(北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部，北京 100094)

0 引言

我國(guó)航天領(lǐng)域正處于快速發(fā)展階段，到“十四五”末期，地面測(cè)控系統(tǒng)將管理總價(jià)值數(shù)百億元的各類在軌航天器，將建成規(guī)模較大、長(zhǎng)期有人參與的國(guó)家級(jí)太空實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航星座的多星組網(wǎng)運(yùn)行。隨著航天器數(shù)量增加以及廣泛應(yīng)用，航天器安全可靠運(yùn)行對(duì)我國(guó)國(guó)家安全及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要性日趨凸顯。

為了滿足航天器運(yùn)維高可靠性、安全性和提高經(jīng)濟(jì)性的需求，須提高我國(guó)航天器的壽命預(yù)測(cè)與健康管理(PHM：Prognostics and Health Management)技術(shù)水平。國(guó)外在PHM技術(shù)方面發(fā)展程度較高，形成了比較完善的標(biāo)準(zhǔn)、體系和規(guī)范，并建立了較為完整的PHM系統(tǒng)開發(fā)軟件工具體系，并逐步在航天領(lǐng)域進(jìn)行了應(yīng)用。以美國(guó)、歐盟為代表的西方發(fā)達(dá)國(guó)家在航空、航天和高新武器的研究和試制中，都有先進(jìn)的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和管理手段的支持，并在飛機(jī)、電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域得到應(yīng)用。典型成果如波音公司提出的基于邏輯分層的7層PHM體系結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)應(yīng)用于無人作戰(zhàn)飛行器和波音777飛機(jī)研制[1]；2008年馬蘭里大學(xué)J.Gu和M.Pecht提出了基于故障機(jī)理的預(yù)測(cè)和健康管理，建立基于模型的PHM通用結(jié)構(gòu)[2]；美國(guó)NASA提出了“綜合系統(tǒng)健康管理(ISHM)”技術(shù)[3]；NASA和波音公司提出了飛行器綜合健康管理(IVHM)技術(shù)[4]，通過對(duì)飛行器進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷，并進(jìn)行故障預(yù)測(cè)，可以有效降低飛行器運(yùn)行過程中的意外風(fēng)險(xiǎn)。另外，國(guó)外在各類PHM工具研發(fā)上投入較大，設(shè)計(jì)了多種測(cè)試性設(shè)計(jì)、FMECA分析、安全性、保障性及維修性設(shè)計(jì)等分析工具軟件，用于輔助PHM系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用，作為系統(tǒng)維修與保障決策的參考依據(jù)。

PHM技術(shù)在我國(guó)國(guó)內(nèi)起步較晚，近年來，PHM技術(shù)逐漸成為航空航天、武器裝備等工業(yè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。在PHM體系架構(gòu)方面，北京航空航天大學(xué)呂琛等提出了一種開放的面向?qū)ο蟮膶哟位疨HM體系結(jié)構(gòu)，可適應(yīng)于層次化、標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，降低飛機(jī)等飛行器的維護(hù)費(fèi)用及難度[5]；空軍工程大學(xué)張亮等人從功能邏輯上初步提出了一種由模塊/單元層PHM、子系統(tǒng)級(jí)PHM、區(qū)域級(jí)PHM和平臺(tái)級(jí)PHM等4層集成的面向機(jī)載PHM的分層融合式體系架構(gòu)[6]；北京空間技術(shù)總體設(shè)計(jì)部針對(duì)衛(wèi)星信息系統(tǒng)通道資源有限、遙測(cè)采樣率較低等特點(diǎn)，提出了適用于衛(wèi)星信息系統(tǒng)的星地協(xié)同、三級(jí)閉環(huán)的衛(wèi)星健康管理系統(tǒng)架構(gòu)[7]。在測(cè)試性設(shè)計(jì)和驗(yàn)證方面，航天測(cè)控技術(shù)有限公司、北京航空航天大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)、西安電子工程研究所等一系列研究所或高校針對(duì)飛機(jī)、雷達(dá)、電子設(shè)備以及慣導(dǎo)系統(tǒng)的BIT設(shè)計(jì)與驗(yàn)證技術(shù)進(jìn)行了較為深入研究[8-11]，為面向PHM的可測(cè)性設(shè)計(jì)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。在PHM算法方面，航天測(cè)控技術(shù)有限公司開展了大量理論研究工作，并在C919、四代機(jī)等新一代民用航空和武器裝備中得到了應(yīng)用；北京航空航天大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)、南京理工大學(xué)等一系列高校在航空、武器裝備、電力電氣系統(tǒng)等應(yīng)用領(lǐng)域均有較多深入研究成果[12-19]。

