一種基于窗口的衛(wèi)星非周期性遙測模擬量判讀方法
【專利摘要】一種基于窗口的衛(wèi)星非周期性遙測模擬量判讀方法，首先設(shè)置窗口寬度，然后創(chuàng)建連續(xù)窗口，查找第一個(gè)穩(wěn)態(tài)并計(jì)算均值，檢測后續(xù)窗口尋找第一個(gè)變化態(tài)窗口，然后繼續(xù)檢測后續(xù)窗口，找到第二個(gè)穩(wěn)態(tài)并計(jì)算均值，計(jì)算第一個(gè)和第二個(gè)穩(wěn)態(tài)的均值差作為模擬量的變化量，檢索外部激勵(lì)日志，判斷是否有對(duì)應(yīng)本次模擬量變化的外部激勵(lì)，如果沒有，則本次為異常變化。然后把第二個(gè)穩(wěn)態(tài)作為新的第一個(gè)穩(wěn)態(tài)，重復(fù)上述步驟，實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星非周期性遙測模擬量的自動(dòng)判讀。本發(fā)明可以通過軟件自動(dòng)識(shí)別出非周期性遙測模擬量的變化(增大或減小)以及變化量，并且能夠發(fā)現(xiàn)由設(shè)備故障引發(fā)的異常變化。
【專利說明】
一種基于窗口的衛(wèi)星非周期性遙測模擬量判讀方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種基于窗口的衛(wèi)星非周期性遙測模擬量判讀方法，用于實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星遙 測模擬量的智能化判讀，屬于衛(wèi)星測試領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 衛(wèi)星在電性能綜合測試過程中，通過測控通道不間斷地下傳整星的遙測數(shù)據(jù)。衛(wèi) 星的遙測數(shù)據(jù)包括數(shù)字量和模擬量兩大類，其中模擬量又分為靜態(tài)模擬量、周期性模擬量 和非周期性模擬量。測試人員需要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)視和判讀以確定衛(wèi)星是否工作 正常。數(shù)字量遙測代表星上設(shè)備的工作狀態(tài)，意義明顯、直接，且數(shù)值通常在有限的幾個(gè)固 定值中變化。靜態(tài)模擬量的取值范圍恒定，超出閾值則表明出現(xiàn)異常。周期性模擬量則具有 嚴(yán)格的變化周期和規(guī)律。
[0003] 目前，衛(wèi)星遙測模擬量主要以人工判讀為主，對(duì)測試人員的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)要求較高， 并且判讀過程中易產(chǎn)生漏判、誤判。同時(shí)隨著數(shù)據(jù)分析技術(shù)的不斷發(fā)展，衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)判讀 逐漸向軟件自動(dòng)化、智能化判讀轉(zhuǎn)變。隨著數(shù)據(jù)分析技術(shù)的不斷發(fā)展，衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)判讀逐 漸向軟件自動(dòng)化、智能化判讀轉(zhuǎn)變。數(shù)字量、靜態(tài)模擬量以及周期性模擬量遙測具有明顯的 數(shù)據(jù)特征或變化規(guī)律，較容易通過軟件實(shí)現(xiàn)智能判讀。
