衛(wèi)星健康狀態(tài)評估指南GuidelinesforsatelliteI前言 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 14評估工作內(nèi)容 14.1衛(wèi)星故障模式影響分析 14.2衛(wèi)星健康評估指標(biāo)體系構(gòu)建 14.3特征參數(shù)選取 35各層次健康狀態(tài)評估方法 45.1單機(jī)層健康狀態(tài)評估方法 45.2分系統(tǒng)、單星、星座層健康狀態(tài)評估方法 46評估工作流程 56.1評估步驟 56.2評估總結(jié) 5附錄A(資料性)衛(wèi)星特征權(quán)值確認(rèn)方法 6附錄B(規(guī)范性)評估文件內(nèi)容樣式 7附錄C(資料性)指標(biāo)結(jié)構(gòu)示例 8本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由上海市經(jīng)濟(jì)和信息化委員會提出并組織實(shí)施。本文件由上海市航天工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會歸口。本文件起草單位：由上海衛(wèi)星工程研究所、上海航天技術(shù)研究院、上海航天技術(shù)基礎(chǔ)研究所。本文件主要起草人：鄒瑩、謝思凡、何慧群、何海燕、雷智博、胡佳磊、王就怡、樓延照、蔡偉慶、蔡先軍、張維絲、黃超。1參評對象對其上層特定評估對象的相對重要程度、貢獻(xiàn)程度的定量分配，為一層次(單機(jī)-分系統(tǒng)-單星-星座)對衛(wèi)星健康狀態(tài)進(jìn)行評估。四個(gè)層次是遞階關(guān)系，星座、編隊(duì)等星座2健康度通常包括單機(jī)、分系統(tǒng)、單星和星座的健康度，如表1所示。健康度為三種類型：可測試指標(biāo)類型(A類)、可計(jì)算指標(biāo)類型(B類)和可評估指標(biāo)類型(C類)。定義指標(biāo)項(xiàng)示例1單機(jī)完成規(guī)定任務(wù)的能力“分流器”健康度由母線電壓、母線電流1、母線電流2和分流2規(guī)定任務(wù)的能力“電源分系統(tǒng)”健康度3規(guī)定任務(wù)的能力“某衛(wèi)星”健康度由某衛(wèi)星中所有分系統(tǒng)健康度、分系統(tǒng)間可陣、姿軌控、測控和數(shù)傳等分系統(tǒng)4規(guī)定任務(wù)的能力“某星座”健康度由某星座中各衛(wèi)星健康度、各衛(wèi)星間可靠性設(shè)某層次的健康度指標(biāo)由其下一層次的n個(gè)元素的健康度指標(biāo)H,H?,…,H(表達(dá)式為聯(lián)關(guān)系等綜合計(jì)算得到，表達(dá)形式見表2。表2指標(biāo)結(jié)構(gòu)表達(dá)形式(以分系統(tǒng)層健康度為例)分系統(tǒng)層健康度指標(biāo)項(xiàng)次名稱指標(biāo)類型1分系統(tǒng)1W串聯(lián)A2B3單機(jī)……………4工作C5HW工作C6單機(jī)……………7A健康等級劃分及描述見表3。1健康：全面完成所有功能，特征參數(shù)均在閾值范圍2亞健康：全面完成所有功能，特征參數(shù)均在閾值范圍內(nèi)，趨3性能下降：能夠完成大部分功能，特征參數(shù)在閾值范圍附近，參數(shù)趨勢有所退化；4故障：不能完成規(guī)定功能，特征參數(shù)大部分超出閾值，主34.2.2.3權(quán)重系數(shù)表達(dá)形式4.2.2.3.1權(quán)重系數(shù)與權(quán)重等級對應(yīng)權(quán)重等級(重要度)11級22級33級常規(guī)指標(biāo)，對上一層功能實(shí)現(xiàn)有影響455級失效對上一層功能實(shí)現(xiàn)影響很小或無影響4.2.2.3.2權(quán)重系數(shù)歸一化①;——參評特征參數(shù)的權(quán)重系數(shù)歸一化值，i=1,2,…,n;W?——參評特征參數(shù)的權(quán)重系數(shù)，0<W?≤1,i=1,2,…,n;n——參評特征參數(shù)的個(gè)數(shù)。