在轨航天器运行状态监测方法及系统与流程

本发明卫星通信技术领域，具体涉及一种在轨航天器运行状态监测方法及系统。

背景技术：

航天器在轨运行时通常处于复杂的外界环境，由于外界环境和运行状态的不断变化，航天器容易受到空间粒子和电磁辐射的干扰影响，而这些干扰会引起航天器相关部件性能参数发生变化，若不能及时发现并采取相应的控制措施，将会导致在轨航天器无法安全正常工作。因此，针对航天器在轨运行状态综合检测研究，对于航天需求十分紧迫，同时也是开展航天器健康运行评估研究的基础和重要工作。

目前，现有的在轨航天器运行状态监测方法主要为采用状态监测和基于算法的故障检测、集成健康管理技术、基于模式识别等方法，但上述监测方法通常仅仅对在轨航天器遥测参数进行简单的阈值判断，无法全面、真实地掌握航天器的在轨运行状态，对在轨航天器的异常情况存在错报、漏报的隐患。同时，在轨航天器的运行状态显示不直观，使得管理人员无法便捷掌握航天器的在轨运行状况及故障信息，甚至需要专业人员对航天器运行状态进行判读，不利于保障在轨航天器安全正常工作。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供基于超声信号处理的在轨航天器运行状态监测方法及系统，解决的技术问题是现有的方法不能全面、直观地获取航天器的在轨运行状态，保障在轨航天器安全正常工作。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案一方面提供了一种在轨航天器运行状态监测方法，所述方法包括以下步骤：

获取在轨航天器的实时遥测参数；

根据所述实际遥测参数得到在轨航天器的遥测状态号；

根据所述遥测状态号得到在轨航天器对应的运行状态下预设的遥测参数条件；

判断所述实时遥测参数是否满足该遥测参数条件，

若是，则将所述在轨航天器的运行状态进行直观显示；若否，则根据所述实时遥测参数获取在轨航天器的故障信息，将所述在轨航天器的运行状态及故障信息进行直观显示。

优选的，所述根据所述实际遥测参数得到在轨航天器的遥测状态号的步骤包括：

对所述实时遥测参数进行预处理；

判断预处理后的实时遥测参数是否超过预设阈值，若是，则根据所述实际遥测参数得到在轨航天器的遥测状态号；若否，则舍弃所述实时遥测参数。

优选的，所述根据所述遥测状态号得到在轨航天器对应的运行状态下预设的遥测参数条件的步骤之前包括：

建立在轨航天器的集合对应表，所述集合对应表表征在轨航天器的运行状态与对应遥测参数的关系以及该运行状态下多个遥测参数之间的关系。

优选的，所述根据所述遥测状态号得到在轨航天器对应的运行状态下预设的遥测参数条件的步骤包括：

根据所述遥测状态号从集合对应表中查找到所述在轨航天器对应的运行状态下预设的遥测参数条件，所述遥测参数条件为在轨航天器该运行状态下的遥测参数范围及多个遥测参数之间的约束关系。

优选的，所述将所述在轨航天器的运行状态进行直观显示的步骤具体包括：

通过动态可视化图形界面将所述在轨航天器的运行状态进行直观显示。

优选的，所述根据所述实时遥测参数获取在轨航天器的故障信息的步骤之前包括：

建立在轨航天器的故障预案表，所述故障预案表为在轨航天器所有运行状态对应的故障预案和故障源的查询表。

优选的，所述根据所述实时遥测参数获取在轨航天器的故障信息的步骤包括：

根据所述实时遥测参数从故障预案表查询得到在轨航天器的故障信息。

优选的，所述将所述在轨航天器的运行状态及故障信息进行直观显示的步骤包括：

通过动态可视化图形界面将所述在轨航天器的运行状态及故障信息进行直观显示。

另一方面，本发明还提供一种在轨航天器运行状态监测系统，所述系统包括：

参数获取模块，用于获取在轨航天器的实时遥测参数；

状态号计算模块，用于根据所述实际遥测参数得到在轨航天器的遥测状态号；

条件获取模块，用于根据所述遥测状态号得到在轨航天器对应的运行状态下预设的遥测参数条件；

判断模块，用于判断所述实时遥测参数是否满足该遥测参数条件；

第一显示模块，用于当所述实时遥测参数满足该遥测参数条件时，将所述在轨航天器的运行状态进行直观显示；

第二显示模块，用于当所述实时遥测参数不满足该遥测参数条件时，根据所述实时遥测参数获取在轨航天器的故障信息，将所述在轨航天器的运行状态及故障信息进行直观显示。

优选的，所述条件获取模块具体包括：

对应表建立子模块，用于建立在轨航天器的集合对应表，所述集合对应表表征在轨航天器的运行状态与对应遥测参数的关系以及该运行状态下多个遥测参数之间的关系；

查找子模块，用于根据所述遥测状态号从集合对应表中查找到所述在轨航天器对应的运行状态下预设的遥测参数条件，所述遥测参数条件为在轨航天器该运行状态下的遥测参数范围及多个遥测参数之间的约束关系。

