航天故障檢測、診斷與容錯處理技術(shù)研究

何丹琪+石顥

摘 要 航天故障的有效診斷是保證航天工作順利推進的關(guān)鍵，本文從航天故障診斷和容錯處理技術(shù)的發(fā)展歷程入手，對航天故障檢測工作中存在的不足之處進行了分析，并結(jié)合具體的問題進行了容錯處理技術(shù)的設(shè)計，對提升航天器的故障處理水平十分重要。

關(guān)鍵詞 航天故障 診斷 容錯處理技術(shù)

中圖分類號：V647 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2016.10.072

Abstract Aerospace fault diagnosis is the key to ensure the space work smoothly， this paper starts from the development of aerospace fault diagnosis and fault tolerant processing technology， the shortcomings of the aerospace fault detection in the presence of are analyzed， and combined with the specific problems of fault-tolerant processing technology design， is very important to enhance the level of fault treatment in spacecraft.

Keywords aerospace fault； detection； fault tolerant processing technique

0 引言

自從1903年俄國科學(xué)家齊奧爾科夫斯基發(fā)表《用噴氣裝置探測宇宙空間》，并從理論上論證采用多級火箭可以克服地球引力進入太空之后，特別是在哥達德、奧伯特、布勞恩、科羅列夫等一代科學(xué)巨匠的不懈努力之下，飛向太空終于在20世紀中葉從夢想變成了現(xiàn)實。

1 航天器故障的主要特點

1.1 航天器故障的危害性較大

航天器無論質(zhì)量還是體積都足以對人的安全構(gòu)成較大的危害。因此，航天器如果結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，則很有可能在使用的過程中產(chǎn)生質(zhì)量層面的問題。此外，航天器的元件比較容易產(chǎn)生質(zhì)量故障。因此，航天器對精密儀器的質(zhì)量要求較高，如果航天器在精密性儀器產(chǎn)生質(zhì)量方面的問題，將會使航天器難以根據(jù)固定的模式進行故障的處理，也無法保證航天器可以提前結(jié)束對故障性因素的處理。還有一些航天器在實施任務(wù)處理的過程中，并不能保證當(dāng)前的實用技術(shù)可以適應(yīng)系統(tǒng)的技術(shù)處理方案，使得一些航天器在應(yīng)用的過程中可能產(chǎn)生墜亡的問題，導(dǎo)致航天器的應(yīng)用過程出現(xiàn)一系列的經(jīng)濟損失。航天器如果產(chǎn)生較為嚴重的質(zhì)量問題，不僅會在問題的發(fā)生階段出現(xiàn)質(zhì)量問題，也很有可能影響到后來的技術(shù)研制工作的計劃，使航天器的后續(xù)使用難以得到有效的保證。

1.2 航天器運行環(huán)境較為特殊

航天器在使用的過程中，難以保證具備足夠的使用性能。因此，必須隨時對航天器應(yīng)用過程中的技術(shù)細節(jié)加以調(diào)整，使航天器具備充分適應(yīng)運行環(huán)境的特點。此外，要結(jié)合航天器使用過程中的運行軌道特點，對全部的空間環(huán)境加以分析，使航天器可以在空間環(huán)境的帶動之下進行運行性能的有效控制，保證航天器可以在操作的過程中憑借動力因素的特點加以技術(shù)性處理。航天器的運行還受到溫度因素的影響較多。因此，航天器必須能夠有效的針對噪音問題進行運行環(huán)境的適應(yīng)，而技術(shù)應(yīng)用過程中的電磁干擾等問題很有可能在外部因素的影響下發(fā)生變化，最終造成航天器的運行環(huán)境發(fā)生改變。航天器在應(yīng)用的過程中，所處的整體外部環(huán)境與航天器生產(chǎn)過程中的日常環(huán)境并不一致，因此，航天器很有可能在元器件的質(zhì)量發(fā)生問題的情況下受到零部件質(zhì)量問題的干擾，造成零部件難以在實驗過程中正常運行，形成較為強烈的質(zhì)量問題。