根據(jù)遙測參數(shù)變化規(guī)律，對其進(jìn)行分類梳理見表5。表5衛(wèi)星遙測參數(shù)類型遙測示例1蓄電池電壓、蓄電池充電電峰谷值分析234.3.2特征參數(shù)選取方法4.3.2.1峰谷值分析4.3.2.2均值分析如果兩者一致則當(dāng)前遙測數(shù)據(jù)正常，如果偏離較大(如超過設(shè)定的閾值)則判定為數(shù)據(jù)異常。4.3.2.3方差分析5各層次健康狀態(tài)評估方法5.1單機(jī)層健康狀態(tài)評估方法曲線相似度的健康評估方法和基于周期基線的健康評估方法等，依據(jù)不同單機(jī)的遙測參數(shù)特點(diǎn)匹配相c)基于曲線相似度的健康評估方法：適用于連續(xù)信號量(平滑且低波動(dòng)型數(shù)據(jù))。根據(jù)正常運(yùn)行狀態(tài)樣本數(shù)據(jù)繪制數(shù)據(jù)曲線，將待評估運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)與樣本數(shù)據(jù)曲線間進(jìn)行動(dòng)態(tài)搜索距離計(jì)衛(wèi)星單機(jī)狀態(tài)一般由多個(gè)遙測參數(shù)表征，每個(gè)單機(jī)的健康度評估結(jié)果按照所有指標(biāo)的“健康度”和相應(yīng)權(quán)重乘積的總和來計(jì)算。見公式(2)。單機(jī)結(jié)構(gòu)樹見圖1。@;——第1遙測指標(biāo)的權(quán)重；5.2分系統(tǒng)、單星、星座層健康狀態(tài)評估方法以單機(jī)級健康狀態(tài)評估為基礎(chǔ)，依據(jù)串聯(lián)形式、并聯(lián)形式、冷備形型為工具，構(gòu)建各層次組成元素的功能邏輯關(guān)系，設(shè)計(jì)不同層次邏輯關(guān)系逐層開展健康狀態(tài)評估，詳見圖2。分系統(tǒng)基本健輸出b)評估結(jié)果通報(bào)。評估方通報(bào)實(shí)6(資料性)衛(wèi)星特征權(quán)值確認(rèn)方法A.1層次分析法A.1.1基于熵值的客觀賦權(quán)法利用熵值法確定各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，用歸一化處理以滿足取值范圍在0～1之間，見公式A.1~式中：n——評估指標(biāo)；m——指標(biāo)數(shù)據(jù)數(shù)量；P=(pj)mxn——指標(biāo)信息分布矩陣。每個(gè)指標(biāo)的信息熵為：式中：k——縮放系數(shù)；Inp,——概率的自然對數(shù)。指標(biāo)的熵權(quán)：利用公式A.1～A.3就可以求出各個(gè)權(quán)值，當(dāng)遙測波動(dòng)較大，所含的信息較多，權(quán)值相對較大；而波動(dòng)較小，所含信息較少，權(quán)值也較小。A.1.2基于層次分析的主觀賦權(quán)法通過專家知識得到衛(wèi)星組件的重要度，應(yīng)用基于層次分析的主觀賦權(quán)法確定權(quán)重系數(shù)。先分析組件的層次結(jié)構(gòu)及健康狀態(tài)的評估指標(biāo)，利用專家知識比較各指標(biāo)相對于上層的相對性大小，作為矩陣元素確定為判斷矩陣。A.2基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的健康評估方法在基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)和模糊故障樹進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)評估時(shí)，首先根據(jù)確定的影響健康度的風(fēng)險(xiǎn)因素用故障樹模型進(jìn)行健康風(fēng)險(xiǎn)演繹，通過專家調(diào)查權(quán)重法，按照風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生可能性等級標(biāo)準(zhǔn)確定故障樹底事件發(fā)生的可能性等級，采用三角隸屬函數(shù)確定具體可能性數(shù)值，得到故障樹底事件模糊概率；根據