[0004]而對(duì)于非周期性模擬量，由于變化隨機(jī)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)軟件智能判讀較為困難。以整 星負(fù)載電流遙測為例，作為表征整星工作狀態(tài)的一個(gè)重要模擬量遙測，它的數(shù)值變化有兩 種原因，一是外部正常激勵(lì)，包括控制指令、環(huán)境變化等，二是設(shè)備故障，由于外部激勵(lì)或設(shè) 備故障的發(fā)生是隨機(jī)的、無規(guī)律的，所以目前還沒有利用軟件自動(dòng)識(shí)別非周期性模擬量的 方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決問題:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于窗口的衛(wèi)星非周期 性遙測模擬量判讀方法，可以通過軟件自動(dòng)識(shí)別出非周期性遙測模擬量的變化(增大或減 ?。┮约白兓?，并且能夠發(fā)現(xiàn)由設(shè)備故障引發(fā)的異常變化。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案：一種基于窗口的衛(wèi)星非周期性遙測模擬量判讀方法，步 驟如下：
[0007] (1)根據(jù)地面對(duì)衛(wèi)星遙測模擬量的采樣周期設(shè)置窗口寬度，所述窗口寬度為n個(gè)采 樣周期，n> = 3;
[0008] (2)在時(shí)間序列數(shù)據(jù)上創(chuàng)建連續(xù)的窗口，根據(jù)地面在每個(gè)窗口采集的衛(wèi)星遙測數(shù) 據(jù)尋找第一個(gè)穩(wěn)態(tài)，所述第一個(gè)穩(wěn)態(tài)是指首次判斷得到的數(shù)據(jù)穩(wěn)定的窗口，計(jì)算第一個(gè)穩(wěn) 態(tài)的數(shù)據(jù)均值；
[0009] (3)繼續(xù)檢測后續(xù)窗口，當(dāng)某個(gè)窗口數(shù)據(jù)不穩(wěn)定時(shí)，即找到一個(gè)變化態(tài)窗口，根據(jù) 此窗口與前一窗口的均值差獲得數(shù)據(jù)的變化信息；
[0010] (4)重復(fù)步驟(3)，直至某個(gè)窗口數(shù)據(jù)穩(wěn)定，該窗口即為第二個(gè)穩(wěn)態(tài)，計(jì)算第二個(gè)穩(wěn) 態(tài)的數(shù)據(jù)均值；
[0011] (5)計(jì)算第一個(gè)穩(wěn)態(tài)和第二個(gè)穩(wěn)態(tài)的均值差，得到本次模擬量的變化以及變化量；
[0012] (6)檢索外部激勵(lì)日志，若無對(duì)應(yīng)本次模擬量變化的外部激勵(lì)，則本次為異常變 化，若有對(duì)應(yīng)本次模擬量變化的外部激勵(lì)，則本次為正常變化；
[0013] (7)把第二個(gè)穩(wěn)態(tài)作為新的第一個(gè)穩(wěn)態(tài)，重復(fù)步驟(3)至(6)，實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星非周期性 遙測模擬量的自動(dòng)判讀。
[0014] 利用相鄰窗口均值差法判斷窗口數(shù)據(jù)是否穩(wěn)定，具體實(shí)現(xiàn)方式如下：
[0015] 令Lim為預(yù)先設(shè)定的穩(wěn)態(tài)偏差閾值，當(dāng)Lim為絕對(duì)值時(shí)，按照下面方法判斷：
[0016] 若| Ew2_Ewl |〈Lim，則第二個(gè)窗□數(shù)據(jù)穩(wěn)定，否則第二個(gè)窗□數(shù)據(jù)不穩(wěn)定；
[0017] 其中Ewl為第一個(gè)窗口的數(shù)據(jù)均值，Ew2為第二個(gè)窗口的數(shù)據(jù)均值，第一個(gè)窗口和第 二個(gè)窗口為相鄰窗口；
[0018] 當(dāng)Lim為百分比時(shí)，按照下面方法判斷：
[0019] 若| Ew2-Ewl | /Ewl*100 %〈Lim，則第二個(gè)窗口數(shù)據(jù)穩(wěn)定，否則第二個(gè)窗口數(shù)據(jù)不穩(wěn) 定。
[0020] 利用逆序檢驗(yàn)法判斷窗口數(shù)據(jù)是否穩(wěn)定，具體實(shí)現(xiàn)方式如下：，
