李林 王開志 黨建成

摘要：文章通過對衛(wèi)星在軌遙測數(shù)據(jù)傳輸過程中各環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)異常的歸納，分析總結了不同成因條件下異常數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)特點，在此基礎上提出了一種適用于日常監(jiān)測的衛(wèi)星在軌遙測數(shù)據(jù)異常分級方法。該方法基于實時遙測數(shù)據(jù)，隨時間積累確定異常分級，篩選出真正由衛(wèi)星異常引起的異常遙測數(shù)據(jù)，為后續(xù)衛(wèi)星故障診斷提供數(shù)據(jù)支撐。

關鍵詞：數(shù)據(jù)異常分級;在軌衛(wèi)星;遙測數(shù)據(jù)

中圖分類號：TP873 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）12-2015-03

1概述

目前，國內(nèi)外的研究學者在航天器的故障診斷識別方面進行了大量理論方法和實踐研究，并取得了眾多研究成果。這些方法大多針對具備特定特點的遙測參量，而且在應用中需要保障輸入數(shù)據(jù)的有效性。而數(shù)據(jù)有效性這一點在實際工程中常被忽視，也是從海量遙測數(shù)據(jù)中進行數(shù)據(jù)篩選的難點，進而導致了理論向應用轉化的步履維艱。

本文以衛(wèi)星日常在軌管理為出發(fā)點，針對日常監(jiān)測中出現(xiàn)的各類異常數(shù)據(jù)問題，從根本成因人手，分析不同成因條件下的異常數(shù)據(jù)特點以及對日常監(jiān)測的影響，綜合給出一個衛(wèi)星在軌遙測異常數(shù)據(jù)分級方法，提升對異常數(shù)據(jù)有效性的辨識程度，并用實際在軌衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)進行驗證，為后續(xù)開展在軌衛(wèi)星狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷提供數(shù)據(jù)參考基礎。

2衛(wèi)星在軌遙測數(shù)據(jù)異常成因分析

從整體上看，在軌衛(wèi)星的遙測數(shù)據(jù)從采集到地面接收大致經(jīng)過以下五個階段，如圖1所示。從圖中可以看出，真正屬于衛(wèi)星異常的數(shù)據(jù)是指傳感器采集到的真實數(shù)據(jù)在正確傳輸?shù)降孛鏈y站后正確解析的、但不在正常范圍條件內(nèi)的結果數(shù)據(jù)，稱之為真性異常數(shù)據(jù)，而其余隋況下出現(xiàn)的異常數(shù)據(jù)稱之為假性異常數(shù)據(jù)。整個遙測數(shù)據(jù)傳遞構成中，地面解析部分受外部干擾較少，且屬人為可控部分，本文不作討論。但前四部分由于外太空環(huán)境等因素的影響可能對下傳數(shù)據(jù)產(chǎn)生不可估量的變化，從而導致假性異常數(shù)據(jù)的出現(xiàn)。下面進行逐一分析。

2.1數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集一般分為模擬量采集和數(shù)字量采集。

通常來說模擬量由傳感器采集，與物理器件綁定，其度量對象唯一，僅在發(fā)生傳感器本身故障的情況下會采集到錯誤數(shù)據(jù)或者不采集數(shù)據(jù)，進而引發(fā)地面解析后出現(xiàn)假性異常數(shù)據(jù)。而對數(shù)字量的采集，即對寄存器二進制信息的采集，若采集對象受到空間高能粒子影響導致寄存器信息反轉，則采集得到的數(shù)據(jù)其本身就是錯誤的。雖然采集到了數(shù)據(jù)，但已經(jīng)不是原始的真實數(shù)據(jù)了。

2.2數(shù)據(jù)存儲

無論是從傳感器采集得到模擬量數(shù)據(jù)還是星上直接的數(shù)字量數(shù)據(jù)，經(jīng)過量化后通常將結果暫存于星上緩存空間，等待被組幀下傳。在等待過程中若受到外部環(huán)境影響，則可能改變緩存的待組幀數(shù)據(jù)，進而影響地面解析的正確性。

2.3數(shù)據(jù)組幀

通常來說測控通道數(shù)據(jù)組幀的內(nèi)容是循環(huán)固定的，在一個循環(huán)周期內(nèi)將所有遙測參量至少下傳一次，但部分衛(wèi)星會在特定時刻進行其他遙測參量的下傳，導致組幀內(nèi)容發(fā)生變化，進而導致地面無法按照正常的組幀內(nèi)容進行數(shù)據(jù)解析，出現(xiàn)假性異常數(shù)據(jù)。