(jù)故障樹模型向貝葉斯網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化的算法將模糊故障樹映射為貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，采用葉節(jié)點(diǎn)概率推理計(jì)算貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的葉節(jié)點(diǎn)概率，由于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)具有良好的逆推理能力，對葉節(jié)點(diǎn)進(jìn)行后驗(yàn)概率分析并根據(jù)根節(jié)點(diǎn)的重要度理論對貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的根節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重要度分析。(規(guī)范性)B.1評估報(bào)告1一概述簡要描述衛(wèi)星在軌狀態(tài)。..描述衛(wèi)星健康狀態(tài)評估的背景和目的。簡要描述評估實(shí)施過程(評估依據(jù)、時(shí)間、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、環(huán)境準(zhǔn)備、工具、系統(tǒng)設(shè)置等)情況。4.1-評估綜述，簡要描述在軌健康度等級條件的判定結(jié)果，并給出衛(wèi)星健康度結(jié)4.2-分析說明5趨勢分析與預(yù)測給出衛(wèi)星健康評估系統(tǒng)輸出的趨勢分析與預(yù)測結(jié)果，并分析說明。確保衛(wèi)星穩(wěn)定運(yùn)行的措施與合理化建議；衛(wèi)星健康狀態(tài)評估系統(tǒng)的有待完善之處與相應(yīng)措施。附錄工作分解、評估過程記錄等宜以附錄形式給出的內(nèi)8(資料性)可靠性關(guān)聯(lián)關(guān)系指標(biāo)類型1工作1級1級A2工作1級1級A3工作1級1級A4工作1級1級A5工作1級1級A2級A3級A6工作1級1級A2級A3級A714路分流調(diào)節(jié)子電路分為A、B兩1級1級A1級A3級A9表C.1某衛(wèi)星單機(jī)層健康度指標(biāo)項(xiàng)示例表(續(xù))可靠性關(guān)聯(lián)關(guān)系指標(biāo)類型8電電路分為主備兩套冷備份電路；1級1級A1級A3級A1級A2級A9電電路分為主備兩套冷備份電路；1級1級A1級A3級A1級A2級A由功能相同的兩套驅(qū)動(dòng)1級1級A2級A3級A3級A1級2級A3級A3級A電機(jī)溫度2級A份1級1級A1級A2級A表C.1某衛(wèi)星單機(jī)層健康度指標(biāo)項(xiàng)示例表(續(xù))可靠性關(guān)聯(lián)關(guān)系指標(biāo)類型主展開機(jī)構(gòu)兩套繞組熱備份，分別由展開控制器的A、B路驅(qū)動(dòng)線路控制1級2級A1級A1級A1級A常工作即可，保證切割器起爆成功1級1級A工作1級火工品約束點(diǎn)遙測1級A工作1級1級A工作1級火工品壓緊點(diǎn)遙測1級A工作1級服務(wù)艙配電盤28V電源遙測1級A工作1級服務(wù)艙28V遙控電源遙測1級A工作1級1級A3級A3級A工作1級1級A1級A某衛(wèi)星邏輯單機(jī)健康度指標(biāo)結(jié)構(gòu)示例見表C.2。表C.2某衛(wèi)星邏輯單機(jī)健康度指標(biāo)結(jié)構(gòu)示例(電源、有效載荷分系統(tǒng)單機(jī)為例)指標(biāo)項(xiàng)可靠性關(guān)聯(lián)關(guān)系可靠性關(guān)聯(lián)關(guān)系指標(biāo)類型電源分系統(tǒng)1電陣、B路供電工作1級1級工作B1級工作A1級工作B2蓄電池組(70Ah電池組B)工作1級蓄電池組A容量；蓄電池組B容量1級工作BA組蓄電池放電深度=(JA組蓄電池放電電流蓄電池放電時(shí)間)÷70Ah;B組蓄電池放電深度=(?B組蓄電池放電電流×A組蓄電池