[0021] (3.1)將當(dāng)前窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)序列分成M段，然后求出每段數(shù)據(jù)的均值，記為yi， y2,…，yM;
[0022] (3.2)計(jì)算yi的逆序數(shù)Ai，所述Ai等于yi+l到y(tǒng)M中值大于yi的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)；
[0023] (3.3)計(jì)算逆序總數(shù)A，所述逆序總數(shù)A為心，A2，…，Am-i之和；
[0024] (3.4)計(jì)算4的期望、方差和統(tǒng)計(jì)量，所述4的期望為￡以）=11(11-1)/4，方差為0(八） =M(2M 2+3M-5)/72，統(tǒng)計(jì)量 Z= [A+0 ? 5-E(A) ]/(D(A))1/2，Z 服從于 N(0，1)分布；
[0025] (3.5)在顯著性水平a = 〇. 05情況下，若| Z |〈1.96，則認(rèn)為該序列為平穩(wěn)序列，即當(dāng) 前窗口數(shù)據(jù)穩(wěn)定。
[0026] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0027] (1)本發(fā)明能夠識(shí)別出模擬量數(shù)據(jù)的變化(增加或減少），并能夠給出從第一個(gè)穩(wěn) 態(tài)到第二個(gè)穩(wěn)態(tài)的變化量，能夠剔除正常的模擬量數(shù)據(jù)變化，識(shí)別異常的變化，便于提示和 報(bào)警，實(shí)現(xiàn)了非周期性遙測模擬量的智能化判讀，能夠替代人工判讀，避免漏判。
[0028] (2)本發(fā)明對(duì)于窗口寬度較小的情況采用相鄰窗口均值差法判斷窗口數(shù)據(jù)的穩(wěn)定 性，該方法適用于變化較快的衛(wèi)星遙測模擬量數(shù)據(jù)，比如衛(wèi)星速變遙測中采樣周期為1秒的 負(fù)載電流、姿控電流等，該類數(shù)據(jù)完成一次狀態(tài)變化只需幾個(gè)或十幾個(gè)采樣周期，通過設(shè)置 窗口寬度為較小的值，使用相鄰窗口均值差法可以快速、準(zhǔn)確的識(shí)別出穩(wěn)態(tài)和變化態(tài)，及時(shí) 作出提示或報(bào)警。
[0029] (3)本發(fā)明對(duì)于窗口寬度較大的情況采用逆序檢驗(yàn)法判斷窗口數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。該 方法適用于變化緩慢的衛(wèi)星遙測模擬量數(shù)據(jù)，比如衛(wèi)星緩變數(shù)據(jù)中的溫度遙測，采樣周期 一般為16秒或更多，30分鐘內(nèi)（采樣112次)可能只產(chǎn)生小于2度的變化。這種情況即可以設(shè) 置大寬度窗口（n= 100，M= 10)。通過大寬度窗口以及逆序檢驗(yàn)法可以準(zhǔn)確的識(shí)別出變化緩 慢的遙測數(shù)據(jù)的變化趨勢，可以替代現(xiàn)有的人工判讀的方式。
【附圖說明】
[0030] 圖1為本發(fā)明的方法流程圖；
[0031] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中衛(wèi)星負(fù)載電流的數(shù)據(jù)分析示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0032] 本發(fā)明提供了一種基于窗口的衛(wèi)星模擬量判讀方法，通過建立時(shí)間序列數(shù)據(jù)窗口 對(duì)非周期性模擬量進(jìn)行分析，識(shí)別出模擬量的變化(增大或減?。┮约白兓?，并且能夠發(fā) 現(xiàn)由設(shè)備故障引發(fā)的異常變化。
[0033] 如圖1所示，具體步驟如下：
