DB31-T 1631-2025 卫星健康状态评估指南

卫星健康状态评估指南GuidelinesforsatelliteI前言 12规范性引用文件 13术语和定义 14评估工作内容 14.1卫星故障模式影响分析 14.2卫星健康评估指标体系构建 14.3特征参数选取 35各层次健康状态评估方法 45.1单机层健康状态评估方法 45.2分系统、单星、星座层健康状态评估方法 46评估工作流程 56.1评估步骤 56.2评估总结 5附录A(资料性)卫星特征权值确认方法 6附录B(规范性)评估文件内容样式 7附录C(资料性)指标结构示例 8本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由上海市经济和信息化委员会提出并组织实施。本文件由上海市航天工业标准化技术委员会归口。本文件起草单位：由上海卫星工程研究所、上海航天技术研究院、上海航天技术基础研究所。本文件主要起草人：邹莹、谢思凡、何慧群、何海燕、雷智博、胡佳磊、王就怡、楼延照、蔡伟庆、蔡先军、张维丝、黄超。1参评对象对其上层特定评估对象的相对重要程度、贡献程度的定量分配，为一层次(单机-分系统-单星-星座)对卫星健康状态进行评估。四个层次是递阶关系，星座、编队等星座2健康度通常包括单机、分系统、单星和星座的健康度，如表1所示。健康度为三种类型：可测试指标类型(A类)、可计算指标类型(B类)和可评估指标类型(C类)。定义指标项示例1单机完成规定任务的能力“分流器”健康度由母线电压、母线电流1、母线电流2和分流2规定任务的能力“电源分系统”健康度3规定任务的能力“某卫星”健康度由某卫星中所有分系统健康度、分系统间可阵、姿轨控、测控和数传等分系统4规定任务的能力“某星座”健康度由某星座中各卫星健康度、各卫星间可靠性设某层次的健康度指标由其下一层次的n个元素的健康度指标H,H₂,…,H(表达式为联关系等综合计算得到，表达形式见表2。表2指标结构表达形式(以分系统层健康度为例)分系统层健康度指标项次名称指标类型1分系统1W串联A2B3单机……………4工作C5HW工作C6单机……………7A健康等级划分及描述见表3。1健康：全面完成所有功能，特征参数均在阈值范围2亚健康：全面完成所有功能，特征参数均在阈值范围内，趋3性能下降：能够完成大部分功能，特征参数在阈值范围附近，参数趋势有所退化；4故障：不能完成规定功能，特征参数大部分超出阈值，主34.2.2.3权重系数表达形式4.2.2.3.1权重系数与权重等级对应权重等级(重要度)11级22级33级常规指标，对上一层功能实现有影响455级失效对上一层功能实现影响很小或无影响4.2.2.3.2权重系数归一化①;——参评特征参数的权重系数归一化值，i=1,2,…,n;W₁——参评特征参数的权重系数，0<W₁≤1,i=1,2,…,n;n——参评特征参数的个数。根据遥测参数变化规律，对其进行分类梳理见表5。表5卫星遥测参数类型遥测示例1蓄电池电压、蓄电池充电电峰谷值分析234.3.2特征参数选取方法4.3.2.1峰谷值分析4.3.2.2均值分析如果两者一致则当前遥测数据正常，如果偏离较大(如超过设定的阈值)则判定为数据异常。4.3.2.3方差分析5各层次健康状态评估方法5.1单机层健康状态评估方法曲线相似度的健康评估方法和基于周期基线的健康评估方法等，依据不同单机的遥测参数特点匹配相c)基于曲线相似度的健康评估方法：适用于连续信号量(平滑且低波动型数据)。