一种空间离子电推进异常放电危害程度评估方法与流程

本申请涉及离子电推进，具体而言，涉及一种空间离子电推进异常放电危害程度评估方法。

背景技术：

1、离子电推进工作时电压超过1500v、周围布满等离子体和中性气体，如果环境条件发生变化，极易引发异常放电，轻则导致空间离子电推进关机重启，重则导致系统损失甚至失效。

2、因此，寻找一种能够实现离子电推进异常放电危害程度评估的方法，实现其运行状态的精确调控，能大幅提升离子电推进的易用、好用、可用性，同步还可提升其寿命和可靠性。

3、本发明基于已有的离子电推进地面和在轨数万小时的试验数据，结合数据挖掘算法，提出的一种基于数据挖掘的空间离子电推进异常放电危害程度评估方法，为空间离子电推进高效在轨运行提供了应用指导，具有重要的工程应用价值。

技术实现思路

1、本申请提供了一种空间离子电推进异常放电危害程度评估方法，旨在解决现有技术中难以对异常放电危害程度进行量化评估、无法实现精细化判读和实时处理的问题。

2、为了实现上述目的，本申请提供了一种空间离子电推进异常放电危害程度评估方法，包括如下步骤：

3、步骤1：数据初筛，基于离子电推进系统地面三万小时和在轨两万小时的运行寿命试验数据库，建立异常放电与电参数的预测集，采用偏最小二乘回归算法，以变量投影重要性指标大于1.2倍为准则，从应力参数和可靠性参数中初步筛选出与离子电推进异常放电密切相关的峰值参数；

4、步骤2：综合评判，在时域和频域内，将步骤1筛选出的峰值参数关联到故障危害评估的多维因数，多维因数包括峰值功率、能量沉积、冲击、波动率和波动强度，从而构建多维基于电参数的异常评价指标，开展多维度放电异常的综合评判；

5、步骤3：阈值设定，基于空间离子电推进设计最高功率常态化运行参数，将所有参数增大20%作为过压极限，计算步骤2中各评价指标被判断为异常的阈值，确定各指标的异常判读边界；

6、步骤4：矩阵判读，根据步骤2构建的多维评价指标，建立与各指标密切关联的异常判读矩阵，该矩阵以评价指标为行、以危害等级为列，每个矩阵元素为对应指标在该危害等级下的判读规则；

7、步骤5：等级划分，将步骤1中筛选出的峰值参数进行归一化处理，利用层次分析法将归一化后的参数划分为四个权重区间，分别为无影响区间、异常可恢复区间、性能降级区间和不可逆失效区间，从而建立异常放电危害程度评价域；

8、步骤6：危害评估，利用神经网络及星载控制系统对放电参数实时进行监控，将实时采集的电参数依次经过步骤1至步骤5的处理，判断当前异常放电所属的危害等级，并根据危害程度自动采取关机、局部关机、降档或参数调节中的一种或多种处理手段。

9、进一步的，步骤1中，应力参数包括屏栅电压、屏栅电流、阳极电压、阳极电流、加速栅电压、加速栅电流、中和器加热电压电流、中和器触持电压电流、阴极加热电压电流以及阴极触持电压电流；可靠性参数包括加速栅功率、屏栅功率、阴极功率以及中和器功率。

10、进一步的，步骤1中，地面三万小时和在轨两万小时的运行寿命试验数据库是通过将离子电推进系统在地面模拟空间环境条件下连续运行三万小时，以及在轨实际运行两万小时期间，同步采集并记录包括各应力参数和可靠性参数在内的电参数数据，经数据清洗、归一化处理后构建而成。

11、进一步的，步骤1中，采用偏最小二乘回归算法的具体过程为：以异常放电事件为因变量，以各应力参数和可靠性参数为自变量，通过提取主成分建立回归模型，计算各参数的变量投影重要性指标值，当该指标值大于1.2时，判定该参数为与异常放电密切相关的重要应力参数。

12、进一步的，步骤2中，峰值功率由电压与瞬时电流的最大值相乘得到；能量沉积由电压与电流的乘积对时间积分得到；冲击由峰值功率与均方根功率的差值得到；波动率由功率最大值与最小值的差除以功率平均值得到；波动强度由各采样点功率与平均值之差的平方和的均方根得到。

13、进一步的，步骤3中，阈值设定的具体方法为：基于离子电推进设计最高功率常态化运行参数，将各参数分别乘以1.2倍作为上边界，同时考虑仪表测量误差和正常波动范围，取常态化运行参数的1.2倍与测量误差上限的较大值作为异常阈值。