[0034] (1)設(shè)置窗口寬度和穩(wěn)態(tài)偏差閾值。根據(jù)地面對(duì)衛(wèi)星遙測模擬量的采樣周期設(shè)置 窗口寬度，所述窗口寬度為n個(gè)采樣周期，n> = 3。當(dāng)模擬量變化速度較快時(shí)，窗口寬度應(yīng)取 一個(gè)較小的值，這樣判讀反應(yīng)會(huì)較快。例如對(duì)于整星負(fù)載電流，其采樣周期為ls，可以設(shè)置 窗口寬度為5s，當(dāng)電流出現(xiàn)變化后延遲5次采樣間隔即可以完成識(shí)別和判讀。當(dāng)模擬量變化 速度較緩慢時(shí)，窗口寬度應(yīng)取一個(gè)較大的值，這樣判讀才會(huì)更準(zhǔn)確。穩(wěn)態(tài)偏差閾值即穩(wěn)態(tài)時(shí) 相鄰兩個(gè)窗口可允許的均值偏差，可以是一個(gè)百分比，也可以是一個(gè)絕對(duì)值，當(dāng)相鄰窗口的 均值差在該閾值范圍內(nèi)時(shí)，判定窗口內(nèi)數(shù)據(jù)處于穩(wěn)態(tài)。
[0035] (2)在時(shí)間序列數(shù)據(jù)上創(chuàng)建連續(xù)窗口，查找第一個(gè)穩(wěn)態(tài)，記錄第一個(gè)穩(wěn)態(tài)的均值。 判斷窗口內(nèi)數(shù)據(jù)是否穩(wěn)定(處于穩(wěn)態(tài))有兩種方法，即相鄰窗口均值差法和逆序檢驗(yàn)法。
[0036] 相鄰窗口均值差法適用于窗口寬度較小的情況。穩(wěn)態(tài)偏差閾值為絕對(duì)值時(shí)的公式 如下：
[0037] 若| Ew2_Ewl |〈Lim，則第二個(gè)窗□數(shù)據(jù)穩(wěn)定，否則第二個(gè)窗□數(shù)據(jù)不穩(wěn)定；
[0038]其中Ewl為第一個(gè)窗口的數(shù)據(jù)均值，Ew2為第二個(gè)窗口的數(shù)據(jù)均值，第一個(gè)窗口和第 二個(gè)窗口為相鄰窗口，Lim為預(yù)先設(shè)定的穩(wěn)態(tài)偏差閾值絕對(duì)值。
[0039] 有時(shí)穩(wěn)態(tài)偏差閾值以百分比形式給出，穩(wěn)態(tài)偏差閾值為百分比時(shí)的公式如下：
[0040] | Ew2-Ewl I /Ewl*100 %〈Lim，則第二個(gè)窗口數(shù)據(jù)穩(wěn)定，否則第二個(gè)窗口數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。
[0041] 逆序檢驗(yàn)法適用于窗口寬度較大的情況。首先將窗口內(nèi)數(shù)據(jù)序列分成M段，然后求 出每段數(shù)據(jù)的均值，記為yi，y2,…，yMji的逆序數(shù)Ai等于yi+i到y(tǒng)M中數(shù)值大于yi的個(gè)數(shù)，即Ai 等于n的個(gè)數(shù)，L滿足y)yi(j>i))(即以從大到小為標(biāo)準(zhǔn)次序）。計(jì)算Ai，A2,…，Am-之和即為 逆序總數(shù)，記為AA的期望為
[0042] E(A)=M(M_l)/4，
[0043] 方差為 D(A)=M(2M2+3M_5)/72，
[0044] 統(tǒng)計(jì)量 Z= [A+0 ? 5-E(A) ]/(D(A) )1/2，
[0045] Z近似服從于N(0，1)分布，在顯著性水平a = 〇. 05情況下，若| Z |〈1.96，則認(rèn)為該序 列為平穩(wěn)序列，即當(dāng)前窗口為穩(wěn)態(tài)。
[0046] (3)繼續(xù)檢測后續(xù)窗口，當(dāng)相鄰窗口均值不等或逆序檢驗(yàn)法結(jié)果顯示數(shù)據(jù)不平穩(wěn) 時(shí)，即是找到一個(gè)變化態(tài)窗口，根據(jù)此窗口與前一窗口的均值差可以得知數(shù)據(jù)的變化(增大 或減?。?；
[0047] (4)重復(fù)步驟(3)，直至相鄰窗口均值相等或逆序檢驗(yàn)法結(jié)果顯示窗口數(shù)據(jù)平穩(wěn)， 即是找到第二個(gè)穩(wěn)態(tài)，記錄第二個(gè)穩(wěn)態(tài)均值；
