本發(fā)明屬于航天器遙測數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域，具體涉及一種航天器多遙測參數(shù)分析窗口劃分方法。

背景技術(shù)：

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，在航天器遙測數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域，故障特征提取及診斷技術(shù)得到了更大的發(fā)展。其中，確定特征分析窗口是進行航天器遙測數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)性問題，直接決定了特征提取和診斷檢測的準(zhǔn)確性和可靠性。

目前，航天器多遙測數(shù)據(jù)分析大多采用固定窗口或滑動窗口依次對每個參數(shù)劃分為多個分析子序列。這種劃分方法存在兩方面的問題：第一，由于航天器的機動特性和所處空間環(huán)境的復(fù)雜性，采用固定周期值劃分窗口，難以準(zhǔn)確分割遙測參數(shù)的各個周期，從而形成偏移對特征提取造成影響；第二，由于航天器結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，單個參數(shù)獨立劃分，缺少從整體角度對航天器運行狀態(tài)的綜合考慮，難以將多關(guān)聯(lián)參數(shù)的劃分窗口從時間尺度上對齊。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種航天器多遙測參數(shù)分析窗口劃分方法，通過多遙測參數(shù)關(guān)聯(lián)周期分析，選取基準(zhǔn)參數(shù)獲得劃分特征，實現(xiàn)多參數(shù)分析窗口的時間尺度上對齊的準(zhǔn)確劃分。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟：

步驟1，對于航天器遙測數(shù)據(jù)分析中的n個遙測參數(shù)p1、p2、….、pn，取得每個遙測參數(shù)pi的采樣周期si，1≤i≤n，然后針對遙測參數(shù)pi使用時間間隔si通過均值或中位數(shù)方式進行等時間間隔采樣，獲得采樣后遙測參數(shù)序列si＝s(pi)＝[d1i，d2i…，dmi]，m為采樣后遙測參數(shù)序列長度；

步驟2，對每個si進行快速傅里葉變換，得到變化結(jié)果fi＝fft(si)＝[f0，f1，…，fm-1]，將零頻直流分量f0設(shè)置為0，然后計算fi中的最大值max(fi)，得到遙測參數(shù)pi的近似周期ti＝(m*si)/max(fi)；循環(huán)計算得到所有參數(shù)的周期集合[t1，t2，…，tn]；

步驟3，統(tǒng)計[t1，t2，…，tn]中相同長度周期出現(xiàn)的次數(shù)，找到出現(xiàn)次數(shù)最多的周期tmax，將[t1，t2，…，tn]中所有長度等于tmax的參數(shù)列為備選參數(shù)集[p1，p2，…，pv]，v≤n；

步驟4，對[p1，p2，…，pv]中的每一個參數(shù)pj，利用時間周期tmax對采樣序列sj進行預(yù)劃分，得到子序列集合[sub1，sub2，…，subc]；對子序列集合中每個序列subk，1≤k≤c，取得前兩個采樣周期的采樣點對(sd1，sd2)k；利用采樣序列sj的最大值和最小值進行等間隔分箱處理，得到采樣點對(sd1，sd2)k對應(yīng)的分箱值對(e1，e2)k；所有子序列集合計算得到分箱值對集合[(e1，e2)1，(e1，e2)2，…，(e1，e2)c]；

步驟5，在[(e1，e2)1，(e1，e2)2，…，(e1，e2)c]中得到出現(xiàn)次數(shù)最多的分箱值對(e1，e2)q，1≤q≤c，將其作為遙測參數(shù)pj的窗口劃分特征；利用該窗口劃分特征對采樣序列sj重新進行劃分，得到新的劃分子序列集合[subn1，subn2，…，subnc]；依此在新的子序列集合中計算后一項與前一項的卷積，即corrii＝corr(subii*subii-1)，其中2≤ii≤nc，得到[corr1，corr2，…，corrnc-1]，計算該集合的標(biāo)準(zhǔn)差stdj，該值為遙測參數(shù)pj重新劃分窗口后得到的標(biāo)準(zhǔn)差，所有備選參數(shù)都計算劃分窗口后的標(biāo)準(zhǔn)差，得到[std1，std2，…，stdv]；

