一种整星FDIR调度策略的验证方法及系统与流程

一种整星fdir调度策略的验证方法及系统
技术领域
1.本技术涉及通信卫星技术领域，尤其涉及一种整星fdir调度策略的验证方法及系统。


背景技术：

2.故障检测、隔离和恢复(failure detection isolation and recovery，fdir)是指实时检测故障发生的情况，对故障进行定位，隔离有故障的子系统或者部件，通过重构等措施来恢复系统的正常工作，保证卫星安全可靠运行；其中，
3.a)故障检测主要负责进行故障的确认，根据预先设置故障的典型特征参数，对发生故障时的相关参数进行了对比，是发现故障的能力，是确定故障已经发生的过程。
4.b)故障隔离主要是把故障模块或故障部件从系统中隔离，对可识别的每一项故障设计了相应的故障诊断算法及部件故障隔离措施，通过计算机软件周期性地采集数据并实时分析，根据预先设计的策略，对故障进行隔离，避免故障蔓延。
5.c)故障恢复是根据系统的需求，把系统的健康的模块重组起来，使系统能够继续完成设计的各项功能。
6.航天器的自主生存能力已经成为一个新的研究热点领域，其水平的高低直接决定了航天器的寿命、维护成本以及地球站的支持成本。卫星的自主恢复能力是一项重要的功能指标，而fdir技术是保证卫星的安全性和可靠性的重要技术之一。
7.目前，对于航天器的故障检测、隔离和恢复等主要是基于综合电子系统的fdir技术研究，但是通信卫星是一个多个分系统协同工作的复杂系统，且深空环境中存在诸多不确定因素，不能排除发生多重故障的可能性，现有的fdir功能无法应对不同分系统或者不同严重程度的故障同时发生的情况，因此，如何在整星测试阶段对fdir调度策略进行完整充分的验证成为亟待解决的问题。


技术实现要素：

8.本技术解决的技术问题是：针对现有技术对整星fdir调度策略的验证不充分的情况，本技术提供了一种整星fdir调度策略的验证方法及系统，本技术实施例所提供的方案中，通过选取并行故障组合或耦合故障组合，根据故障组中至少两个故障之间的关系接收地面系统发送的故障组合所对应的激励信号或遥控指令，根据故障激励信号或遥控指令将至少两个故障发送到预设的故障隔离恢复序列，根据故障隔离恢复序列对所述至少两个故障的隔离和恢复；获取与故障相关联的参数，根据参数判断故障组合处理结果是否正确，根据判断结果确定验证结果。即本技术实施例提供了实现整星级fdir调度策略的评估验证，为整星在轨自主稳定运行提供了保障。
9.第一方面，本技术实施例提供一种整星fdir调度策略的验证方法，该方法包括：
10.选取故障组合，根据故障组中至少两个故障之间的关系接收地面系统发送的故障组合所对应的激励信号或遥控指令，其中，所述至少两个故障之间的关系包括并行故障组
合或耦合故障组合，并行故障组合是指至少两个故障处理可同时并行处理，耦合故障组合是指至少两个故障不可同时并行处理；
11.根据故障激励信号或遥控指令将至少两个故障发送到预设的故障隔离恢复序列，根据所述故障隔离恢复序列对所述至少两个故障的隔离和恢复；
12.获取与故障相关联的参数，根据所述参数判断故障组合处理结果是否正确，根据判断结果确定验证结果。
13.可选地，若所述至少两个故障之间的关系为并行故障组合，根据至少两个故障之间的关系接收地面系统发送的故障组合所对应的激励信号或遥控指令，包括：在接收第一故障所对应的激励信号或遥控指令时，或在处理第一故障处理完成前，接收地面系统发送的第二故障所对应的激励信号或遥控指令。
14.可选地，若所述至少两个故障之间的关系为耦合故障组合，根据至少两个故障之间的关系接收地面系统发送的故障组合所对应的激励信号或遥控指令，包括：在处理第一故障完成后，接收地面系统发送的第二故障所对应的激励信号或遥控指令。
15.可选地，根据至少两个故障之间的关系接收地面系统发送的故障组合所对应的激励信号或遥控指令之前，还包括：根据至少两个故障之间的关系控制第二故障的检测或处理标志位的状态，其中，所述状态包括使能状态或禁止状态。