[0048] (5)根據(jù)第一個(gè)穩(wěn)態(tài)、第二個(gè)穩(wěn)態(tài)的均值差得出本次模擬量的變化以及變化量；
[0049] (6)檢索外部激勵(lì)日志，若無對(duì)應(yīng)本次模擬量變化的外部激勵(lì)，則本次為異常變 化，否則本次為正常變化；
[0050] (7)把第二個(gè)穩(wěn)態(tài)作為新的第一個(gè)穩(wěn)態(tài)，重復(fù)(3)至(6)步驟，實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星非周期性 遙測模擬量的自動(dòng)判讀。
[0051] 實(shí)施例：
[0052]圖2為某衛(wèi)星負(fù)載電流的一個(gè)變化曲線，采樣周期1秒，其中1~50s的數(shù)據(jù)如表1所 示，數(shù)據(jù)單位為安培(A)。從數(shù)據(jù)11開始采用相鄰窗口均值差法進(jìn)行數(shù)據(jù)判讀，設(shè)置窗口寬 度為5個(gè)采樣周期，閾值為絕對(duì)值0.2，窗口計(jì)算的結(jié)果如表2所示。
[0053]表1某衛(wèi)星負(fù)載電流的采樣數(shù)據(jù)
[0055]表2窗口的均值及均值差
[0056]
[0057] 根據(jù)相鄰窗口的均值差，可以判定第2個(gè)窗口為第一個(gè)穩(wěn)態(tài)，第3~6個(gè)窗口為變化 態(tài)，第7個(gè)窗口為第二個(gè)穩(wěn)態(tài)。記錄第一個(gè)穩(wěn)態(tài)與第二個(gè)穩(wěn)態(tài)的均值差為+3.53，則該衛(wèi)星負(fù) 載電流遙測在這一時(shí)間段的判讀結(jié)論為"負(fù)載電流增加3.53A"。可以通過檢索外部激勵(lì)日 志，查看本次是否為異常變化。把第二個(gè)穩(wěn)態(tài)作為新的第一個(gè)穩(wěn)態(tài)。重復(fù)上述方法，對(duì)45s以 后的數(shù)據(jù)繼續(xù)計(jì)算穩(wěn)態(tài)和變化態(tài)，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星負(fù)載電流的判讀。
[0058] 本發(fā)明方法能夠?qū)Ψ侵芷谛l(wèi)星遙測模擬量數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化的判讀，檢測出模擬量 的變化趨勢以及變化量，同時(shí)結(jié)合外部激勵(lì)日志，剔除正常的數(shù)據(jù)變化，對(duì)異常變化進(jìn)行提 示報(bào)警，能夠很好的滿足衛(wèi)星測試過程中的數(shù)據(jù)監(jiān)視要求，從而達(dá)到非周期衛(wèi)星遙測模擬 量的自動(dòng)化判讀。
[0059]本發(fā)明未詳細(xì)描述內(nèi)容為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知技術(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于窗口的衛(wèi)星非周期性遙測模擬量判讀方法，其特征在于步驟如下： (1) 根據(jù)地面對(duì)衛(wèi)星遙測模擬量的采樣周期設(shè)置窗口寬度，所述窗口寬度為η個(gè)采樣周 期，η> = 3; (2) 在時(shí)間序列數(shù)據(jù)上創(chuàng)建連續(xù)的窗口，根據(jù)地面在每個(gè)窗口采集的衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)尋 找第一個(gè)穩(wěn)態(tài)，所述第一個(gè)穩(wěn)態(tài)是指首次判斷得到的數(shù)據(jù)穩(wěn)定的窗口，計(jì)算第一個(gè)穩(wěn)態(tài)的 數(shù)據(jù)均值； (3) 