步驟6，在備選參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差集[std1，std2，…，stdv]中求得具有最小標(biāo)準(zhǔn)差值的參數(shù)psel作為基準(zhǔn)參數(shù)，將基準(zhǔn)參數(shù)psel的劃分特征(e1，e2)作為基準(zhǔn)劃分特征；

步驟7，設(shè)置最小保護時間間隔tsafe，確保每個劃分窗口不小于tsafe；使用最小保護時間間隔tsafe和基準(zhǔn)劃分特征(e1，e2)對基準(zhǔn)參數(shù)psel的采樣序列ssel＝[d1sel，d2sel…，dmsel]進行時間窗口的劃分，將劃分出的每個窗口使用窗口開始時間和窗口結(jié)束時間進行表示，得到基準(zhǔn)劃分窗口集為[(ws1,we1)，(ws2,we2)，…，(wsh,weh)]；

步驟8，依次選取待分析的n個遙測參數(shù)中的pi，從1至h順序從基準(zhǔn)劃分窗口集[(ws1,we1)，(ws2,we2)，…，(wsh,weh)]中取出劃分時間窗口對(wsjj,wejj)，1≤jj≤h，將遙測參數(shù)pi中開始時間≥wsjj，結(jié)束時間≤wejj的遙測值序列作為該窗口對應(yīng)的劃分結(jié)果。

本發(fā)明的有益效果是：

1)通過遙測參數(shù)的基準(zhǔn)劃分特征進行分析窗口的劃分，而不是采用固定或滑動的窗口進行劃分，避免了由于空間環(huán)境或信道傳輸?shù)纫蛩卦斐傻拇翱谄?，實現(xiàn)了遙測參數(shù)分析窗口的準(zhǔn)確劃分，提高了后續(xù)特征提取和診斷檢測的準(zhǔn)確性。

2)通過基準(zhǔn)參數(shù)對多個遙測參數(shù)進行同步劃分，實現(xiàn)了時間尺度上的窗口對齊，增強了遙測數(shù)據(jù)的可分析性，更有利于分析挖掘多參數(shù)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的多遙測參數(shù)分析窗口劃分流程圖；

圖2是多遙測參數(shù)分析窗口劃分結(jié)果圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實施例。

本發(fā)明提供的一種航天器多遙測參數(shù)分析窗口劃分方法，具體包括如下步驟：

第一步：多參數(shù)周期關(guān)聯(lián)性分析；

第二步：生成基準(zhǔn)參數(shù)的劃分特征；

第三步：利用基準(zhǔn)參數(shù)完成多參數(shù)的窗口劃分。

如上所述的第一步具體包括如下步驟：

步驟1.1：航天器遙測數(shù)據(jù)分析中共包括n個遙測參數(shù)，標(biāo)記為p1、p2、….、pn。對每個遙測參數(shù)pi(1≤i≤n)進行等間隔預(yù)處理，同時由于不同的參數(shù)采用的采樣周期差異較大，根據(jù)參數(shù)說明文件取得每個遙測參數(shù)pi的采樣周期si，然后針對遙測參數(shù)pi使用時間間隔si通過均值或中位數(shù)方式進行等時間間隔采樣，獲得采樣后遙測參數(shù)序列si＝s(pi)＝[d1i，d2i…，dmi]，m為采樣后遙測參數(shù)序列長度。

步驟1.2：對每個遙測參數(shù)pi預(yù)處理后的等間隔序列si進行快速傅里葉變換，得到變化結(jié)果fi＝fft(si)＝[f0，f1，…，fm-1]，將零頻直流分量f0設(shè)置為0，然后計算fi中的最大值max(fi)，得到遙測參數(shù)pi的近似周期ti＝(m*si)/max(fi)。循環(huán)計算得到所有參數(shù)的周期[t1，t2，…，tn]。

步驟1.3：對所有遙測參數(shù)計算得到的周期集合[t1，t2，…，tn]中統(tǒng)計相同長度周期出現(xiàn)的次數(shù)，找到出現(xiàn)次數(shù)最多的周期tmax，將[t1，t2，…，tn]中所有等于tmax的參數(shù)列為備選參數(shù)集[p1，p2，…，pv]，v≤n，對于其中的每一個參數(shù)pj(1≤i≤k)，其對應(yīng)的周期tj＝tmax。