16.可选地，根据至少两个故障之间的关系控制第二故障的检测或处理标志位的状态，包括：若所述至少两个故障之间的关系为并行故障组合，控制第二故障的检测或处理标志位的状态为使能状态；或若所述至少两个故障之间的关系为耦合故障组合，控制第二故障的检测或处理标志位的状态为禁止状态。
17.可选地，根据故障激励信号或遥控指令将至少两个故障发送到预设的故障隔离恢复序列，包括：若所述至少两个故障之间的关系为并行故障组合，接收第一故障的激励信号或遥控指令将第一故障发送到预设的故障隔离恢复序列；以及在第一故障处理完成之前接收第二故障的激励信号或遥控指令，将第二故障发送到预设的故障隔离恢复序列；或若所述至少两个故障之间的关系为耦合故障组合，接收第一故障的激励信号或遥控指令将第一故障发送到预设的故障隔离恢复序列；以及在第一故障处理完成之后接收第二故障的激励信号或遥控指令，将第二故障发送到预设的故障隔离恢复序列。
18.可选地，所述参数包括：整星遥测参数、整星下传的故障事件源包，指令码字，故障检测、恢复使能/禁止标志位或总线数据。
19.可选地，根据所述参数判断故障组合处理结果是否正确，包括：根据整星遥测参数确定遥测参数的变化信息，根据所述变化信息判断故障处理结果是否正确；或根据所述指令码字判断故障隔离和恢复序列的指令顺序、码字是否正确；或根据所述总线数据判断故障处理时序是否正确。
20.第二方面，本技术实施例提供了一种整星fdir调度策略的验证系统，该系统包括：辅助测试子系统、卫星、总线监视子系统以及地面子系统，其中，辅助测试子系统，用于提供选取的故障组合所对应的激励信号或遥控指令；卫星，用于在故障组合下进行故障隔离和恢复，以及将遥测数据发送给地面子系统；总线监视子系统，与卫星耦合，用于通过总线与卫星进行信息交互，以监测卫星在故障隔离和恢复过程中通过总线传输的总线数据；地面子系统，用于接收卫星发送的遥测数据，并根据遥测数据发送对应的遥控指令，并根据遥测
数据、遥控指令或总线数据验证故障组合处理结果是否正确得到验证结果。
附图说明
21.图1为本技术实施例所提供的一种整星fdir调度策略的验证系统的示意图；
22.图2为本技术实施例所提供的一种整星fdir硬件运行环境的示意图；
23.图3为本技术实施例所提供的一种整星fdir调度策略的验证方法的流程示意图。
具体实施方式
24.为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本技术技术方案做详细的说明，应当理解本技术实施例以及实施例中的具体特征是对本技术技术方案的详细的说明，而不是对本技术技术方案的限定，在不冲突的情况下，本技术实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
25.参见图1，为本技术实施例所提供的一种整星fdir调度策略的验证系统，该系统包括：辅助测试子系统1、卫星2、总线监视子系统3以及地面子系统4，其中，辅助测试子系统1，用于提供选取的故障组合所对应的激励信号或遥控指令；卫星2，用于在故障组合下进行故障隔离和恢复，以及将遥测数据发送给地面子系统4；总线监视子系统3，与卫星2耦合，用于通过总线与卫星2进行信息交互，以监测卫星2在故障隔离和恢复过程中通过总线传输的总线数据；地面子系统4，用于接收卫星2发送的遥测数据，并根据遥测数据发送对应的遥控指令，并根据遥测数据、遥控指令或总线数据验证故障组合处理结果是否正确得到验证结果。
26.参见图2，为本技术实施例所提供的一种整星fdir硬件运行环境的示意图，fdir软件的运行环境为基于1553b总线的星载综合电子系统，由综合电子系统上位机负责故障的检测，并控制下位机完成故障隔离和恢复。fdir调度策略应用于整星发生多重故障时，根据故障的影响范围和严重程度决定故障处理进程是并行执行还是先后执行，因此fdir调度策略可以分为并行和耦合两类。
27.为了便于理解下面对验证系统中各个子系统进行简要介绍。
28.一、辅助测试子系统