根据正常运行状态样本数据绘制数据曲线，将待评估运行状态数据与样本数据曲线间进行动态搜索距离计卫星单机状态一般由多个遥测参数表征，每个单机的健康度评估结果按照所有指标的“健康度”和相应权重乘积的总和来计算。见公式(2)。单机结构树见图1。@;——第1遥测指标的权重；5.2分系统、单星、星座层健康状态评估方法以单机级健康状态评估为基础，依据串联形式、并联形式、冷备形型为工具，构建各层次组成元素的功能逻辑关系，设计不同层次逻辑关系逐层开展健康状态评估，详见图2。分系统基本健输出b)评估结果通报。评估方通报实6(资料性)卫星特征权值确认方法A.1层次分析法A.1.1基于熵值的客观赋权法利用熵值法确定各个指标的权重系数，用归一化处理以满足取值范围在0～1之间，见公式A.1~式中：n——评估指标；m——指标数据数量；P=(pj)mxn——指标信息分布矩阵。每个指标的信息熵为：式中：k——缩放系数；Inp,——概率的自然对数。指标的熵权：利用公式A.1～A.3就可以求出各个权值，当遥测波动较大，所含的信息较多，权值相对较大；而波动较小，所含信息较少，权值也较小。A.1.2基于层次分析的主观赋权法通过专家知识得到卫星组件的重要度，应用基于层次分析的主观赋权法确定权重系数。先分析组件的层次结构及健康状态的评估指标，利用专家知识比较各指标相对于上层的相对性大小，作为矩阵元素确定为判断矩阵。A.2基于贝叶斯网络的健康评估方法在基于贝叶斯网络和模糊故障树进行系统状态评估时，首先根据确定的影响健康度的风险因素用故障树模型进行健康风险演绎，通过专家调查权重法，按照风险发生可能性等级标准确定故障树底事件发生的可能性等级，采用三角隶属函数确定具体可能性数值，得到故障树底事件模糊概率；根据故障树模型向贝叶斯网络转化的算法将模糊故障树映射为贝叶斯网络，采用叶节点概率推理计算贝叶斯网络的叶节点概率，由于贝叶斯网络具有良好的逆推理能力，对叶节点进行后验概率分析并根据根节点的重要度理论对贝叶斯网络的根节点进行重要度分析。(规范性)B.1评估报告1一概述简要描述卫星在轨状态。..描述卫星健康状态评估的背景和目的。简要描述评估实施过程(评估依据、时间、数据准备、环境准备、工具、系统设置等)情况。4.1-评估综述，简要描述在轨健康度等级条件的判定结果，并给出卫星健康度结4.2-分析说明5趋势分析与预测给出卫星健康评估系统输出的趋势分析与预测结果，并分析说明。确保卫星稳定运行的措施与合理化建议；卫星健康状态评估系统的有待完善之处与相应措施。附录工作分解、评估过程记录等宜以附录形式给出的内8(资料性)可靠性关联关系指标类型1工作1级1级A2工作1级1级A3工作1级1级A4工作1级1级A5工作1级1级A2级A3级A6工作1级1级A2级A3级A714路分流调节子电路分为A、B两1级1级A1级A3级A9表C.1某卫星单机层健康度指标项示例表(续)可靠性关联关系指标类型8电电路分为主备两套冷备份电路；1级1级A1级A3级A1级A2级A9电电路分为主备两套冷备份电路；1级1级A1级A3级A1级A2级A由功能相同的两套驱动1级1级A2级A3级A3级A1级2级A3级A3级A电机温度2级A份1级1级A1级A2级A表C.1某卫星单机层健康度指标项示例表(续)可靠性关联关系指标类型主展开机构两套绕组热备份，分别由展开控制器的A、B路驱动线路控制1级2级A1级A1级A1级A常工作即可，保证切割器起爆成功1级1级A工作1级火工品约束点遥测1级A工作1级1级A工作1级火工品压紧点遥测1级A工作1级服务舱配电盘28V电源遥测1级A工作1级服务舱28V遥控电源遥测1级A工作1级1级A3级A3级A工作1级1级A1级A某卫星逻辑单机健康度指标结构示例见表C.2。