空间光学遥感器故障诊断知识获取技术的研究

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1、空间光学遥感器故障诊断知识获取技术的研究赵拠宇（屮国航天科工集团第三研究院第八三五七研究所，天津300308）摘要：为了解决空间光学遥感器故陣诊断专家系统知识获取的瓶颈问题，提出了故障树分析法和案例推理技术相结合的一种故障诊断7/法。通过运川故障树分析法对所建的故障树进行定性分析，再将简化的等效树用于专家知识库的建立；采川面向对象技术和数据库技术相结合的案例表示方法，定义案例的故障特征向量和案例特征权向量，并将故障案例表示成决策表，建、＞:了某空闾光学遥感器故障诊断系统。该系统能够快速有效地诊断出空间光学遥感器系统的各种故障，及吋

2、确定出故障组文献标识码：B件所处的状态，适用于航天器在轨故障诊断。关键词:空间光学遥感器、故障诊断、知识获取、案例推理中图分类号：TP2741引言随着我国航天卫星系统的快速发展，近年来我国在航天领域里应用智能故障诊断技术的研究也有一定的进展，人们针对个别系统编制不同的算法进行在线或离线的故障诊断，但大多是建立数学模型或祌经网络技术基础上，仍处于仿真阶段。在实际工程应用屮存在知识获取的“瓶颈”问题、知识难以维护、知识应用面窄、诊断能力弱和不适应模糊问题。其中，知识获取的过程是最复杂和工作量最大的环节，甚至在一定情况下，知识获取技术的

3、欠缺将会导致整个系统性能的失效，传统的依靠手动获取知识直接影响到整个系统的自动化程度和效率。知识获取［1］是故障诊断系统的重要组成部分，它研究的主要M题是知识源到程序知识的传递和转换。构造故障诊断系统时，专业领域的专家和知识工程师要密切合作，不断总结和提取专业领域知识,并将其形式化、编码存人计算机中形成知识库。但是，由于专业领域知识大多是启发式的，较难捕捉和描述，专业领域专家通常善于提供事例而不4惯提供知识。所以，知识获取被公认为是故障诊断系统开发研宄屮的瓶颈问题。如何保证空间光学遥感器能够按照预期目标圆满完成其使命，一直是所有研

4、宄和设计人员的终极奋斗目标。一方面，通过软硬件的高可靠性和冗余性來保证有效载荷的综合川靠性，然而由于空间环境的复杂性以及有效载荷测试的局限性，仍然会出现有效载荷运行异常或系统故障问题；另一方面，通过大量的地面试验（元器件老练、力学试验、热真空、热循环、热光学、定标等等），对有效载荷进行充分的测试。试验的测试结果是否有效、测试结果是否正常已成为行效载荷产品质量是否合格的重要判断依据。从某种意义上讲，对空间光学遥感器的故障定位和故障诊断技术的研究，有利于提高数据判读的准确性、实时性和高效性，有利于提高有效载荷是试验测试结果的有效性。因

5、此，空间光学遥感器的智能故障诊断技术是耑要亟待解决的关键技术之一，而解决这一关键技术的关键前提是建立科学合理的知识获取数学模型。本文根据空间光学遥感器的故障特点和实际情况，对于故障诊断专家系统，一是把故障树分析法与专家系统相结合进行深推理，通过设计一个基于故障树模型的诊断系统来实现，把系统的结构、行为和功能知识放入基于规则的故障树中，构成故障树模型；二是把案例推理与专家系统方法相结合实现基于案例的专家知识的浅推理，从而设汁实现了一个深浅知识相结合的完备的故障诊断专家系统。采用基于案例推理和故障树分析法建造故障诊断专家系统，知识库采

6、用产生式和框架式多种知识表示和存储方式相结合，推理机制采用正向推理和案例检索推理相结合，可有效提高系统的推理效率和准确度。2故障树分析法从知识获取的角度來看，故障树具有标准化的知识结构，若利用故障树知识生成诊断专家系统知识库，则可以显示地表示诊断专家的问题求解策略，因而可以极大地降低系统知识获収的难度。实际上，故障树的顶事件是对应于专家系统要分析解决的任务，其底事件对应于专家系统的推理结果，而故障树由顶到底的层次和逻辑关系对应于专家系统的推理过程。我们可以把故障树同诊断专家系统的知识库通过割集联系起来：故障树的一个割集是系统的一种

7、失效模式，同时对应于知识库的一条规则；割集里的基本事件是该失效模式的®基本原因，对应知识库屮规则的结论（故障源或故障原因）；从顶事件到割集的路径，是该割集区别于其它割集的屮间条件，对应于知识库屮规则的前提。但是，在故障诊断过程屮，简单的故障描述是不够的。为此，要在知识库中增加一部分信息一故障现象的描述、故障的检测方式或方法、诊断建议和维修对策等。其中故障现象的描述包括图形说明和文字描述两部分，它们分别反映了故障树的一个故障模式和在该故障模式下系统表现出的故障现象，这些都将是诊断专家系统进行推理的根据，它们构成了知识库规则的前件；故

8、障的检测方式或方法是属于故障的中间辅助描述部分，它给出了故障的检测方法;诊断建议和维修对策是属丁•故障结论描述部分，它说明故障树事件对应的系统故障以及故障的排除方法和建议，它们正是专家系统要推理的结果。图1和图2分别是与门故障树和或门故障树示例。故