29.辅助测试子系统1包括：模拟仿真设备，蓄电池模拟器，电源控制器等效器，控制敏感器信号源，动力学仿真计算机以及信号采集设备，其各个设备的功能如下所示：
30.1)、电源控制器等效器：模拟电源控制器的模拟量、数字量和温度量遥测，接收来自卫星或地面的设置指令，并反演出对应的指令码、作出相应的响应。
31.2)、敏感器信号源：接收来自动力学仿真计算机的仿真数据，提供地球敏感器、太阳敏感器、恒星敏感器和陀螺等激励信号。
32.3)、动力学仿真计算机：收集信号采集设备采集的执行机构状态信息，完成卫星轨道姿态、天体位置、动力学特性等仿真计算。
33.4)、动力学接口计算机：用于模拟接口。
34.5)、信号采集设备：采集卫星执行机构的状态信息。
35.二、卫星
36.在本技术实施例所提供的方案中，卫星包括：敏感器、执行机构、中心管理单元、测控分系统、综合业务单元以及电测控制器；其中，敏感器，与敏感信号源耦合，用于接收敏感
器信号源发送的信号；执行结构与信号采集设备耦合；作为举例，敏感器可以直接与敏感信号源耦合，执行结构直接与信号采集设备；敏感器和执行结构可通过信号调理箱分别与敏感信号源耦合、信号采集设备耦合。
37.进一步，中心管理单元与敏感器、执行机构、综合业务单元、测控分系统耦合、总线监视子系统耦合，并与其进行数据交互；综合业务单元与电源控制等效器耦合，并与其进行数据交互。
38.三、总线监视子系统
39.在本技术实施例所提供的方案中，总线监视子系统3包括：总线监控器端(bus monitor，mt)，远置终端(remote terminal，rt)以及总线控制器端(bus controler，bc)，其中，mt端，用于监控总线上的各类数据，主要实现总线数据存储功能、总线数据判读功能、总线数据分析功能；rt端，主要用于按照rt的数据特性模拟遥控遥测信息流；bc端，用于实现与各下位机的信息交互。
40.四、地面子系统
41.在本技术实施例所提供的方案中，地面子系统4包括：遥测显示计算机、主控计算机、多个测试计算机，其中，遥测显示计算机用于显示遥测信息，多个测试计算机用于对并行故障测试或耦合故障测试。
42.五、主测试子系统
43.进一步，在本技术实施例所提供的方案中，验证系统还包括主测试子系统5，该主测试子系统5包括：供电设备、主测试处理设备、遥测遥控设备，其中，供电设备，为整星提供供电支持的供电设备，完成整星集中供电供电通、断控制，保证卫星母线电压稳定；主测试处理设备，用于与整星建立上下行通信的遥测、遥控设备和进行数据处理及指令发送，遥测遥控设备，用于完成上行指令数据的编码和下行遥测数据的解码。
44.进一步，按照图1所示的结构，将地面子系统与卫星相连，卫星加电进行分系统健康检查，确保各分系统单主机、备份主机工作正常。
45.以下结合说明书附图对本技术实施例所提供的一种整星fdir调度策略的验证方法做进一步详细的说明，该方法具体实现方式可以包括以下步骤(方法流程如图3所示)：
46.步骤301，选取故障组合，根据故障组中至少两个故障之间的关系接收地面系统发送的故障组合所对应的激励信号或遥控指令，其中，所述至少两个故障之间的关系包括并行故障组合或耦合故障组合，并行故障组合是指至少两个故障处理可同时并行处理，耦合故障组合是指至少两个故障不可同时并行处理。
47.具体的，在本技术实施例所提供的方案中，整星故障包括并行故障或耦合故障，其中，并行故障是指两个故障的处理过程可以同时进行，相互之间没有影响；耦合故障是指两个故障处理过程不能同时进行，处理过程有先后顺序，先发生的故障先处理，后发生的故障需要等待先发生的故障处理完成后方可处理。因此，在本技术实施例所提供的方案中，由于并行故障和耦合故障之间的处理过程不同，为了便于理解下面分别对并行故障测试和耦合故障测试过程进行简要介绍。
48.一、并行故障测试
49.在并行故障测试时，在某些低层级故障产生、检测和处理的过程中，对与之无相干性的部分层级故障可同时进行检测和处理，因此相关测试项目可同时进行。参见表1，低层