相較于國(guó)外先進(jìn)的PHM技術(shù)水平，尤其實(shí)在航天領(lǐng)域，我國(guó)仍存在較大差距，主要體現(xiàn)在：1)我國(guó)的PHM缺少面向航天器運(yùn)行特點(diǎn)的健康管理技術(shù)體系設(shè)計(jì)；2)缺乏航天器系統(tǒng)級(jí)健康管理設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，缺少航天器健康管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工具；3)航天器單機(jī)的測(cè)試性設(shè)計(jì)薄弱，故障模型與試驗(yàn)數(shù)據(jù)積累不足；4)需要針對(duì)現(xiàn)代航天器運(yùn)行管理特點(diǎn)，開展適合航天器的健康管理技術(shù)研究；5)需要研究針對(duì)航天器健康管理系統(tǒng)的驗(yàn)證技術(shù)與平臺(tái)。

針對(duì)國(guó)內(nèi)外PHM技術(shù)的差距以及航天領(lǐng)域PHM技術(shù)的不足，本文討論了航天器天地一體化健康管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)思路，從未來航天器的設(shè)計(jì)、測(cè)試和保障服務(wù)需求入手，結(jié)合國(guó)際上健康管理領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，制定集成先進(jìn)PHM技術(shù)的航天器健康管理技術(shù)體系架構(gòu)，并最終將技術(shù)成果推廣至各航天器研制單位及各個(gè)相關(guān)行業(yè)用戶，緊密圍繞研究目標(biāo)，最終形成“一個(gè)體系，兩個(gè)平臺(tái)，一套系統(tǒng)”，即航天器健康管理設(shè)計(jì)規(guī)范和技術(shù)體系，航天器PHM系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)平臺(tái)，航天器PHM系統(tǒng)驗(yàn)證平臺(tái)以及航天器天地一體化健康管理系統(tǒng)，為后續(xù)我國(guó)航天器健康管理系統(tǒng)的推廣應(yīng)用奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

1 航天器健康管理技術(shù)體系設(shè)計(jì)

構(gòu)建適用于航天器特點(diǎn)的健康管理系統(tǒng)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，在設(shè)計(jì)和構(gòu)建航天器健康管理平臺(tái)前，首先需要建立航天器健康管理技術(shù)體系，針對(duì)我國(guó)缺少面向航天器運(yùn)行特點(diǎn)的健康管理體系的問題，不僅需要參考國(guó)際上先進(jìn)的健康管理技術(shù)，包括標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)及規(guī)范，還需總結(jié)我國(guó)已有的保障技術(shù)規(guī)范，而后綜合航天器總體單位對(duì)健康管理的要求，構(gòu)建符合未來發(fā)展要求的航天器健康管理體系模型。

針對(duì)航天器功能與應(yīng)用場(chǎng)景特點(diǎn)，從功能層次的角度來看，航天器健康管理技術(shù)體系可分為7個(gè)功能層次：

1)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層，蓋層提供了所有的數(shù)據(jù)信息包括航天器設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、單機(jī)及整星的測(cè)試與試驗(yàn)數(shù)據(jù)、歷史與實(shí)時(shí)遙測(cè)數(shù)據(jù)等，為以上各層提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)源支持。

2)協(xié)議傳輸層，完成從傳感器到星載健康管理單元，從星載系統(tǒng)到地面系統(tǒng)，以及地面系統(tǒng)各單元間的數(shù)據(jù)傳輸，根據(jù)不同的終端與數(shù)據(jù)鏈路特點(diǎn)，研究不同傳輸方式與協(xié)議。

3)方法資源層，包括航天器健康管理體系和平臺(tái)業(yè)務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)和方法，以資源庫(kù)的形式存在，主要包括測(cè)試性設(shè)計(jì)方法、BIT設(shè)計(jì)方法、模型設(shè)計(jì)與修正方法、狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法、故障診斷與預(yù)測(cè)方法、壽命預(yù)測(cè)方法、健康狀態(tài)評(píng)估方法等。

4)技術(shù)規(guī)范層，包括航天器健康管理體系和平臺(tái)的所需要的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和設(shè)計(jì)指南：在體系設(shè)計(jì)方面，主要包括指標(biāo)體系設(shè)計(jì)、系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)、通信設(shè)計(jì)等內(nèi)容；在體系設(shè)計(jì)和平臺(tái)搭建方面，主要包括航天器健康管理體系平臺(tái)的研制要求規(guī)范、流程設(shè)計(jì)規(guī)范、應(yīng)用設(shè)計(jì)指南以及系統(tǒng)驗(yàn)收規(guī)范。

