摘要：衛(wèi)星通信應(yīng)用日益廣泛，針對地面衛(wèi)星通信系統(tǒng)高穩(wěn)定性、高連續(xù)性的需求，文章提出一種地面衛(wèi)星通信系統(tǒng)自主健康管理方法，解決傳統(tǒng)情況下系統(tǒng)故障時逐級排查定位困難、定位處理時間長的問題，并可對部分故障問題進(jìn)行快速自主處理和恢復(fù)。同時，采取冗余對比和大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)方法降低系統(tǒng)的虛警率，提升系統(tǒng)可靠性。

關(guān)鍵詞：自主健康管理；綜合態(tài)勢監(jiān)測；故障判決；自主故障恢復(fù)

中圖分類號：TP391

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

自主健康管理是地面衛(wèi)星通信系統(tǒng)自主化運(yùn)行的重要組成部分。地面衛(wèi)星通信系統(tǒng)自主健康管理是指地面衛(wèi)星通信系統(tǒng)能夠?qū)崟r感應(yīng)、監(jiān)測和管理系統(tǒng)各組成模塊的運(yùn)行狀態(tài)，對出現(xiàn)的故障能夠自主進(jìn)行檢測，并做出相應(yīng)的隔離、容錯等處理。地面衛(wèi)星通信系統(tǒng)自主健康管理是實(shí)現(xiàn)地面衛(wèi)星通信系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行、保障衛(wèi)星通信服務(wù)質(zhì)量、提升地面衛(wèi)星通信系統(tǒng)整體可靠性的關(guān)鍵。自主健康管理包括自主故障診斷和自主故障恢復(fù)。

針對地面衛(wèi)星通信系統(tǒng)高穩(wěn)定性、高連續(xù)性的需求，本文提出一種地面衛(wèi)星通信系統(tǒng)自主健康管理方法，該方法實(shí)現(xiàn)地面衛(wèi)星通信系統(tǒng)各組成模塊故障的逐級定位，并根據(jù)故障類型進(jìn)行快速自主故障處理和恢復(fù)，解決傳統(tǒng)情況下系統(tǒng)故障逐級排查定位困難、定位處理時間長的問題。該方法不僅具有全系統(tǒng)自主監(jiān)測、逐級定位、快速恢復(fù)的優(yōu)勢^［1］；還采取冗余對比和大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)方法提升自主健康管理系統(tǒng)的故障診斷準(zhǔn)確性，排除異常虛警，提升系統(tǒng)整體可靠性。

1 地面衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成

地面衛(wèi)星通信系統(tǒng)是衛(wèi)星通信系統(tǒng)的地面主體，是衛(wèi)星通信系統(tǒng)直接面向用戶的部分。地面衛(wèi)星通信系統(tǒng)的系統(tǒng)組成如圖1所示。地面衛(wèi)星通信系統(tǒng)包括天線射頻子系統(tǒng)、輔助子系統(tǒng)、信道設(shè)備、網(wǎng)控系統(tǒng)、站控系統(tǒng)以及頻譜監(jiān)測系統(tǒng)。天線射頻子系統(tǒng)由天線伺服設(shè)備與射頻設(shè)備構(gòu)成，主要用于完成衛(wèi)星和射頻之間的接口，按照系統(tǒng)設(shè)計需求完成不同頻段之間的轉(zhuǎn)換；輔助子系統(tǒng)主要是天線方艙內(nèi)的一些電源、時鐘等天線射頻附件；信道設(shè)備主要功能是完成控制和業(yè)務(wù)信號的收發(fā)以及信號的編解碼等；網(wǎng)控系統(tǒng)是衛(wèi)星通信系統(tǒng)地面應(yīng)用系統(tǒng)管理與控制中心，對全網(wǎng)所有用戶和衛(wèi)星資源進(jìn)行控制和管理，以保證衛(wèi)星通信系統(tǒng)正常工作；站控系統(tǒng)對地面衛(wèi)星通信系統(tǒng)各種站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時的狀態(tài)監(jiān)視和管理控制；頻譜監(jiān)測系統(tǒng)主要功能是對衛(wèi)星資源頻譜狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，為通信網(wǎng)性能以及其他系統(tǒng)和設(shè)備的健康判決提供參考。

2 自主故障診斷

自主故障診斷系統(tǒng)需監(jiān)測地面衛(wèi)星通信系統(tǒng)各組成部分的運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)各部分的狀態(tài)對系統(tǒng)進(jìn)行逐級故障定位判定和故障恢復(fù)^［2］。

地面衛(wèi)星通信自主健康管理系統(tǒng)由綜合態(tài)勢監(jiān)測模塊、健康判決診斷模塊組成。下面對地面衛(wèi)星通信系統(tǒng)各模塊設(shè)計及故障診斷和恢復(fù)策略進(jìn)行介紹。

2.1 綜合態(tài)勢監(jiān)測模塊

綜合態(tài)勢監(jiān)測模塊的功能主要是收集地面衛(wèi)星通信系統(tǒng)各分系統(tǒng)、各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息、相關(guān)告警信息以及網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中的日志信息等，并對收集的各類信息進(jìn)行分類和解析，為故障判決診斷和故障自主恢復(fù)提供數(shù)據(jù)支撐。綜合態(tài)勢監(jiān)測模塊如圖2所示。