级故障包括能源1级故障、控制1级故障或控制2级故障等。
50.二、耦合故障测试
51.在部分fdir故障之间存在相干关系，在某一类故障发生时及处理的过程中，其它特定的故障即使发生也无法立即处理。因此耦合故障测试时，在故障发生及处理的过程中将禁止与之耦合的故障的检测恢复标志位，在当前故障处理完成后使能与之耦合的故障的检测恢复标志，进行相应故障的处理。
52.进一步，为了实现对整星fdir调度策略的验证，需要对并行和耦合策略分别进行验证。验证并行策略时需要同时触发两个不同故障，或在第一个故障正在处理的过程中触发第二个故障，观察两个故障同时处理的过程及最终处理的结果；验证耦合策略时需要同时触发两个不同故障，或在第一个故障正在处理的过程中触发第二个故障，观察两个故障先后处理的过程及最终处理的结果。
53.为了便于理解下面以表格的形式展现并行故障组合和耦合故障组合，具体参见如下表1：
54.表1
[0055][0056]
由于并行和耦合调度策略是针对故障层级定义的，因此在测试过程中可选取每个层级中有代表性的某一个或多个故障进行测试，同时并行和耦合故障测试对时序要求较高，应尽量避免选择处理时间过短的故障参与并行和耦合测试，以便于对测试结果的判读。
[0057]
在选取故障组合之后，根据故障组中至少两个故障之间的关系接收地面系统发送的故障组合所对应的激励信号或遥控指令。在本技术实施例所提供的方案中，根据故障组中至少两个故障之间的关系接收地面系统发送的故障组合所对应的激励信号或遥控指令的方式有多种，下面以其中两种为例进行说明。
[0058]
第一种：若所述至少两个故障之间的关系为并行故障组合，根据至少两个故障之间的关系接收地面系统发送的故障组合所对应的激励信号或遥控指令，包括：在接收第一故障所对应的激励信号或遥控指令时，或在处理第一故障处理完成前，接收地面系统发送的第二故障所对应的激励信号或遥控指令。
[0059]
进一步，在一种可能实现的方式中，根据至少两个故障之间的关系接收地面系统发送的故障组合所对应的激励信号或遥控指令之前，还包括：根据至少两个故障之间的关系控制第二故障的检测或处理标志位的状态，其中，所述状态包括使能状态或禁止状态。
[0060]
进一步，在一种可能实现的方式中，根据至少两个故障之间的关系控制第二故障的检测或处理标志位的状态，包括：若所述至少两个故障之间的关系为并行故障组合，控制第二故障的检测或处理标志位的状态为使能状态；或若所述至少两个故障之间的关系为耦合故障组合，控制第二故障的检测或处理标志位的状态为禁止状态。
[0061]
具体的，在进行故障并行功能测试，通过地面输出故障激励信号或者遥控指令模拟故障1的特征遥测，当故障1的检测和处理标志位均为使能状态时，星载计算机将会检测到故障1并且发送预先装订好的指令序列来进行故障的隔离和恢复操作。在这一系列操作的过程中与之可以并行的故障2的检测和处理标志位始终为使能状态，当通过地面信号源或者遥控指令模拟故障2的特征遥测时，星载计算机将会马上检测到故障2并且发送相应的故障隔离恢复序列，两个故障检测和处理过程可以并行进行，证明故障并行处理的功能正确。
[0062]
第二种，若所述至少两个故障之间的关系为耦合故障组合，根据至少两个故障之间的关系接收地面系统发送的故障组合所对应的激励信号或遥控指令，包括：在处理第一故障完成后，接收地面系统发送的第二故障所对应的激励信号或遥控指令。
[0063]
具体的，在进行故障耦合功能测试，通过地面输出故障激励信号或者遥控指令模拟故障1的特征遥测，当故障1的检测和处理标志位均为使能状态时，星载计算机将会检测到故障1并且发送预先装订好的指令序列来进行故障的隔离和恢复操作。在这一系列操作的过程中与之耦合的故障2的检测和处理标志位始终为禁止状态，当通过地面信号源或者遥控指令模拟故障2的特征遥测时，星载计算机将不会检测到故障2也不会发送相应的故障隔离恢复序列，只有故障1处理完成后故障2的检测处理标志位变成使能状态，此时星载计算机将会检测到故障2的发生，并且发送装订的指令序列进行处理。两个故障检测和处理过程是先后进行的，证明故障耦合处理的功能正确。