繼續(xù)檢測后續(xù)窗口，當(dāng)某個(gè)窗口數(shù)據(jù)不穩(wěn)定時(shí)，即找到一個(gè)變化態(tài)窗口，根據(jù)此窗 口與前一窗口的均值差獲得數(shù)據(jù)的變化信息； (4) 重復(fù)步驟(3)，直至某個(gè)窗口數(shù)據(jù)穩(wěn)定，該窗口即為第二個(gè)穩(wěn)態(tài)，計(jì)算第二個(gè)穩(wěn)態(tài)的 數(shù)據(jù)均值； (5) 計(jì)算第一個(gè)穩(wěn)態(tài)和第二個(gè)穩(wěn)態(tài)的均值差，得到本次模擬量的變化以及變化量； (6) 檢索外部激勵(lì)日志，若無對(duì)應(yīng)本次模擬量變化的外部激勵(lì)，則本次為異常變化，若 有對(duì)應(yīng)本次模擬量變化的外部激勵(lì)，則本次為正常變化； (7) 把第二個(gè)穩(wěn)態(tài)作為新的第一個(gè)穩(wěn)態(tài)，重復(fù)步驟(3)至(6)，實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星非周期性遙測 模擬量的自動(dòng)判讀。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于窗口的衛(wèi)星非周期性遙測模擬量判讀方法，其特征 在于:利用相鄰窗口均值差法判斷窗口數(shù)據(jù)是否穩(wěn)定，具體實(shí)現(xiàn)方式如下： 令Lim為預(yù)先設(shè)定的穩(wěn)態(tài)偏差閾值，當(dāng)Lim為絕對(duì)值時(shí)，按照下面方法判斷： 若| Ew2-Ewl |〈Lim，則第二個(gè)窗口數(shù)據(jù)穩(wěn)定，否則第二個(gè)窗口數(shù)據(jù)不穩(wěn)定； 其中Ewl為第一個(gè)窗口的數(shù)據(jù)均值，Ew2為第二個(gè)窗口的數(shù)據(jù)均值，第一個(gè)窗口和第二個(gè) 窗口為相鄰窗口； 當(dāng)Lim為百分比時(shí)，按照下面方法判斷： 若| Ew2-Ewl | /Ewl*100 %〈Lim，則第二個(gè)窗口數(shù)據(jù)穩(wěn)定，否則第二個(gè)窗口數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于窗口的衛(wèi)星非周期性遙測模擬量判讀方法，其特征 在于:利用逆序檢驗(yàn)法判斷窗口數(shù)據(jù)是否穩(wěn)定，具體實(shí)現(xiàn)方式如下：， (3.1) 將當(dāng)前窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)序列分成Μ段，然后求出每段數(shù)據(jù)的均值，記為71，72，···，7Μ; (3.2) 計(jì)算71的逆序數(shù)41，所述41等于71+遺1^中值大于71的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)； (3.3) 計(jì)算逆序總數(shù)A，所述逆序總數(shù)A為Μ，A2，…，Ah之和； (3.4) 計(jì)算A的期望、方差和統(tǒng)計(jì)量，所述A的期望為E(A)=M(M-l)/4，方差為D(A)=M (2M2+3M-5)/72，統(tǒng)計(jì)量 Z= [A+0 · 5-E(A) ]/(D(A))1/2，Z 服從于 N(0，1)分布； (3.5) 在顯著性水平α = 0.05情況下，若I Z|〈1.96,則認(rèn)為該序列為平穩(wěn)序列，即當(dāng)前窗 口數(shù)據(jù)穩(wěn)定。
【文檔編號(hào)】G01R31/00GK106053978SQ201610346317
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月23日
【發(fā)明人】王崇羽, 劉鋒, 韓冬, 蘇振華
【申請人】航天東方紅衛(wèi)星有限公司