基于贝叶斯网络的航天器姿控系统故障诊断研究

摘要

姿态控制系统是航天器最重要的子系统之一，因其工作环境恶劣，极易出现故障。故障诊断技术可以使航天器对系统异常状况做出快速响应，从而减少甚至避免灾难性事故的发生，保证航天器在轨运行的可靠性与安全性。本文以航天器姿态控制系统为研究对象，在基于贝叶斯网络分析系统部件重要性的基础上，深入研究了航天器姿态控制系统的故障诊断问题。论文的研究工作主要包括：
　　首先，通过对大量文献的调研，论述了故障及故障诊断的概念，系统地分析了航天器故障诊断的方法、国内外研究现状及发展方向。在详细分析了贝叶斯网络在故障诊断中的应用及优势的基础上，发现贝叶斯网络模型可以很好地处理不确定性信息并且不依赖于系统的数学模型，因此，本文将贝叶斯网络引入航天器姿控系统故障诊断研究之中。
　　其次，归纳给出贝叶斯网络的基本理论。简单地阐述了贝叶斯网络的产生、发展及其分类，系统地分析了贝叶斯网络的学习与推理算法及其相关工具软件，重点分析了贝叶斯网络的构建过程及贝叶斯网络分类器的研究情况。为基于贝叶斯网络的航天器姿态控制系统故障诊断方法研究奠定理论基础。
　　然后，为了节省故障诊断资源，加快故障诊断速度，研究了基于贝叶斯网络灵敏度函数的航天器姿控系统节点优选问题。针对航天器姿态控制系统，利用专家经验及历史故障数据确定航天器姿控系统的贝叶斯网络结构及参数，以此避免不确定性因素的影响。在该模型的基础上结合贝叶斯灵敏度函数，提出一种航天器姿控系统节点优选算法，通过计算节点的重要度，找出对系统安全影响最大的部件，以指导后文故障诊断算法的研究。
　　最后，针对航天器姿控系统关键部件的典型故障，提出一种基于贝叶斯网络分类器的航天器姿控系统故障诊断方法。该方法将信号特征提取技术与贝叶斯网络分类器相结合，首先应用时域及频域信号特征提取技术提取故障信号特征信息，然后采用属性约简算法去掉特征信息的冗余属性，并在此基础上设计改进的朴素贝叶斯分类器进行数据分类，实现故障的诊断。本文将该方法应用于航天器姿控系统的单故障及多故障的故障诊断研究，通过实例分析验证该方法的有效性。

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第1章 绪 论

1.1课题来源

1.2课题研究的目的和意义

1.3航天器故障诊断技术综述

1.4贝叶斯网络及其在故障诊断中的应用

1.5本文主要研究内容及安排

第2章 贝叶斯网络的基本理论

2.1引言

2.2贝叶斯网络的基本概念

2.3贝叶斯网络的学习与推理算法

2.4贝叶斯网络分类器

2.5贝叶斯网络的工具软件

2.6本章小结

第3章 基于贝叶斯网络航天器姿控系统故障节点优选

3.1引言

3.2航天器姿控系统贝叶斯网络模型的建立

3.3基于贝叶斯灵敏度函数的故障节点优选

3.4航天器姿控系统优选节点的故障分析

3.5本章小结

第4章 航天器姿控系统故障诊断方法研究

4.1引言

4.2航天器姿控系统故障信号特征提取方法研究

4.3信号特征属性约简算法研究

4.4基于属性约简的朴素贝叶斯分类器的设计

4.5 ARNBC在航天器姿控系统故障诊断中的应用

4.6本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致谢