[0064]
进一步，在本技术实施例所提供的方案中，在进行并行故障测试和耦合故障测试之前，还需要进行单个故障功能测试，确保每个故障单独执行时检测及处理结果正确。
[0065]
步骤302，根据故障激励信号或遥控指令将至少两个故障发送到预设的故障隔离恢复序列，根据所述故障隔离恢复序列对所述至少两个故障的隔离和恢复。
[0066]
在一种可能实现方式中，根据故障激励信号或遥控指令将至少两个故障发送到预设的故障隔离恢复序列，包括：
[0067]
若所述至少两个故障之间的关系为并行故障组合，接收第一故障的激励信号或遥控指令将第一故障发送到预设的故障隔离恢复序列；以及在第一故障处理完成之前接收第二故障的激励信号或遥控指令，将第二故障发送到预设的故障隔离恢复序列；或
[0068]
若所述至少两个故障之间的关系为耦合故障组合，接收第一故障的激励信号或遥控指令将第一故障发送到预设的故障隔离恢复序列；以及在第一故障处理完成之后接收第二故障的激励信号或遥控指令，将第二故障发送到预设的故障隔离恢复序列。
[0069]
步骤303，获取与故障相关联的参数，根据所述参数判断故障组合处理结果是否正确，根据判断结果确定验证结果。
[0070]
在一种可能实现方式中，所述参数包括：整星遥测参数、整星下传的故障事件源包，指令码字，故障检测、恢复使能/禁止标志位或总线数据。
[0071]
进一步，在一种可能实现方式中，根据所述参数判断故障组合处理结果是否正确，包括：根据整星遥测参数确定遥测参数的变化信息，根据所述变化信息判断故障处理结果是否正确；或根据所述指令码字判断故障隔离和恢复序列的指令顺序、码字是否正确；或根据所述总线数据判断故障处理时序是否正确。
[0072]
具体的，在本技术实施例所提供的方案中，在进行整星fdir调度策略测试时首先需要保障卫星的供电、上下行测控通道及指令编码和遥测解析等基础功能。同时还需要辅助测试子系统来模拟星上某一特定部件进行遥测数据输出或进行卫星工作状态仿真，通常用以提供故障触发的激励信号。为了便于判断故障处理的时序和处理结果的正确性，还需要应用总线监视系统对总线采集到的数据和从总线发出的恢复序列进行监视。故在测试过程中可通过相关遥测参数的变化判断故障处理的结果是否正确；也可以通过整星遥测中下传的故障事件源包或者通过地面子系统反演的指令码字判断故障隔离和恢复序列的指令顺序、码字是否正确；另外，通过故障检测、恢复的使能/禁止标志位或总线监视系统保存的总线数据可以判断故障处理时序的正确性。
[0073]
本技术实施例所提供的方案中，通过选取并行故障组合或耦合故障组合，根据故障组中至少两个故障之间的关系接收地面系统发送的故障组合所对应的激励信号或遥控指令，根据故障激励信号或遥控指令将至少两个故障发送到预设的故障隔离恢复序列，根据故障隔离恢复序列对所述至少两个故障的隔离和恢复；获取与故障相关联的参数，根据参数判断故障组合处理结果是否正确，根据判断结果确定验证结果。即本技术实施例提供了实现整星级fdir调度策略的评估验证，为整星在轨自主稳定运行提供了保障。
[0074]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0075]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0076]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0077]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一
个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0078]
显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。