采用上述技术方案，本发明至少可取得下述技术效果：

本发明在轨航天器运行状态监测方法及系统实现了全面、直观地获取航天器的在轨运行状态，便于及时发现和解除故障，有效保障了在轨航天器可靠安全工作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明在轨航天器运行状态监测方法的网络拓扑结构图；

图2是本发明在轨航天器运行状态监测方法的具体流程示意图；

图3是本发明在轨航天器运行状态监测系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种在轨航天器运行状态监测方法，所述方法包括以下步骤：获取在轨航天器的实时遥测参数；根据所述实际遥测参数得到在轨航天器的遥测状态号；根据所述遥测状态号得到在轨航天器对应的运行状态下预设的遥测参数条件；判断所述实时遥测参数是否满足该遥测参数条件，若是，则将所述在轨航天器的运行状态进行直观显示；若否，则根据所述实时遥测参数获取在轨航天器的故障信息，将所述在轨航天器的运行状态及故障信息进行直观显示。这样，本发明通过实时遥测参数与预设的遥测参数条件来判断在轨航天器的运行状态，从而全面、直观地直观显示航天器的在轨运行状态，便于及时发现和解除故障，保障在轨航天器安全正常工作。

请参阅图1，图1是本发明在轨航天器运行状态监测方法的网络拓扑结构图。本实施例所述的在轨航天器运行状态监测方法是基于运用服务器—客户端的CS构架，即所述在轨航天器运行状态监测方法基于一个数据处理中心(服务器)及拓展的多个监测终端(客户端)，所述多个监测终端可通过以太网与所述数据处理中心进行数据通讯，方便航天器在轨管理人员和各级设计师的监测和使用。所述在轨航天器的实时遥测参数通过光端机接收后，经由路由器、保密机到达数据处理中心，所述数据处理中心负责对该实时遥测参数进行处理、数据库管理、状态知识和故障知识管理和维护、信息发布等，所述监测终端通过数据处理中心获取在轨航天器的运行状态信息，并采用多种显示方式对在轨航天器的运行状态信息进行数据和状态的直观显示，并在轨航天器的运行发生故障出现时技术进行故障报警及获取相应的故障信息。

请参阅图2，图2是本发明在轨航天器运行状态监测方法的具体流程示意图，所述方法包括如下步骤：

步骤101：获取在轨航天器的实时遥测参数。

具体实现时，本发明实施例通过在轨航天器上或遥测源上的传感器采集在轨航天器的多个实时遥测参数，所述实时遥测参数包括在轨航天器类型、运行轨道、运行速度等，所述实时遥测参数表征了在轨航天器运行状态。

需要说明的是，本发明实施例数据处理中心在接收获取在轨航天器的实时遥测参数之前，还要进行预处理配置信息，例如根据在轨航天器类型配置相应的参数类型及数量等。

步骤102：对所述实时遥测参数进行预处理。

具体实现时，在获取到在轨航天器的实时遥测参数后，需要对所述实时遥测参数进行预处理。本实施例的步骤102具体包括：去除所述实时遥测参数中的野值并对去除野值后的实时遥测参数以一定时间间隔进行采样。这样就得到了具有时间间隔的实时遥测参数的采样数据。

步骤103：判断预处理后的实时遥测参数是否超过预设阈值，若是，则进行步骤104；若否，则舍弃所述实时遥测参数。

具体实现时，在本步骤判断之前，将获取的遥测数据进行解格式和预处理后，在轨航天器的状态分析和异常报警系统首先根据正常数据库、预警数据库进行阈值判断，获得所述在轨航天器的运行状态信息，以便后续根据在轨航天器状态知识库获得的判断规则进行状态相关遥测参数的关联判断，进一步获取单机、系统、在轨航天器的工作状态是否正常的信息。