5)平臺(tái)應(yīng)用層，該層依據(jù)技術(shù)規(guī)范層的指導(dǎo)，負(fù)責(zé)將方法資源層的算法固化為工程應(yīng)用，針對(duì)航天器執(zhí)行具體的故障預(yù)測(cè)與健康管理系統(tǒng)任務(wù)，是航天器健康管理平臺(tái)的實(shí)體運(yùn)行部分。

6)平臺(tái)驗(yàn)證層，負(fù)責(zé)對(duì)健康管理方法、體系和系統(tǒng)等進(jìn)行驗(yàn)證，主要包括數(shù)字仿真驗(yàn)證、地面半物理試驗(yàn)驗(yàn)證和在軌應(yīng)用評(píng)估驗(yàn)證等3種驗(yàn)證形式。

7)系統(tǒng)工具層，作為航天器健康管理平臺(tái)的推廣應(yīng)用部分，主要包括航天器健康管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具集和驗(yàn)證工具集兩部分，為健康管理體系平臺(tái)的運(yùn)行提供輔助設(shè)計(jì)與驗(yàn)證支撐。

航天器健康管理平臺(tái)技術(shù)的研究對(duì)象具體體現(xiàn)為“一個(gè)體系，兩個(gè)平臺(tái)，一套系統(tǒng)”。“一個(gè)體系”代表航天器健康管理指標(biāo)體系、設(shè)計(jì)規(guī)范及功能體系結(jié)構(gòu)框架。“兩個(gè)平臺(tái)”包括航天器健康管理技術(shù)開發(fā)平臺(tái)和驗(yàn)證平臺(tái)；其中航天器健康管理技術(shù)開發(fā)平臺(tái)提供各類分析開發(fā)工具和知識(shí)庫(kù)，幫助開發(fā)人員快速實(shí)現(xiàn)PHM系統(tǒng)級(jí)和單機(jī)級(jí)的多層PHM設(shè)計(jì)與優(yōu)化，可基于知識(shí)庫(kù)和全生命周期數(shù)據(jù)借助PHM建模工具快速開發(fā)算法模型；航天器健康管理技術(shù)驗(yàn)證平臺(tái)可與航天器健康管理系統(tǒng)形成閉環(huán)，用于驗(yàn)證航天器健康管理技術(shù)和系統(tǒng)功能的正確性，同時(shí)還具備演示驗(yàn)證功能，提供航天器運(yùn)行狀態(tài)、健康狀態(tài)及驗(yàn)證過程狀態(tài)等方面的可視化展示。“一套系統(tǒng)”代表航天器健康管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)天地協(xié)同健康管理。航天器天地一體化健康管理平臺(tái)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 航天器天地一體化健康管理平臺(tái)架構(gòu)圖

2 航天器健康管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)研究

航天器健康管理系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)是系統(tǒng)開發(fā)的基礎(chǔ)和前提，是由航天器應(yīng)用任務(wù)向PHM設(shè)計(jì)要求、工作內(nèi)容界定等轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是明確航天器健康管理系統(tǒng)開發(fā)目標(biāo)，指導(dǎo)后續(xù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及驗(yàn)證的基礎(chǔ)。

對(duì)航天器任務(wù)的深入理解與剖析對(duì)設(shè)計(jì)航天器健康管理系統(tǒng)具有至關(guān)重要的作用。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第一步是對(duì)航天器任務(wù)(如星箭分離、程控帆板展開、軌道機(jī)動(dòng)、建立執(zhí)行任務(wù)狀態(tài)等)進(jìn)行分解，明確影響任務(wù)成功的具體因素，根據(jù)任務(wù)執(zhí)行的具體流程，結(jié)合PHM系統(tǒng)對(duì)于各個(gè)分任務(wù)的影響，確定PHM系統(tǒng)與任務(wù)成功率的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)PHM系統(tǒng)與任務(wù)成功的關(guān)系，進(jìn)行PHM功能需求分析，從故障診斷、性能評(píng)估、故障預(yù)測(cè)能力出發(fā)，考慮及時(shí)性和準(zhǔn)確性需求，分析建立PHM系統(tǒng)的定性要求和定量要求。綜合利用指標(biāo)計(jì)算、仿真分析等方法進(jìn)行定量要求的權(quán)衡分析，確定出航天器PHM總體設(shè)計(jì)要求，形成通用的權(quán)衡分析方法和權(quán)衡分析程序。在確定PHM定量要求和指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)航天器PHM系統(tǒng)架構(gòu)，形成航天器典型分系統(tǒng)與單機(jī)的健康管理設(shè)計(jì)規(guī)范，從而指導(dǎo)航天器單機(jī)健康管理設(shè)計(jì)與研制。