14、进一步的，步骤5中，层次分析法的具体实现为：构建以异常放电危害程度为目标层、以步骤1筛选出的峰值参数为准则层、以四个危害等级为方案层的递阶层次结构，通过专家打分构造判断矩阵，计算各参数的权重向量，进而将实时参数加权后的综合得分映射到0至1区间，划分四个等级区间。

15、进一步的，步骤6中，神经网络采用三层反向传播神经网络，输入层节点数对应步骤1筛选出的峰值参数个数，隐藏层节点数为输入层节点数的1.5倍，输出层节点数为4，通过地面试验数据训练网络，实现对实时监控数据的快速分类。

16、进一步的，步骤6中，根据危害程度采取的处理手段具体为：当判定为无影响时仅记录日志不采取动作；当判定为异常可恢复时自动执行参数调节尝试恢复；当判定为性能降级时执行降档运行并发出预警；当判定为不可逆失效时立即执行关机或局部关机，并切换至备份推力器。

17、本申请提供的一种空间离子电推进异常放电危害程度评估方法，具有以下有益效果：

18、本申请通过数据初筛提取关键电参数，避免了全参数监控的计算冗余；采用多维时频域评价指标全面刻画异常放电特征，克服了单一参数判读的局限性；基于层次分析法建立分级评价域，实现了危害程度的量化分级；结合神经网络和星载控制系统实现了实时监控与分级处置。该方法工程应用价值高、针对性强，可将离子电推进的使用寿命提升10%以上，显著提升在轨易用性和可靠性。

1.一种空间离子电推进异常放电危害程度评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的空间离子电推进异常放电危害程度评估方法，其特征在于，步骤1中，应力参数包括屏栅电压、屏栅电流、阳极电压、阳极电流、加速栅电压、加速栅电流、中和器加热电压电流、中和器触持电压电流、阴极加热电压电流以及阴极触持电压电流；可靠性参数包括加速栅功率、屏栅功率、阴极功率以及中和器功率。

3.根据权利要求2所述的空间离子电推进异常放电危害程度评估方法，其特征在于，步骤1中，地面三万小时和在轨两万小时的运行寿命试验数据库是通过将离子电推进系统在地面模拟空间环境条件下连续运行三万小时，以及在轨实际运行两万小时期间，同步采集并记录包括各应力参数和可靠性参数在内的电参数数据，经数据清洗、归一化处理后构建而成。

4.根据权利要求3所述的空间离子电推进异常放电危害程度评估方法，其特征在于，步骤1中，采用偏最小二乘回归算法的具体过程为：以异常放电事件为因变量，以各应力参数和可靠性参数为自变量，通过提取主成分建立回归模型，计算各参数的变量投影重要性指标值，当该指标值大于1.2时，判定该参数为与异常放电密切相关的重要应力参数。

5.根据权利要求1所述的空间离子电推进异常放电危害程度评估方法，其特征在于，步骤2中，峰值功率由电压与瞬时电流的最大值相乘得到；能量沉积由电压与电流的乘积对时间积分得到；冲击由峰值功率与均方根功率的差值得到；波动率由功率最大值与最小值的差除以功率平均值得到；波动强度由各采样点功率与平均值之差的平方和的均方根得到。

6.根据权利要求1所述的空间离子电推进异常放电危害程度评估方法，其特征在于，步骤3中，阈值设定的具体方法为：基于离子电推进设计最高功率常态化运行参数，将各参数分别乘以1.2倍作为上边界，同时考虑仪表测量误差和正常波动范围，取常态化运行参数的1.2倍与测量误差上限的较大值作为异常阈值。

7.根据权利要求1所述的空间离子电推进异常放电危害程度评估方法，其特征在于，步骤5中，层次分析法的具体实现为：构建以异常放电危害程度为目标层、以步骤1筛选出的峰值参数为准则层、以四个危害等级为方案层的递阶层次结构，通过专家打分构造判断矩阵，计算各参数的权重向量，进而将实时参数加权后的综合得分映射到0至1区间，划分四个等级区间。

8.根据权利要求1所述的空间离子电推进异常放电危害程度评估方法，其特征在于，步骤6中，神经网络采用三层反向传播神经网络，输入层节点数对应步骤1筛选出的峰值参数个数，隐藏层节点数为输入层节点数的1.5倍，输出层节点数为4，通过地面试验数据训练网络，实现对实时监控数据的快速分类。

9.根据权利要求1所述的空间离子电推进异常放电危害程度评估方法，其特征在于，步骤6中，根据危害程度采取的处理手段具体为：当判定为无影响时仅记录日志不采取动作；当判定为异常可恢复时自动执行参数调节尝试恢复；当判定为性能降级时执行降档运行并发出预警；当判定为不可逆失效时立即执行关机或局部关机，并切换至备份推力器。