表C.2某卫星逻辑单机健康度指标结构示例(电源、有效载荷分系统单机为例)指标项可靠性关联关系可靠性关联关系指标类型电源分系统1电阵、B路供电工作1级1级工作B1级工作A1级工作B2蓄电池组(70Ah电池组B)工作1级蓄电池组A容量；蓄电池组B容量1级工作BA组蓄电池放电深度=(JA组蓄电池放电电流蓄电池放电时间)÷70Ah;B组蓄电池放电深度=(ʃB组蓄电池放电电流×A组蓄电池放电时间)÷70Ah1级工作B蓄电池A电压，蓄电池B电压1级工作AA、B组蓄电池充电电流÷A、B组蓄电池放电电流；3级工作B表C.2某卫星逻辑单机健康度指标结构示例(电源、有效载荷分系统单机为例)(续)指标项可靠性关联关系可靠性关联关系指标类型3电源控制器(分流器、充放电调调节器B)工作1级1级工作A分流调节器最大分流能力：A、B太阳电池供电阵7电流∈[0.0A,5.0A]A、B太阳电池供电阵1-7电压∈[0.0V,33.0V]1级14路分流调节子电路分为A、B两组，每组允许一个开路/短路失效A放电调节效率：1)÷(蓄电池A电压×A路放电调节输出电流);2)÷(蓄电池B电压×B路放电调节输出电流)2级电路分5路，5取4热B限流充电功能：阴影期转为光照期后：一阶段蓄电池充电电流=14.0A±0.5A;1级工作AT-V曲线控制功能：当一阶段蓄电池充电电流●A、B路T-V曲线状态∈[1.0,1.8]V(1#)时：A、B组蓄电池电压=54V±0.5V;●A、B路T-V曲线状态∈[2.0,2.8]V(2#)时：A、B组蓄电池电压=54.72V±0.5V;●A、B路T-V曲线状态∈[3.0,3.8]V(3#)时：A、B组蓄电池电压=55.44V±0.5V;●A、B路T-V曲线状态∈[4.0,4.8]V(4#)时：A、B组蓄电池电压=52.56V±0.5V1级工作A表C.2某卫星逻辑单机健康度指标结构示例(电源、有效载荷分系统单机为例)(续)系可靠性关联关系指标类型3电源控制器(分流器、电调节器B)工作1级放电调节电路输出功率：调节输出电流；1级效B放电调节电路输出不平衡度：调节输出电流)3级效B(安时),蓄电池组B容量(安时)=70Ah1级工作A4工作1级1级工作C灵敏度1级工作C5工作1级定标精度1级工作C灵敏度1级工作C6工作1级定标精度1级工作C灵敏度1级工作C7工作1级1级工作C8中分辨率光谱成像仪工作1级幅宽1级工作C表C.2某卫星逻辑单机健康度指标结构示例(电源、有效载荷分系统单机为例)(续)系可靠性关联关系指标类型8中分辨率光谱成像仪工作1级空间分辨率1级工作C灵敏度1级工作C定标精度1级工作C某卫星健康状态评估指标结构示例见表C.3。表C.3某卫星健康状态评估指标结构示例序号参评对象名称象名称联关系象名称联关系关联关系1某卫星系列关系1级电源分关系1级电阵、70Ah镍镉蓄电池组A、70Ah镍镉蓄电器a、充放电调各单机间表C.1各单机间见表C.1电、供电)阵电流、蓄电池电压、蓄电池(充电、放电)电流、母线电压、母线电流等电功率输出能力、蓄电池组容量、放电深压、母线电流、分流调电调节效率、T-V曲线路圈能量平衡等序号参评对象名称象名称联关系关系系2某卫星系列关系1级阵分系统与其它分系统串联关系1级控制器、主展开机构、等见表C.1见表C.1电机绕组电流、电机绕组电压、展开控制展开能力3与其它分系统串联关系1级