如上所述的第二步包括如下步驟：

從上一步計算得到的備選參數(shù)集中確定基準(zhǔn)參數(shù)，并獲得基準(zhǔn)參數(shù)的劃分特征。具體步驟如下：

步驟2.1：對備選參數(shù)集[p1，p2，…，pv]中的每一個參數(shù)pj，利用時間周期tmax對采樣序列sj進行預(yù)劃分，得到子序列集合[sub1，sub2，…，subc]。對子序列集合中每個序列subk(1≤k≤c)，取得前兩個采樣周期的采樣點對(sd1，sd2)k。利用采樣序列sj的最大值和最小值進行等間隔分箱處理，得到采樣點對(sd1，sd2)k對應(yīng)的分箱值對(e1，e2)k。所有子序列集合計算得到的分箱值對集合為[(e1，e2)1，(e1，e2)2，…，(e1，e2)c]。

步驟2.2：在分箱值對集合[(e1，e2)1，(e1，e2)2，…，(e1，e2)c]中得到出現(xiàn)次數(shù)最多的分箱值對(e1，e2)q，其中1≤q≤c，將其作為遙測參數(shù)pj的窗口劃分特征。利用該特征對采樣序列sj重新進行劃分，得到新的劃分子序列集合[subn1，subn2，…，subnc]。依此在新的子序列集合中計算后一項與前一項的卷積，即corrii＝corr(subii*subii-1)，其中2≤ii≤nc，得到[corr1，corr2，…，corrnc-1]，計算該集合的標(biāo)準(zhǔn)差stdj，該值為遙測參數(shù)pj重新劃分窗口后得到的標(biāo)準(zhǔn)差，所有備選參數(shù)都計算劃分窗口后的標(biāo)準(zhǔn)差，得到[std1，std2，…，stdv]。

步驟2.3：在備選參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差集[std1，std2，…，stdv]中求得具有最小標(biāo)準(zhǔn)差值的參數(shù)psel作為基準(zhǔn)參數(shù)，將基準(zhǔn)參數(shù)psel的劃分特征(e1，e2)作為基準(zhǔn)劃分特征。

如上所述的第三步包括如下步驟：

利用上一步計算出的基準(zhǔn)參數(shù)和基準(zhǔn)劃分特征對所有參數(shù)進行同步分割，具體步驟如下：

步驟3.1：設(shè)置最小保護時間間隔tsafe，是確保每個劃分窗口不小于tsafe的值，避免窗口劃分中受到野值的影響。tsafe一般取為航天器軌道周期時長。使用最小保護時間間隔tsafe和基準(zhǔn)劃分特征(e1，e2)對基準(zhǔn)參數(shù)psel的采樣序列ssel＝[d1sel，d2sel…，dmsel]進行時間窗口的劃分，將劃分出的每個窗口使用窗口開始時間和窗口結(jié)束時間進行表示，得到基準(zhǔn)劃分窗口集為[(ws1,we1)，(ws2,we2)，…，(wsh,weh)]。

步驟3.2：依次選取待分析的n個遙測參數(shù)中的pi，利用基準(zhǔn)劃分窗口集[(ws1,we1)，(ws2,we2)，…，(wsh,weh)]對該遙測參數(shù)的數(shù)據(jù)進行劃分。劃分方法為從1至h順序從基準(zhǔn)劃分窗口集[(ws1,we1)，(ws2,we2)，…，(wsh,weh)]中取出劃分時間窗口對(wsjj,wejj)，1≤jj≤h，將遙測參數(shù)pi中開始時間≥wsjj，結(jié)束時間≤wejj的遙測值序列作為該窗口對應(yīng)的劃分結(jié)果。