步骤104：根据所述实际遥测参数得到在轨航天器的遥测状态号；

具体实现时，针对各航天器型号不同的遥测编排格式，首先需要获取与遥测格式相关的信息，设置在轨航天器的遥测状态号，包含的主要信息有：序号：可以根据序号定位任意遥测参数，为该遥测参数的身份识别；波道号：遥测参数在数据下传时的编排顺序，主要用于遥测参数的解析；参数名称：遥测参数的名称，主要用于可视化显示；参数代号：遥测参数的编号，根据系统进行划分；处理公式：遥测参数进行处理的公式；处理参数：公式中所需要的一些系数；正常状态信息：遥测参数所在单机处于不同状态下的正常值范围，状态间用斜杠进行分割，通过斜杠数量可以得出各遥测参数的状态数量；预警值：遥测参数发生异常的征兆信息；

上述在获取实际遥测参数之前的预处理配置信息中，已经针对各航天器的型号配置好其相应的遥测数据格式，并存储在配置表格中。当获得实际遥测参数后将其填入对应的遥测数据格式，即可获得在轨航天器的遥测状态号。

步骤105：根据所述遥测状态号从集合对应表中查找到所述在轨航天器对应的运行状态下预设的遥测参数条件，所述遥测参数条件为在轨航天器该运行状态下的遥测参数范围及多个遥测参数之间的约束关系。

具体实现时，为了全面及时掌握在轨航天器的运行状态，本发明实施例通过对在轨航天器的地面测试和在轨运行数据的分析整理，梳理出该在轨航天器所有运行状态(包括在轨航天器的遥测状态号)与遥测参数之间的关系以及遥测参数与遥测参数之间的关系，建立航天器在轨运行状态知识库，其中包括航天器正常运行规则库。根据某在轨航天器遥测参数和运行状态的研究，整理出该在轨航天器运行状态和遥测参数的对应关系表。

即，所述步骤105之前包括：

建立在轨航天器的集合对应表，所述集合对应表表征在轨航天器的运行状态与对应遥测参数的关系以及该运行状态下多个遥测参数之间的关系。

其中，本发明实施例根据航天器的实际在轨运行状态，梳理出表征在轨航天器运行状态的遥测参数集合，而且，分析得到遥测参数的正常范围并以此为标准，每个正常值范围表示一种运行状态。根据所述遥测状态号从所述集合对应表中查找到所述在轨航天器对应的运行状态下预设的遥测参数条件，所述遥测参数条件为在轨航天器该运行状态下的遥测参数范围及多个遥测参数之间的约束关系。

步骤106：判断所述实时遥测参数是否满足该遥测参数条件，若是，则进行步骤107；若否，则进行步骤108。

具体实现时，上述步骤分析得到在轨航天器的运行状态可以通过遥测参数来对应表示，这些遥测参数之间存在相应的关系，因此，可通过判断所述实时遥测参数是否满足该运行状态下的遥测参数范围及多个遥测参数之间的约束关系，即可判断所述在轨航天器的运行状态是否正常。

步骤107：将所述在轨航天器的运行状态进行直观显示；

具体实现时，当所述实时遥测参数满足该遥测参数条件(即在轨航天器下传的实时遥测参数未超过该运行状态下的遥测参数范围及多个遥测参数之间的约束关系存在)时，确定所述在轨航天器的运行状态正常，则可获得在轨航天器的相关运行状况，并将将所述在轨航天器的运行状态进行直观显示。

本实施例中，所述将所述在轨航天器的运行状态进行直观显示包括：

通过动态可视化图形界面将所述在轨航天器的运行状态进行直观显示。

需要说明的是，可通过如下方法实现上述直观显示：

(1)数据处理设计：监视终端软件根据网络接收数据处理中心服务器发送来的遥测数据以及检测状态判断结果信息，数据解析、处理完成后将存入缓冲区，通知可视化显示窗口VIEW类，动态显示窗口从缓冲区，告知动态显示窗口采用自定义消息，若将每一个数据处理完成后即向窗口进行消息广播，则会导致消息在消息队列中发生阻塞，进而发生程序崩溃。因此，本实施例程序设计为每处理完成一帧数据，向显示窗口消息广播。

(2)系统图形的可视化显示：使用可视化显示图形界面，可以使用户更加直观的查看在轨航天器各部分遥测状态情况，将在轨航天器各系统的结构用图形表示出来并与航天器在轨运行状态和遥测数据相关联，将遥测数据和状态信息，其中包括遥测值、结果是否正常状态等在系统结构框图中显示出来。另外，在轨航天器各系统的组成、各部件之间的关系和信息信号流向、供配电线路等信息显示在可视化显示界面中，并运用不同的颜色表征各系统工作状态。