航天器在軌運(yùn)行時(shí)，星載端具有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性好、數(shù)據(jù)質(zhì)量高等優(yōu)勢(shì)，然而在軌計(jì)算資源有限，無法處理大量數(shù)據(jù)和復(fù)雜計(jì)算，需要依靠地面端的大數(shù)據(jù)處理能力實(shí)現(xiàn)全生命周期的數(shù)據(jù)分析和管理，因此需要研究天地一體化航天器全生命周期健康管理技術(shù)。星載子系統(tǒng)的管理范圍需包括電源系統(tǒng)、姿態(tài)控制系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)、數(shù)管系統(tǒng)、有效載荷系統(tǒng)等典型星載系統(tǒng)與單機(jī)，具體設(shè)計(jì)內(nèi)容涵蓋各系統(tǒng)內(nèi)的傳感器和BIT配置，數(shù)據(jù)采樣與傳輸設(shè)計(jì)，以及星載健康管理單元(HMU，Health Management Unit)的故障診斷推理、智能決策等功能配置；地面健康管理子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容涵蓋復(fù)雜故障診斷推理、故障與壽命預(yù)測(cè)、系統(tǒng)狀態(tài)評(píng)估以及星載健康管理模型的生成與修正等。在此基礎(chǔ)上，基于航天器PHM系統(tǒng)的通用架構(gòu)形式，梳理出航天器PHM系統(tǒng)的組成元素和詳細(xì)要求，如物理結(jié)構(gòu)、功能配置、性能設(shè)計(jì)、接口與信息、BIT、傳感器、健康管理單元、數(shù)據(jù)鏈等具體要求，以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、綜合數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、數(shù)據(jù)模型、故障診斷、故障預(yù)測(cè)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、智能決策等細(xì)化設(shè)計(jì)要求。

在航天器PHM系統(tǒng)通用框架設(shè)計(jì)過程中，收集整理可靠性、維修性、測(cè)試性、保障性和硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)的工作項(xiàng)目，以故障分析為核心，選擇確定航天器PHM設(shè)計(jì)分析可用的工作項(xiàng)目。在建立航天器PHM設(shè)計(jì)分析工作項(xiàng)目集的基礎(chǔ)上，分析每個(gè)工作的輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)，以及設(shè)計(jì)分析工作迭代關(guān)系，建立航天器PHM設(shè)計(jì)分析工作項(xiàng)目的關(guān)聯(lián)關(guān)系。根據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系，進(jìn)一步研究數(shù)據(jù)流和工作流的協(xié)同設(shè)計(jì)以及配套工具的選配，形成航天器PHM設(shè)計(jì)的協(xié)同設(shè)計(jì)分析流程。

3 航天器天地一體化健康管理系統(tǒng)的功能與組成

航天器天地一體化健康管理系統(tǒng)由星載和地面兩個(gè)子系統(tǒng)組成，兩個(gè)子系統(tǒng)根據(jù)自身特點(diǎn)各司其職。星載子系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性要求高的在軌PHM監(jiān)測(cè)處理任務(wù)。然而，由于星載處理器的計(jì)算能力較弱，存儲(chǔ)容量較小，不適合大規(guī)模分析運(yùn)算處理，因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，星載子系統(tǒng)的異?；蚬收犀F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)可通過星地鏈路下傳至地面子系統(tǒng)，地面子系統(tǒng)通過更加復(fù)雜精細(xì)的方法實(shí)現(xiàn)詳細(xì)故障診斷分析，甚至故障提前預(yù)警。另外，地面子系統(tǒng)也可匯聚多星海量歷史數(shù)據(jù)和專家知識(shí)，通過大數(shù)據(jù)方法和PHM算法實(shí)現(xiàn)航天器全生命周期健康管理，地面端子系統(tǒng)通過機(jī)器學(xué)習(xí)方法訓(xùn)練的分析模型或?qū)＜抑R(shí)可作為知識(shí)模型庫(kù)通過星地上行通路上注至星載子系統(tǒng)在線使用，支撐星載子系統(tǒng)模型知識(shí)更新和擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)天地一體化協(xié)同健康管理。

