基于贝叶斯网络的航天器健康管理系统

摘要

随着航天技术和其他领域科学技术的发展，航天器在科学研究事业和空间探索活动中发挥着越发重要的作用。随着航天器的功能性和复杂程度的不断加强，航天器的制造和发射成本不断提高，与此同时维护的花费也不断增加。由于航天器的运行和工作具有环境未知，自身结构复杂和技术要求高等特点，航天器故障仍然时有发生。在这样的背景下，本文提出了基于贝叶斯网络的健康管理系统，以实现帮助航天器在轨稳定运行的目的。
　　本文通过对现有健康管理和故障诊断算法的研究、分析和比较，选择适当的算法建立健康管理系统。并主要围绕健康管理系统最主要的三个控制功能模块，故障诊断模块，故障预测模块和健康评估模块进行讨论。
　　首先，本文根据卫星的结构建立了分层的故障诊断模型，系统-分系统-元件的三层结构层层递进，通过对卫星的功能和任务进行划分得出故障特征作为多层网络的构成要素，同时也定义故障的表征节点和原因节点，采用对系统中的状态进行控制和管理的检测思想建立航天器的健康管理构架。
　　其次，在故障表征和原因节点之间的关联确定后，建立各层次的贝叶斯网络结构，并在这一网络的基础上进行故障诊断处理，在网络动态化后，改变信息传播算法，贝叶斯网络模型能够实现故障预测。贝叶斯网络中获得的概率输出在进行计算变换后构建评价系统健康程度的量值，实现系统的健康评估，量化评价系统状态的可靠程度。
　　最后，针对不同的健康管理模块，分别在各层次选取局部模型对其进行仿真，分别验证故障诊断，故障预测，并进行健康评估，从而实现对完整的健康管理系统的设计。

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英文摘要

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第1章 绪 论

1.1. 课题来源及研究的背景与意义

1.2. 国内外研究现状

1.3. 健康管理技术的发展趋势

1.4. 本文主要研究内容与组织结构

第2章 健康管理系统分析及基础研究

2.1. 引言

2.2. 健康管理系统的设计要求

2.3.健康管理系统的构成模块

2.4航天器故障类型研究

2.5基于贝叶斯网络的推理方法

2.6本章小结

第3章 基于贝叶斯网络的航天器故障诊断研究

3.1. 引言

3.2. 贝叶斯网络模型的构造

3.3. 贝叶斯网络的网络推理

3.4. 卫星故障诊断模型的建立和仿真

3.5. 本章小结

第4章 基于动态贝叶斯网络的航天器故障预测

4.1. 引言

4.2. 动态贝叶斯网络向隐马尔科夫模型的转化

4.3. 仿真结果与分析

4.4. 本章小结

第5章 健康管理系统研究

5.1. 引言

5.2. 三层健康评估系统的建立

5.3. 仿真与结果分析

5.4.本章小结

结论

参考文献

声明

致谢