2.4星地傳輸

衛(wèi)星在過境時間段內(nèi)與地面測站建立星地傳輸鏈路，將遙測組幀數(shù)據(jù)下傳到地面測站，保障接收雙方數(shù)據(jù)的一致性。在這一過程中，星地鏈路剛建立和即將斷開的一段時間范圍內(nèi)，由于鏈路處于不穩(wěn)定狀態(tài)，可能導致傳輸內(nèi)容發(fā)生改變，地面無法接收到正確的星上數(shù)據(jù)，進而導致出現(xiàn)假性異常數(shù)據(jù)。

3異常數(shù)據(jù)的特點分析

根據(jù)上述章節(jié)對衛(wèi)星在軌遙測異常數(shù)據(jù)成因的分析，可以發(fā)現(xiàn)在地面測站得到的異常數(shù)據(jù)其成因可分布在整個遙測數(shù)據(jù)傳遞過程中，因此從地面測站的角度就需要對得到的異常數(shù)據(jù)進行有效的區(qū)分，在實時監(jiān)測的過程中把握住真性異常數(shù)據(jù)，為后續(xù)診斷提供有效的數(shù)據(jù)支撐。

3.1真性異常數(shù)擗芋點

從成因根源上看，衛(wèi)星發(fā)生真性異常，則在未恢復前其遙測參量采樣將保持為異常值。而由于從數(shù)據(jù)采樣起即發(fā)生了數(shù)值異常，因此在通信鏈路層面上也無法將其區(qū)分。與此同時，在發(fā)生真性異常的情況下，與該遙測參量有物理相關性的其他遙測參量也將發(fā)生變化，雖然這些變化可能不會引起對應遙測參量的異常報警，但發(fā)生變化這種狀態(tài)能夠為區(qū)分真性、假性異常提供支持。

3.2數(shù)據(jù)采集假性異常特點

從前面的分析可知，若在數(shù)據(jù)采集階段發(fā)生了異常，會導致地面收到異常數(shù)據(jù)，影響地面系統(tǒng)的異常診斷效能。從成因上看，在數(shù)據(jù)采集階段出現(xiàn)問題，其所對應測量的參量將變?yōu)楫惓Ｖ?，但不會影響衛(wèi)星其他遙測參量的采集，即在該種隋況下異常數(shù)據(jù)的影響面有限。在持續(xù)時間上，該類異常數(shù)據(jù)會保持到傳感器恢復以及采集數(shù)據(jù)源恢復正常。該類異常數(shù)據(jù)也無法通過通信鏈路層面進行解決。從日常監(jiān)測情況來看，統(tǒng)計八院所有在軌衛(wèi)星一年內(nèi)登記確認的異常情況共計232條，其中有163條記錄確認為空間環(huán)境高能單粒子打翻寄存器信息所致，占比70.26%，是最為常見的異常數(shù)據(jù)隋況。

3-3數(shù)據(jù)存儲假性異常特點

數(shù)據(jù)存儲異常發(fā)生在某個組幀下傳數(shù)據(jù)之前，當前數(shù)據(jù)內(nèi)容被改變，但不影響下次遙測參量的采集存儲和數(shù)據(jù)下傳。因此綜合來看，數(shù)據(jù)存儲假性異常與數(shù)據(jù)采集假性異常有較多相似之處，在整體表現(xiàn)上相當于發(fā)生了一個單次數(shù)據(jù)采集異常，在沒有外界介入的情況下會自動、快速地恢復正常。從具體異常效果來看，這類異常可以說是來去匆匆，往往在無征兆的情況下出現(xiàn)一次，而后即恢復。若將前后一段時間的數(shù)據(jù)繪作曲線，可以看到—個突兀且孤立的異常點。

34數(shù)據(jù)組幀假性異常特點

數(shù)據(jù)組幀引起的異常數(shù)據(jù)由于其組幀數(shù)據(jù)內(nèi)容不同，不能被地面系統(tǒng)正確解析，進而誤認為是異常數(shù)據(jù)。常見的該類異常隋況包括測控通道下傳備機遙測等。該類異常的特點是長時間、大規(guī)模的遙測參量同時出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，直到組幀方式恢復為正常的測控通道數(shù)據(jù)組幀方式。同時該類異常發(fā)生在星地通信之前，因而無法通過通信層面加以區(qū)分識別。