1.3 航天器本身資源有限

航天器在運行的過程中，必須使用計算機系統(tǒng)對諸多資源因素加以研究和處理，因此，所有的計算機配置工作，都必須保證在能源處理過程中實現(xiàn)配置方案的優(yōu)化。除此之外，必須結(jié)合全部的能源應(yīng)用特點，對燃料質(zhì)量控制過程中的故障分析機制加以研究，使全部的故障診斷工作都可以在容錯技術(shù)的有效支持之下進行故障診斷機制的重構(gòu)。此外，必須結(jié)合故障診斷技術(shù)的有效性分析結(jié)果，對全部的故障診斷機制加以研究，因此，航天器在諸多事務(wù)共同影響之下，難以預(yù)留足夠的空間用來應(yīng)對航天器的資源處理問題，也難以保證適應(yīng)航天器運行模式的變化問題。還有一些航天器的資源儲藏工作必須保證與航天器的運行技術(shù)相適應(yīng)，因此，航天器在進行運行可靠性分析的過程中，必須使全部的應(yīng)用技術(shù)都能與資源儲藏現(xiàn)狀相適應(yīng)，這就使得航天器的資源儲藏問題難以有效的保證與航天器的其它飛行性任務(wù)相適應(yīng)。

2 航天器故障檢測工作中存在的問題

2.1 信息資源融合角度的故障處理問題

目前，一些航天器在故障處理機制的設(shè)計過程中，并沒有充分按照傳感器的運行方式進行慣性因素的設(shè)計，使得一些傳感器只能在技術(shù)層面上應(yīng)用較差處理的方式進行信息資源的處置，無法從根本上適應(yīng)傳感器的應(yīng)用技術(shù)要求。傳感器的信息資源是保證航天器應(yīng)用質(zhì)量的關(guān)鍵。但是，一些傳感器由于信息處理領(lǐng)域存在不確定性問題，難以保證傳感器對諸多有效的信息資源實施完整的處理，也無法使傳感器可以將信息資源以互補的形式完成設(shè)計，因此，必須通過互補性機制構(gòu)建的方式進行傳感器的不確定性因素的分析。但是，很多航天器在技術(shù)處理過程中，并不能從信息資源價值的角度實施航天器故障的有效分析，使得很多的航天器難以從故障處理有效性的角度進行航天器性能的控制，使得一些航天器只能簡單的憑借傳感器的基礎(chǔ)性能進行故障處理機制的構(gòu)建，難以保證航天器可以有效的整合全部信息資源的價值。還有一些航天器在處理故障因素的過程中，難以保證信息資源具備足夠的有效性，使得信息系統(tǒng)無法完整的保證與信息利用機制相適應(yīng)，造成很多信息資源的可信度難以得到充分的保障。

2.2 航天器閉環(huán)系統(tǒng)存在診斷技術(shù)問題

航天器在應(yīng)用技術(shù)的選擇方面，具備很強的復(fù)雜性，此外，航天器的控制系統(tǒng)不僅需要對常規(guī)的控制技術(shù)加以處理，還必須對航天器的全部組成構(gòu)件加以研究。因此，所有的航天器都會在使用故障因素的影響下產(chǎn)生工作系統(tǒng)的紊亂。除此之外，必須對系統(tǒng)已經(jīng)產(chǎn)生的故障進行分析，并對系統(tǒng)全部的運行故障進行關(guān)聯(lián)機制的控制，使后續(xù)的系統(tǒng)運行活動可以在具備更強關(guān)聯(lián)性因素的特點下進行故障處理機制的構(gòu)建，確保故障能夠在處理的過程中更加有效的同數(shù)據(jù)資源相適應(yīng)。但是，一些航天器的避免系統(tǒng)并不能對諸多的航天器分支系統(tǒng)進行技術(shù)性處理，造成很多的航天器資源難以適應(yīng)部件運行過程中的技術(shù)應(yīng)用要求。還有一些航天器難以在使用的過程中對相關(guān)故障性因素實施處置，使得很多的部件運行程序難以在檢測技術(shù)運行時間的有效控制下進行任務(wù)的處置，造成很多任務(wù)難以有效的憑借檢測技術(shù)的應(yīng)用特點進行測量機制的構(gòu)建。還有一些航天器在閉環(huán)系統(tǒng)的質(zhì)量診斷方面，并不能保證對閉環(huán)系統(tǒng)的全部的信息資源實施有效的采集處理，造成很多的閉環(huán)系統(tǒng)難以結(jié)合故障的具體存在特征進行信息檢測機制的處理，最終導(dǎo)致很多的檢測技術(shù)難以適應(yīng)系統(tǒng)運行狀態(tài)的控制要求。