圖3 星載HMU算法處理流程

星載健康管理子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采取主從模式，由健康管理單元HMU和分布在各單機(jī)中的PHM模塊組成。HMU負(fù)責(zé)整星健康管理系統(tǒng)的運(yùn)行管理，具備總線通信功能、運(yùn)算功能、存儲(chǔ)功能與信息采集功能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)、評(píng)估與控制功能，包括各單機(jī)健康信息的采集、自檢指令的發(fā)出以及整星健康信息的整合發(fā)送，它可以對(duì)匯總的各單機(jī)健康信息進(jìn)行融合分析，從系統(tǒng)層面對(duì)某個(gè)單機(jī)的異常狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。各PHM模塊內(nèi)嵌在各分系統(tǒng)單機(jī)內(nèi)，在對(duì)單機(jī)傳感器布局和可測(cè)試性設(shè)計(jì)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，負(fù)責(zé)所在單機(jī)的故障自檢、健康信息采集、BIT及與星上健康管理單元的信息交互。

圖2 典型單機(jī)PHM模塊設(shè)計(jì)

星載HMU的PHM算法在綜合權(quán)衡計(jì)算效率、資源需求以及方法有效性、準(zhǔn)確性后，結(jié)合航天器分系統(tǒng)特點(diǎn)和規(guī)律，可選擇計(jì)算效率高、型號(hào)特點(diǎn)結(jié)合性好，精巧化的PHM算法模型，PHM算法模型可以先在地面子系統(tǒng)離線訓(xùn)練好后再上傳至HMU應(yīng)用。HMU可利用算法模型監(jiān)測(cè)在軌遙測(cè)數(shù)據(jù)的異常，并利用領(lǐng)域知識(shí)或診斷模型實(shí)現(xiàn)在軌故障實(shí)時(shí)診斷和決策。

星載子系統(tǒng)可通過天地?cái)?shù)據(jù)鏈路下傳健康事件包到地面健康管理子系統(tǒng)，地面子系統(tǒng)由于不存在計(jì)算資源和存儲(chǔ)容量的限制，因此可充分利用遙測(cè)數(shù)據(jù)，使用復(fù)雜度高，準(zhǔn)確度高，智能化和通用化程度更強(qiáng)的深度學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)構(gòu)建健康管理模型。另外，除了在軌遙測(cè)數(shù)據(jù)外，地面健康管理子系統(tǒng)還可匯聚海量歷史遙測(cè)數(shù)據(jù)或單機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測(cè)試、試驗(yàn)數(shù)據(jù)，同時(shí)結(jié)合領(lǐng)域?qū)＜抑R(shí)，實(shí)現(xiàn)航天器全生命周期健康管理。

地面健康管理子系統(tǒng)基于大數(shù)據(jù)云計(jì)算技術(shù)和構(gòu)件化技術(shù)搭建。地面子系統(tǒng)在匯聚海量數(shù)據(jù)和專家知識(shí)的基礎(chǔ)上，基于專家知識(shí)、物理模型并結(jié)合數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)分析，可實(shí)現(xiàn)故障診斷、壽命預(yù)測(cè)與健康評(píng)估，提供豐富的健康管理功能。對(duì)于單個(gè)航天器而言，考慮到研制各階段航天器數(shù)據(jù)或物理特性具有某些一致性規(guī)律，可以通過數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)從大量測(cè)試數(shù)據(jù)尋找數(shù)據(jù)模式、特點(diǎn)或規(guī)律，從而輔助航天器在軌運(yùn)行時(shí)的健康管理工作；對(duì)于多個(gè)航天器而言，可基于遷移學(xué)習(xí)技術(shù)根據(jù)同類航天器已有PHM算法模型快速遷移到新發(fā)射的航天器中。

4 航天器健康管理驗(yàn)證技術(shù)研究

依靠航天器健康管理驗(yàn)證平臺(tái)，基于仿真驗(yàn)證方法、試驗(yàn)驗(yàn)證方法以及評(píng)估驗(yàn)證方法對(duì)航天器一體化健康管理平臺(tái)的功能和技術(shù)指標(biāo)充分驗(yàn)證。