(3)系统图形分级可视化动态显示：将各分系统绘制成一张监视图，同时选择一些关键遥测参数或重要运行状态完成一张整总体监视图，用以整体了解航天器的在轨运行状态，在在轨综合检测过程中以监视整星状态为主，为了能够在航天器整体监视界面快速切换至各分系统监视界面，设计界面分层解释化。

这样，通过动态可视化图形界面直观显示航天器在轨运行工作状态，监视人员可以快速、直观、高效的进行航天器在轨运行状态综合检测。

步骤108：根据所述实时遥测参数获取在轨航天器的故障信息，将所述在轨航天器的运行状态及故障信息进行直观显示。

具体实现时，当所述实时遥测参数不满足该遥测参数条件(即在轨航天器下传的实时遥测参数超过该运行状态下的遥测参数范围或多个遥测参数之间的约束关系不存在)时，确定所述在轨航天器的运行状态不正常，即此时在轨航天器运行出现故障，需要进行故障诊断，以及分析故障原因。

所述步骤108之前包括：

建立在轨航天器的故障预案表，所述故障预案表为在轨航天器所有运行状态对应的故障预案和故障源的查询表。

即，本发明实施例通过对在轨航天器的地面测试和在轨运行数据的分析整理，还建立在轨航天器所有运行状态对应的故障预案和故障源的查询表，即航天器的故障预案库，根据建立的故障预案库和故障源表，查询获取在轨航天器的故障信息，识别出问题出现的位置和原因，主要内容包括基本信息、故障判断、故障原因、故障影响、故障对策、严酷度等。另外，当判断在轨航天器运行出现故障后，即可通过数据处理中心或监测终端进行异常状况报警。这样，在轨航天器遥测参数表示、航天器状态指示表示和故障知识表示的基础上，为在轨航天器综合检测提供及时可靠的应用工具。

所述将所述在轨航天器的运行状态及故障信息进行直观显示的步骤包括：

通过动态可视化图形界面将所述在轨航天器的运行状态及故障信息进行直观显示。

本步骤通过动态可视化图形界面进行直观显示的方法类似步骤107，在此就不再赘述。

另，请参阅图3，图3是本发明在轨航天器运行状态监测系统的结构示意图。本发明还提供一种在轨航天器运行状态监测系统，所述系统包括：

参数获取模块10，用于获取在轨航天器的实时遥测参数；

状态号计算模块20，用于根据所述实际遥测参数得到在轨航天器的遥测状态号；

条件获取模块30，用于根据所述遥测状态号得到在轨航天器对应的运行状态下预设的遥测参数条件；

判断模块40，用于判断所述实时遥测参数是否满足该遥测参数条件；

第一显示模块50，用于当所述实时遥测参数满足该遥测参数条件时，将所述在轨航天器的运行状态进行直观显示；

第二显示模块60，用于当所述实时遥测参数不满足该遥测参数条件时，根据所述实时遥测参数获取在轨航天器的故障信息，将所述在轨航天器的运行状态及故障信息进行直观显示。

其中，所述条件获取模块30具体包括：

对应表建立子模块302，用于建立在轨航天器的集合对应表，所述集合对应表表征在轨航天器的运行状态与对应遥测参数的关系以及该运行状态下多个遥测参数之间的关系；

查找子模块304，用于根据所述遥测状态号从集合对应表中查找到所述在轨航天器对应的运行状态下预设的遥测参数条件，所述遥测参数条件为在轨航天器该运行状态下的遥测参数范围及多个遥测参数之间的约束关系。

相比于现有技术，本发明在轨航天器运行状态监测方法及系统具有如下有益效果：

(1)运用计算机可识别的语言对在轨航天器的遥测参数和工作状态的分析，反映航天器单机、部件的各遥测参数之间的关系、分系统在轨正常工作状态和各遥测参数的关系，为在轨航天器的全链路综合检测技术提供了数学表达式实现的基础。

(2)采用多星遥测参数并行处理技术实现所有在轨航天器运行状态的统一管理和集中处理，以应对不同航天器研究航天器状态综合检测和状态的动态显示方法，使得在轨航天器检测工作更加系统化，高效可靠，减少故障发生概率。

(3)航天器在轨运行状态的动态可视化显示将可视化技术以及状态表示与遥测参数的关系表达式相结合，开发完成在轨管理动态可视化显示软件，时时追踪在轨航天器的工作状态，采用通用、直观、形象的显示手段展现航天器的在轨运行状态，便于及时发现并诊断故障，高效解决问题，保障航天器在轨的可靠运行。

综上，本发明在轨航天器运行状态监测方法及系统实现了全面、直观地获取航天器的在轨运行状态，便于及时发现和解除故障，有效保障了在轨航天器可靠安全工作。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。