對綜合態(tài)勢監(jiān)測模塊各組成部分分別介紹如下：（1）數(shù)據(jù)接收模塊。與要監(jiān)測的各個分系統(tǒng)有交互接口，接收來自各分系統(tǒng)的態(tài)勢監(jiān)測數(shù)據(jù)，包括各分系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行日志、告警信息等。（2）綜合態(tài)勢分析處理模塊。對數(shù)據(jù)接收模塊接收到的各類信息進(jìn)行分析處理并進(jìn)行分類存儲，為系統(tǒng)健康判決診斷和故障自主恢復(fù)提供參考。（3）數(shù)據(jù)庫模塊。存儲綜合態(tài)勢分析模塊解析和分類后的各分系統(tǒng)態(tài)勢監(jiān)測數(shù)據(jù)。

2.2 健康判決診斷模塊

健康判決診斷模塊的功能主要是利用綜合態(tài)勢監(jiān)測模塊接收、處理和存儲的各分系統(tǒng)和設(shè)備的各種信息對地面衛(wèi)星通信系統(tǒng)各設(shè)備和分系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和健康情況進(jìn)行自主判決診斷，定位故障位置和故障原因，并根據(jù)不同的故障類型執(zhí)行不同的自主故障恢復(fù)操作或進(jìn)行聲光告警^［3］，從而有效降低故障恢復(fù)時間，最大化降低故障對地面衛(wèi)星通信系統(tǒng)的影響。健康判決診斷模塊如圖3所示。

對故障判決診斷模塊各組成部分分別進(jìn)行介紹如下：（1）態(tài)勢數(shù)據(jù)對比判決模塊。根據(jù)各分系統(tǒng)和設(shè)備上報的態(tài)勢數(shù)據(jù)并結(jié)合對應(yīng)的判決方法對相應(yīng)分系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行故障診斷和判決。（2）大數(shù)據(jù)分析對比模塊。根據(jù)各分系統(tǒng)和設(shè)備上報的態(tài)勢數(shù)據(jù)以及日志和告警信息并結(jié)合前期的故障判斷結(jié)果進(jìn)行大數(shù)據(jù)訓(xùn)練和預(yù)測，預(yù)測結(jié)果作為當(dāng)前故障判決診斷結(jié)果。

從圖3可以看出，為提升健康判決的準(zhǔn)確性和可靠性，本設(shè)計的健康判決診斷模塊采用了同構(gòu)和異構(gòu)備份模式^［4］，利用態(tài)勢數(shù)據(jù)對比和大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)方法分別進(jìn)行故障判決診斷。兩種判決方法使用相同的綜合態(tài)勢監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行判決處理，且兩種判決方法均進(jìn)行了冗余設(shè)計，判決結(jié)果均在容錯范圍內(nèi)時才采信并進(jìn)行進(jìn)一步處理，由此可有效降低虛警率，提升地面衛(wèi)星通信系統(tǒng)的高穩(wěn)定性和高連續(xù)性。

3 自主故障恢復(fù)

本文提出的自主故障恢復(fù)方法主要是通過地面衛(wèi)星通信自主健康管理系統(tǒng)對發(fā)生故障的系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制恢復(fù)^［5］，主要處理措施包括重置、主備機(jī)切換以及聲光告警，從而達(dá)到對系統(tǒng)故障快速響應(yīng)和恢復(fù)的目的。

根據(jù)故障判決診斷模塊定位的故障位置和類型的不同，地面衛(wèi)星通信系統(tǒng)自主故障恢復(fù)策略也不同。策略確定的原則是降低發(fā)生故障的系統(tǒng)或設(shè)備中斷的時間，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性^［6］。本文涉及的幾種分系統(tǒng)和設(shè)備的故障情況中，自主恢復(fù)策略分別如表1所示。

4 結(jié)語

本文提出了一種地面衛(wèi)星通信系統(tǒng)自主健康管理策略，與傳統(tǒng)地面衛(wèi)星通信系統(tǒng)的自主健康管理策略相比，本系統(tǒng)對整個地面衛(wèi)星通信系統(tǒng)各分系統(tǒng)和設(shè)備的態(tài)勢采集、分析和自主故障診斷與恢復(fù)方法進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，健康管理更加系統(tǒng)和全面，進(jìn)行故障診斷時同時考慮了多系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)性，且故障診斷模塊采用多方法異構(gòu)備份，提升了健康判決的準(zhǔn)確性和可靠性，有效減少了虛警的發(fā)生。本系統(tǒng)同時提出了故障自主恢復(fù)方法，對于部分故障可通過遠(yuǎn)程控制進(jìn)行故障修復(fù)和重置，可有效降低系統(tǒng)故障恢復(fù)時間，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對地面衛(wèi)星通信系統(tǒng)高穩(wěn)定性、高連續(xù)性的需求具有重要意義。

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（編輯 姚 鑫）

Research on self-health management of the terrestrial satellite communication system

Qiu Chunrong

（CEC Defense Technology Co.， Ltd.， Nanjing 210000， China）

Abstract： Satellite communication is increasingly widely used.For the demand of high stability and high continuity of ground satellite communication system， this paper proposes an autonomous health management method of ground satellite communication system， in view of the requirements of high stability and continuity of the terrestrial satellite communication system， this paper proposes a method of self-health management for the terrestrial satellite communication system， which solves the problems of troubleshooting and fault location and long processing time When a breakdown occurs Traditionally， and can autonomously deal and recover some fault problems quickly. At the same time， redundant comparison and big data learning measures are adopted to reduce the 1 alarm rate of the system and improve the reliability of the system.

Key words： self-health management; integrated situation monitoring; deformation detection; autonomous restoration