基于MSET的卫星关键部件异常监测方法

论文摘要

卫星异常监测是保证卫星在轨安全可靠运行的关键技术之一。由于卫星结构复杂,并且处在复杂的太空环境下,影响卫星状态的因素众多,难以建立准确的分析模型,因此基于模型的状态监测方法不适用卫星状态监测问题。另外,卫星关键部件一般批量小,难以获得大量历史数据,而且缺乏关于部件异常的足够的知识和规则,基于信号处理的方法和基于知识的方法目前也难以完全解决卫星异常监测问题。为此,本文以锂离子电池异常监测问题为背景,在研究多状态估计技术(MSET)基础上,提出了基于MSET的卫星关键部件异常监测方法。利用在轨实测数据,实时监测卫星关键部件的异常,为解决卫星关键部件异常监测的问题提供了一种新途径。论文主要研究内容如下:(1)卫星蓄电池的失效物理分析和监测参数选取。以卫星锂离子电池为对象,在对其基本原理、失效机理和性能参数分析的基础上,提出了通过监测电解液内阻和电荷转移内阻变化,对锂离子电池进行异常监测。(2)研究基于MSET的状态估计和寿命预测方法,解决在缺乏历史数据的情况下,卫星关键部件的状态估计问题。提出了基于在轨遥测数据的MSET状态估计的方法,分别研究了数据正规化处理、训练数据选取、记忆矩阵构造和非线性算子选取及优化等MSET实现技术。并根据基于MSET状态估计得到的实际残差与产品退化之间的关系,研究了基于MSET的寿命预测方法。(3)研究基于SPRT的异常检测方法,解决了在实际残差分布已知或未知情况下的门限内异常检测问题。研究了序贯秩和概率比检验(SRPRT)的非参数检验方法,并根据实际残差分布的不同,比较了序贯概率比检验(SPRT)和序贯秩和概率比检验(SRPRT)的优劣。(4)以锂离子电池的电解液电阻和电荷转移内阻为监测参数,利用上述方法研究锂离子电池的异常监测问题,并与阈值监测方法进行了比较分析,说明了本文方法比阈值监测能更好的解决卫星关键部件异常监测问题。

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摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 基于解析模型的异常监测技术

1.2.2 基于信号处理的异常监测技术

1.2.3 基于知识的异常监测技术

1.3 论文的主要内容及结构安排

1.3.1 研究内容

1.3.2 论文结构

第二章蓄电池失效分析

2.1 锂离子电池基本原理

2.2 锂离子电池失效机理分析

2.2.1 锂离子电池失效内因分析

2.2.2 锂离子电池失效外因分析

2.2.3 锂离子电池热失控分析

2.3 锂离子电池监测参数选取

2.3.1 锂离子电池性能参数

2.3.2 监测参数确定

2.4 小结

第三章基于MSET 的状态估计和寿命预测

3.1 MSET 基本原理

3.2 MSET 实现技术

3.2.1 数据正规化处理

3.2.2 训练数据选取

3.2.3 记忆矩阵构造

3.2.4 非线性算子选取及优化

3.3 基于MSET 的寿命预测

3.3.1 退化模型的建立

3.3.2 失效标准的确定

3.3.3 实例研究

3.4 小结

第四章基于SPRT 的异常检测

4.1 基于SPRT 的残差检验

4.1.1 SPRT 基本原理

4.1.2 非参数检验方法

4.1.3 异常检测前残差数据的预处理

4.2 正态总体SPRT

4.2.1 均值检验

4.2.2 方差检验

4.3 正态总体SPRT 与非参数方法的比较

4.4 小结

第五章卫星蓄电池异常监测实例分析

5.1 锂离子电池状态估计

5.2 锂离子电池异常检测

5.3 小结

第六章结论与展望

6.1 本文的主要贡献

6.2 进一步研究的展望

致谢

参考文献

附录攻读硕士学位期间发表的学术论文

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