放電時(shí)間)÷70Ah1級工作B蓄電池A電壓，蓄電池B電壓1級工作AA、B組蓄電池充電電流÷A、B組蓄電池放電電流；3級工作B表C.2某衛(wèi)星邏輯單機(jī)健康度指標(biāo)結(jié)構(gòu)示例(電源、有效載荷分系統(tǒng)單機(jī)為例)(續(xù))指標(biāo)項(xiàng)可靠性關(guān)聯(lián)關(guān)系可靠性關(guān)聯(lián)關(guān)系指標(biāo)類型3電源控制器(分流器、充放電調(diào)調(diào)節(jié)器B)工作1級1級工作A分流調(diào)節(jié)器最大分流能力：A、B太陽電池供電陣7電流∈[0.0A,5.0A]A、B太陽電池供電陣1-7電壓∈[0.0V,33.0V]1級14路分流調(diào)節(jié)子電路分為A、B兩組，每組允許一個(gè)開路/短路失效A放電調(diào)節(jié)效率：1)÷(蓄電池A電壓×A路放電調(diào)節(jié)輸出電流);2)÷(蓄電池B電壓×B路放電調(diào)節(jié)輸出電流)2級電路分5路，5取4熱B限流充電功能：陰影期轉(zhuǎn)為光照期后：一階段蓄電池充電電流=14.0A±0.5A;1級工作AT-V曲線控制功能：當(dāng)一階段蓄電池充電電流●A、B路T-V曲線狀態(tài)∈[1.0,1.8]V(1#)時(shí)：A、B組蓄電池電壓=54V±0.5V;●A、B路T-V曲線狀態(tài)∈[2.0,2.8]V(2#)時(shí)：A、B組蓄電池電壓=54.72V±0.5V;●A、B路T-V曲線狀態(tài)∈[3.0,3.8]V(3#)時(shí)：A、B組蓄電池電壓=55.44V±0.5V;●A、B路T-V曲線狀態(tài)∈[4.0,4.8]V(4#)時(shí)：A、B組蓄電池電壓=52.56V±0.5V1級工作A表C.2某衛(wèi)星邏輯單機(jī)健康度指標(biāo)結(jié)構(gòu)示例(電源、有效載荷分系統(tǒng)單機(jī)為例)(續(xù))系可靠性關(guān)聯(lián)關(guān)系指標(biāo)類型3電源控制器(分流器、電調(diào)節(jié)器B)工作1級放電調(diào)節(jié)電路輸出功率：調(diào)節(jié)輸出電流；1級效B放電調(diào)節(jié)電路輸出不平衡度：調(diào)節(jié)輸出電流)3級效B(安時(shí)),蓄電池組B容量(安時(shí))=70Ah1級工作A4工作1級1級工作C靈敏度1級工作C5工作1級定標(biāo)精度1級工作C靈敏度1級工作C6工作1級定標(biāo)精度1級工作C靈敏度1級工作C7工作1級1級工作C8中分辨率光譜成像儀工作1級幅寬1級工作C表C.2某衛(wèi)星邏輯單機(jī)健康度指標(biāo)結(jié)構(gòu)示例(電源、有效載荷分系統(tǒng)單機(jī)為例)(續(xù))系可靠性關(guān)聯(lián)關(guān)系指標(biāo)類型8中分辨率光譜成像儀工作1級空間分辨率1級工作C靈敏度1級工作C定標(biāo)精度1級工作C某衛(wèi)星健康狀態(tài)評估指標(biāo)結(jié)構(gòu)示例見表C.3。表C.3某衛(wèi)星健康狀態(tài)評估指標(biāo)結(jié)構(gòu)示例序號參評對象名稱象名稱聯(lián)關(guān)系象名稱聯(lián)關(guān)系關(guān)聯(lián)關(guān)系1某衛(wèi)星系列關(guān)系1級電源分關(guān)系1級電陣、70Ah鎳鎘蓄電池組A、70Ah鎳鎘蓄電器a、充放電調(diào)各單機(jī)間表C.1各單機(jī)間見表C.1電、供電)陣電流、蓄電池電壓、蓄電池(充電、放電)電流、母線電壓、母線電流等電功率輸出能力、蓄電池組容量、放電深壓、母線電流、分流調(diào)電調(diào)節(jié)效率、T-V曲線路圈能量平衡等序號參評對象名稱象名稱聯(lián)關(guān)系關(guān)系系2某衛(wèi)星系列關(guān)系1級陣分系統(tǒng)與其它分系統(tǒng)串聯(lián)關(guān)系1級控制器、主展開機(jī)構(gòu)、等見表C.1見表C.1電機(jī)繞組電流、電機(jī)繞組電壓、展開控制展開能力3與其它分系統(tǒng)串聯(lián)關(guān)系1級