2.3 模型診斷技術(shù)的應(yīng)用不足

目前，很多航天器在實施診斷技術(shù)應(yīng)用的過程中，都將硬件資源的質(zhì)量控制作為工作的重點，這雖然能夠保證診斷技術(shù)的應(yīng)用可以增強航天器的技術(shù)處理質(zhì)量，卻容易導(dǎo)致很多的航天器無法在系統(tǒng)復(fù)雜性因素的影響下進行運行水平的提高。還有一些硬件資源在進行可靠性研究的過程中，并不能對已經(jīng)產(chǎn)生的故障信息實施新型技術(shù)的重構(gòu)，導(dǎo)致很多的信息資源無法應(yīng)對現(xiàn)階段的剛性需求。還有一些航天器必須對體積較大的液體燃料資源進行質(zhì)量控制，導(dǎo)致很多的燃料處理程序難以適應(yīng)動力基礎(chǔ)的處理要求，雖然很多的模型診斷工作都可以適應(yīng)燃料箱的技術(shù)應(yīng)用特點，卻難以充分保證所有的動力學(xué)模型都可以在航天器的質(zhì)量控制過程中實施有效的技術(shù)性處理，也難以使全部的模型診斷技術(shù)可以在故障處理過程中實現(xiàn)診斷水平的提高。

3 航天故障診斷和容錯處理技術(shù)的實踐方案

3.1 運用信息融合技術(shù)實施故障診斷

首先，必須對航天器運行過程中的全部信息融合技術(shù)進行整合處理，使信息資源的控制工作可以在融合技術(shù)的有效支持之下實施傳感器的質(zhì)量控制。除此之外，必須對全部的傳感器裝置實施慣性因素的有效判斷，以便傳感器裝置的諸多容錯技術(shù)都可以在不同類型的傳感器裝置共同影響下實現(xiàn)容錯技術(shù)的合理控制，提升傳感器運行過程中的信息資源價值。在應(yīng)用傳感器對大量信息實施處置的過程中，必須保證所有的信息資源可以適應(yīng)信息采集程序的要求，使全部的信息都可以在航天器運行過程中產(chǎn)生足夠的互補性影響，確保所有的信息采集機制能適應(yīng)資源互補性處理的要求。要加強對多種類型的傳感器資源的關(guān)注，使傳感器可以利用互補機制進行信息采集模式的適應(yīng)，確保所有的信息資源都可以結(jié)合傳感器應(yīng)用程序的要求進行合理的分析機制的處理，切實保證傳感器能夠在有效的整合分析過程中實現(xiàn)信息資源處理質(zhì)量的提高。

3.2 完善閉環(huán)系統(tǒng)質(zhì)量控制機制

首先，必須加強對航天器運行過程中系統(tǒng)復(fù)雜性的關(guān)注，通過系統(tǒng)各類組成部件的有效分類管理，對航天器質(zhì)量控制工作推進過程中的系統(tǒng)復(fù)雜性加以研究，使所有的系統(tǒng)質(zhì)量控制工作都可以結(jié)合系統(tǒng)正常運行的技術(shù)性要求實施處置，以便系統(tǒng)可以有效的應(yīng)對質(zhì)量控制工作推進過程中的各項故障特點，并使全部的數(shù)據(jù)處理機制可以同數(shù)據(jù)運行的異常特點保持一致。在完成故障傳播機制處理之后，必須對全部的系統(tǒng)運行質(zhì)量關(guān)聯(lián)性特點實施傳播技術(shù)的處理，使得很多的故障性因素難以根據(jù)故障的實際特點對故障的實際呈現(xiàn)狀態(tài)加以控制。因此，必須結(jié)合閉環(huán)控制技術(shù)的運行要求，對系統(tǒng)之間的各個組成部件是否具備足夠的關(guān)聯(lián)性加以研究，使后續(xù)的系統(tǒng)故障特點能夠在傳播模式的影響下得到更好的處理，保證數(shù)據(jù)資源的全部處置工作可以適應(yīng)系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)性運行特點。

3.3 提升模型在航天器故障處理中的應(yīng)用深度

首先，必須對航天器的所有組成材質(zhì)進行質(zhì)量可靠性分析，使后續(xù)的硬件資源可以結(jié)合系統(tǒng)的復(fù)雜性特點進行航天器的質(zhì)量控制，保證航天器可以有效的增強全部的成本工作執(zhí)行要求。其次，技術(shù)性因素的控制必須保證同成本控制的要求相適應(yīng)?？梢越Y(jié)合模型應(yīng)用程序的特點，對故障診斷過程中的信息重構(gòu)技術(shù)加以分析，使航天器的運行工作能夠同全部的燃料裝置形成結(jié)合，共同保證航天器裝置可以在力學(xué)模型的技術(shù)指導(dǎo)下加以處置。

4 結(jié)論

容錯技術(shù)和故障診斷技術(shù)是保證航天器運行質(zhì)量的重要技術(shù)，深入地分析航天故障診斷技術(shù)的發(fā)展歷程，并集合航天工作中的主要技術(shù)性問題進行容錯處理技術(shù)的設(shè)計，能夠很大程度上增強容錯處理技術(shù)的實施質(zhì)量。

參考文獻

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