTj清零，判定数据正常，继续执行步骤S3；若加电后再持续ΔT_ST无效，则将相应星敏感器j置为故障，置故障标志FSTEj＝1，星敏感器不接入系统然后结束。

S3、在星敏感器数据有效的情况下，进行多个星敏感器之间姿态确定角的两两比较：

ST_j(k)＝(ST_jx(k)-ST_j+1x(k),ST_jy(k)-ST_j+1y(k),ST_jz(k)-ST_j+1z(k))

j＝1...i-1 (2)

若ST_j(k)的每个向量绝对值都小于阈值Δg2ST，则认为星敏感器j和星敏感器j+1数据都正常，则当前周期故障诊断结束，本周期诊断结束，判定星敏正常无故障；如果任何一个向量绝对值大于阈值Δg2ST，则进行后面的操作。

S4、计算每个星敏感器自身当前拍的姿态确定角数据与上一拍的值变化量

ST_j(k)(k-1)＝(ST_jx(k)-ST_jx(k-1),ST_jy(k)-ST_jy(k-1),ST_jz(k)-ST_jz(k-1))

j＝1...i (3)

若ST_j(k)(k-1)的每个向量绝对值都小于阈值Δ_ST，则认为当前星敏感器j的数据正常，本周期诊断结束，判定星敏正常无故障；若任何一个向量绝对值大于阈值Δ_ST，则判星敏感器j的输出数据异常，置数据异常标志FLSTj＝1，如果连续ΔJ_ST拍数据异常，则置相应星敏感器故障FSTEj＝1。

步骤5、姿轨控分系统每个周期都会计算当前周期的姿态角估值由于该估值会用到有效的星敏感器姿态确定角数据进行迭代计算，为此星敏感器当前拍姿态确定角应当与上一拍的姿态角估值进行比较，确认有效后再计算当前拍的姿态角估值。

星计算敏感器当前拍姿态确定角与上一拍的姿态角估值之差：

若ST_-ATT_j(k)的每个向量绝对值都小于阈值ΔATTI，则认为当前星敏感器j的数据正常，若任何一个向量绝对值大于阈值ΔATTI，则判星敏感器j的输出数据异常，置数据异常标志FLSTj＝1，如果连续ΔJ_ST拍数据异常，则置相应星敏感器故障FSTj＝1，ΔATTI根据星敏感器的性能和卫星的角速度来确定。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。