通信卫星故障诊断与重构系统设计技术

第1章通信卫星的基本概念及其发展1 1.1通信卫星介绍1 1.1.1通信卫星概述1 1.1.2卫星通信特点2 1.1.3通信卫星发展历程3 1.1.4通信卫星分系统简介6 1.2通信卫星工程11 1.2.1通信卫星工程与通信卫星工程系统11 1.2.2通信卫星工程阶段13 1.3通信卫星平台概况16 1.3.1国内通信卫星平台概况16 1.3.2国外通信卫星平台概况18 1.4通信卫星技术发展趋势21 1.4.1业务发展趋势21 1.4.2卫星平台技术发展趋势22 1.4.3其他卫星技术发展趋势24 参考文献26
第2章国外卫星在轨典型故障案例研究、分析与启示27 2.1引言27 2.22003—2020年国外卫星典型故障案例28 2.2.12020年卫星在轨故障案例28 2.2.22019年卫星在轨故障案例30 2.2.32018年卫星在轨故障案例34 2.2.42017年卫星在轨故障案例36 2.2.52016年卫星在轨故障案例41 2.2.62015年卫星在轨故障案例47 2.2.72014年卫星在轨故障案例52 2.2.82013年卫星在轨故障案例56 2.2.92012年卫星在轨故障案例59 2.2.102011年卫星在轨故障案例61 2.2.112010年卫星在轨故障案例65 2.2.122009年卫星在轨故障案例73 2.2.132008年卫星在轨故障案例78 2.2.142007年卫星在轨故障案例84 2.2.152006年卫星在轨故障案例88 2.2.162005年卫星在轨故障案例94 2.2.172004年卫星在轨故障案例96 2.2.182003年卫星在轨故障案例101 2.2.19卫星信息汇总表103 2.3故障统计与分析114 2.3.1故障卫星采用的平台统计114 2.3.2分系统故障统计114 2.3.3卫星故障时已在轨时长统计115 2.3.4分系统与卫星故障发生时间的相关性分析116 2.3.5分系统故障随时间的演化117 2.3.6人为因素、空间环境因素和卫星设备故障统计118 2.3.7机械、电子、软件和其他故障类型统计118 2.3.8不同空间环境因素导致的卫星故障统计118 2.3.9国外卫星在轨典型故障案例启示119 参考文献121
第3章通信卫星故障诊断与重构技术123 3.1引言123 3.2航天器健康管理技术及应用现状124 3.2.1故障诊断技术124 3.2.2故障预测技术124 3.2.3健康评估技术125 3.2.4研究与应用现状126 3.3国外典型通信卫星故障诊断与重构系统129 3.3.1Spacebus 4000平台星载自主FDIR系统129 3.3.2EuroStar 3000平台星载自主FDIR系统134 3.3.3LS1300E卫星自主FDIR系统137 3.4卫星故障诊断与重构系统设计要求139 3.4.1研究现状139 3.4.2ECSS相关标准要求141 3.4.3FDIR全生命周期流程设计145 3.5通信卫星故障诊断与重构系统策略设计146 3.5.1功能定义146 3.5.2设计目标146 3.5.3总体流程147 3.5.4策略设计149 3.5.5典型故障模式150 3.6通信卫星故障诊断与重构系统关键技术151 3.6.1总体设计技术151 3.6.2信息流设计技术154 3.6.3故障建模与诊断技术155 3.6.4故障自主恢复技术161 3.6.5故障知识库在轨编辑技术162 3.7通信卫星故障诊断与重构系统验证技术166 3.7.1测试验证环境166 3.7.2测试验证流程171 3.7.3故障注入与性能监视173 参考文献181
第4章大数据驱动的卫星故障诊断及应用183 4.1引言183 4.2卫星遥测大数据概述184 4.2.1卫星遥测技术概述184 4.2.2卫星遥测数据的特点185 4.2.3基于数据异常检测的卫星故障诊断185 4.3新一代人工智能技术186 4.3.1人工智能技术186 4.3.2机器学习187 4.3.3深度学习189 4.4卫星数据异常检测技术191 4.4.1基于数据异常检测的卫星故障诊断192 4.4.2总体技术架构193 4.4.3卫星数据异常检测流程194 4.4.4典型卫星数据异常检测算法200 4.5基于深度学习的数据异常检测及卫星故障诊断技术201 4.5.1引言201 4.5.2卫星数据分类201 4.5.3卫星数据预测202 4.5.4卫星数据重构203 4.5.5生成模型方法205 4.6卫星数据异常检测及故障诊断技术应用208 4.6.1卫星数据预测与故障诊断及其应用208 4.6.2多元卫星数据融合故障诊断与应用217 4.6.3基于滑动窗口的多步长多元卫星数据融合故障
诊断与应用222 参考文献229
第5章星载多约束下的容错控制和规划232 5.1引言232 5.2通信卫星姿态机动约束建模与分析237 5.2.1坐标系定义与姿态描述方法237 5.2.2通信卫星内部姿态约束240 5.2.3姿态指向约束241 5.2.4规划中的姿态机动控制器245 5.3多约束下抗退绕姿态机动路径规划250 5.3.1RRT算法251 5.3.2基于CERRT路径*优规划算法252 5.3.3仿真与分析257 5.4多约束下能量*优姿态机动路径规划265 5.4.1问题分析265 5.4.2基于评价迭代的*优解逼近267 5.4.3仿真与分析270 5.4.4基于分支定界的姿态机动路径规划方法279 5.5多约束下时间*优姿态机动路径规划288