圖4 航天器健康管理系統(tǒng)驗(yàn)證方法

仿真驗(yàn)證方法采用基于數(shù)字仿真模型的方式，代替實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。它針對(duì)特定工況建立數(shù)學(xué)物理模型模擬系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況，用定量的方法分析系統(tǒng)運(yùn)行過程。仿真驗(yàn)證方法主要針對(duì)系統(tǒng)試驗(yàn)成本高或不適合做實(shí)物試驗(yàn)的場(chǎng)景。采用該方法可以適當(dāng)降低對(duì)實(shí)物驗(yàn)證試驗(yàn)的需求，但由于該方法需要一定精度的數(shù)學(xué)模型，因此對(duì)系統(tǒng)建模和仿真的能力提出了更高的要求。在航天器健康管理平臺(tái)的驗(yàn)證中，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)的驗(yàn)證、對(duì)故障診斷預(yù)測(cè)評(píng)估相關(guān)算法的驗(yàn)證都需要利用仿真驗(yàn)證方法，特別是在對(duì)健康管理系統(tǒng)的驗(yàn)證中，經(jīng)常需要進(jìn)行運(yùn)行環(huán)境下的故障模擬注入，而很多故障在真實(shí)航天器上是無法注入的，因此需要搭建基于仿真的半物理仿真驗(yàn)證平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)真實(shí)使用前的驗(yàn)證。

試驗(yàn)驗(yàn)證方法是指按照預(yù)定的試驗(yàn)方案和試驗(yàn)計(jì)劃，在規(guī)定的條件下針對(duì)實(shí)物進(jìn)行故障或故障趨勢(shì)的模擬和注入，獲得與故障診斷與健康管理系統(tǒng)驗(yàn)證相關(guān)的有關(guān)數(shù)據(jù)，通過分析、處理、計(jì)算與評(píng)定等過程，確定被驗(yàn)證的參數(shù)指標(biāo)是否符合規(guī)定要求所采用的一種驗(yàn)證方法。在航天器健康管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)中，很多技術(shù)需要利用試驗(yàn)的方法進(jìn)行驗(yàn)證，如單機(jī)級(jí)的測(cè)試性設(shè)計(jì)驗(yàn)證試驗(yàn)、壽命試驗(yàn)等，以及系統(tǒng)級(jí)的大型環(huán)境試驗(yàn)等。

評(píng)估驗(yàn)證方法分為數(shù)據(jù)評(píng)估法和類比分析法兩類。數(shù)據(jù)評(píng)估方法是針對(duì)健康管理技術(shù)定量要求，按照用戶認(rèn)可的計(jì)算、分析、評(píng)估模型和計(jì)算方法，利用試驗(yàn)或在軌運(yùn)行中已經(jīng)得到的遙測(cè)數(shù)據(jù)，以及系統(tǒng)的所有相關(guān)數(shù)據(jù)(測(cè)試數(shù)據(jù)、試驗(yàn)數(shù)據(jù))等進(jìn)行評(píng)估分析，以判定航天器產(chǎn)品的健康管理水平是否滿足規(guī)定要求的一種驗(yàn)證方法。類比分析方法是針對(duì)健康管理系統(tǒng)定量要求，將受驗(yàn)航天器產(chǎn)品同已經(jīng)通過驗(yàn)證或?qū)嶋H使用結(jié)果證明滿足要求的相似產(chǎn)品，進(jìn)行結(jié)構(gòu)、功能、制造工藝、采用的原材料、使用環(huán)境條件、故障診斷能力、故障預(yù)測(cè)能力等方面的對(duì)比分析，若比相似產(chǎn)品的要求嚴(yán)格，則可以根據(jù)相似產(chǎn)品的驗(yàn)證結(jié)果做出受驗(yàn)產(chǎn)品故障診斷與健康管理技術(shù)水平是否滿足規(guī)定要求的結(jié)論。

5 結(jié)束語

航天器健康管理技術(shù)可減少航天器在軌運(yùn)行過程中的各類意外風(fēng)險(xiǎn)，提高航天器運(yùn)行的可靠性和安全性，對(duì)于提高我國(guó)航天裝備的可靠性、安全性、保障水平具有重要意義。本文介紹了航天器天地一體化健康管理體系和平臺(tái)設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)研究情況，在建立航天器健康管理體系框架的基礎(chǔ)上，討論了航天器健康管理平臺(tái)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證技術(shù)，探討了天地一體化的航天器健康管理平臺(tái)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。通過對(duì)航天器健康管理平臺(tái)技術(shù)的研究，為我國(guó)新一代航天器應(yīng)用PHM技術(shù)，最終形成未來航天器設(shè)計(jì)、測(cè)試、地面驗(yàn)證和在軌使用全過程的健康管理解決方案打下堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。