本發(fā)明的實施例包括以下步驟：

參照圖1，其為本發(fā)明的分析窗口劃分流程圖，共分為三個主要步驟：

1)多參數(shù)周期關(guān)聯(lián)性分析；

2)生成基準(zhǔn)參數(shù)的劃分特征；

3)利用基準(zhǔn)參數(shù)完成多參數(shù)的窗口劃分。

步驟1-1，首先讀入待分析的n個遙測參數(shù)的時間和值組成的時間序列，然后分別對這n個遙測參數(shù)進行預(yù)處理。預(yù)處理過程主要包括剔除野值和等間隔處理兩步：剔除野值是為了避免空間環(huán)境或鏈路異常對整個時間序列的影響，剔野方法可采用3σ剔野法，同時在剔野過程中為了防止剔去遙測參數(shù)出現(xiàn)的異常狀態(tài)，在異常值連續(xù)多次出現(xiàn)時該值不剔除；等間隔處理主要是因為待分析的遙測參數(shù)時間序列是不同采樣間隔數(shù)據(jù)的排序組合，不便于后續(xù)算法處理，同時在等間隔處理的過程中，由于不同參數(shù)一般使用不同的采樣間隔，所以不能采用固定值對所有參數(shù)進行統(tǒng)一的采樣處理，需要計算得到每個參數(shù)的采樣間隔，然后每個參數(shù)按照本參數(shù)的采樣間隔進行等間隔處理。步驟1-2，對n個遙測參數(shù)都進行快速傅里葉變化，求得各個參數(shù)的大概周期，次周期并不是準(zhǔn)確值，而只是為了將所有參數(shù)進行周期的關(guān)聯(lián)分析，將周期近似相同的參數(shù)歸為一類。步驟1-3，將所有參數(shù)歸類后，選擇占比最大的類中的所有參數(shù)作為備選參數(shù)集。

步驟2-1，對備選參數(shù)集中的每個參數(shù)按照計算出的周期進行劃分，得到該參數(shù)的劃分子序列集合。對子序列集合中每個序列取前兩個采樣周期的采樣點作為特征點對，然后通過計算遙測參數(shù)時間序列的最大值和最小值，將特征點對轉(zhuǎn)換為分箱值對，計算所有子序列的分箱值對，取其中出現(xiàn)次數(shù)最多的分箱值對作為該參數(shù)序列的劃分特征。步驟2-2，備選參數(shù)集中的每個遙測參數(shù)按照劃分特征對該參數(shù)的時間序列重新劃分，將得到的子序列之間計算后一項與前一項的卷積，然后計算所有卷積結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差。步驟2-3，在所有備選參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差中取具有最小標(biāo)準(zhǔn)差值的遙測參數(shù)作為基準(zhǔn)參數(shù)，將該基準(zhǔn)參數(shù)的劃分特征作為基準(zhǔn)劃分特征。

步驟3-1，設(shè)置最小保護時間間隔，確保每個劃分窗口都大于最小保護時間間隔的值，使用基準(zhǔn)劃分特征對基準(zhǔn)參數(shù)的時間序列進行窗口劃分，得到每個子窗口的開始時間和結(jié)束時間，得到所有劃分子窗口的基準(zhǔn)時間區(qū)間集合。步驟3-2，對所有待分析的n個遙測參數(shù)，利用基準(zhǔn)劃分窗口集對每個遙測參數(shù)的時間序列進行劃分，劃分方法為依次從基準(zhǔn)劃分窗口集中選取劃分時間窗口對，然后選取時間序列中在開始時間和結(jié)束時間之間的序列作為一個劃分子窗口的結(jié)果。

圖2為多遙測參數(shù)分析窗口劃分結(jié)果，以參數(shù)1為基準(zhǔn)參數(shù)實現(xiàn)對其余參數(shù)2，參數(shù)3和參數(shù)4的分析窗口劃分，虛線標(biāo)記處為劃分窗口。

綜上所述，本發(fā)明提供了一種通過多遙測參數(shù)關(guān)聯(lián)周期分析，選取基準(zhǔn)參數(shù)獲得劃分特征，實現(xiàn)多參數(shù)分析窗口的時間尺度上對齊的準(zhǔn)確劃分方法。解決了現(xiàn)有航天器多遙測參數(shù)分析中難以準(zhǔn)確劃分子分析窗口且難于對多關(guān)聯(lián)參數(shù)窗口在時間尺度上對齊的技術(shù)問題。