公开/公告号CN114841493A
专利类型发明专利
公开/公告日2022-08-02
原文格式PDF
申请/专利权人 蓝箭航天空间科技股份有限公司;
申请/专利号CN202210205519.8
申请日2022-03-04
分类号G06Q10/06(2012.01);F42B35/00(2006.01);G06F16/21(2019.01);
代理机构北京科石知识产权代理有限公司 11595;
代理人李艳霞
地址 100176 北京市大兴区经济技术开发区荣华南路13号院中航国际广场H1号楼
入库时间 2023-06-19 16:12:48
法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2022-08-19
实质审查的生效 IPC(主分类):G06Q10/06 专利申请号:2022102055198 申请日:20220304
实质审查的生效
2022-08-02
公开
发明专利申请公布
技术领域
本申请属于航空航天领域，具体涉及一种用于火箭回收的健康评估系统及评估方法。
背景技术
健康评估技术是一种有关故障检测、故障隔离、故障诊断、健康评估及健康预测的综合技术，已成为各航天强国争相研究的热门技术，在航天、航空领域得到了广泛应用。近年来，随着SpaceX公司可回收火箭技术的成熟应用，可回收火箭已成为航天领域的新趋势。对于回收火箭的再次使用，需要建立在科学合理、充分有效的状态监测、健康评估的基础上，选择符合要求的火箭再次使用。
目前，健康评估在航天领域主要用于火箭发射、飞行过程中，例如，通过健康评估可以在发射前及时发现故障而终止发射，也可以在飞行过程中也及时发现和处理故障。例如，SpaceX公司在2012年10月的一次发射任务中，猎鹰9火箭发射过程中一子级9台发动机中的1台突然异常，系统及时发现并关闭了这台故障发动机，同时延长其它发动机的工作时间，保证了主要任务的顺利完成。又如，国内某运载火箭在某次飞行过程中，出现故障后在线进行飞行弹道再规划，最后顺利完成飞行任务。
虽然国内外对于健康评估技术在火箭发射和飞行阶段已有较为成熟的应用，但是对于回收火箭的健康评估研究尚处于起步阶段。针对回收火箭的健康评估，回收后的检测、诊断和辨别是健康评估的关键环节，这一环节关系到重复使用的可靠性和安全性，具有十分重要的意义。然而，现有公开的回收火箭健康评估技术的研究成果很少。
发明内容
为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供了一种用于回收火箭的健康评估系统及评估方法。
根据本申请实施例的第一方面，本申请提供了一种用于回收火箭的健康评估系统，其包括健康检测模块、历史大数据库模块、专家知识库模块、智能综合分析模块和健康评估模块；
所述健康检测模块用于提取回收火箭的多维度特征信息集，并输出给所述智能综合分析模块；
所述历史大数据库模块基于火箭的历史测试和飞行数据，对数据进行选择、净化、推测和转化后形成历史大数据库，为所述智能综合分析模块提供数据支撑；
所述专家知识库模块用于整合火箭专家知识和历史经验，对知识进行提取和抽象，以形成知识体系和知识条目，进而形成专家知识库，为所述智能综合分析模块提供数据支撑；
所述智能综合分析模块用于根据回收火箭的多维度特征信息集、历史大数据库和专家知识库，得到回收火箭健康状态多维度分析结果；
所述健康评估模块用于对回收火箭健康状态多维度分析结果进行分析评估，得到健康评估的多维度评估结果。
上述用于回收火箭的健康评估系统中，还包括辅助决策模块，所述辅助决策模块用于对健康评估多维度评估结果进行综合评判，得到回收火箭的健康状态评估结果和决策建议。
上述用于回收火箭的健康评估系统中，所述健康检测模块包括视觉检测提取子模块、飞行数据检测提取子模块和通电性能检测提取子模块；
所述视觉检测提取子模块用于根据采集的箭上视频、图像材料，对箭体结构、发动机外观、设备间隙、电缆插接绑扎状态进行综合分析，形成视觉检测的n维特征信息集；
所述飞行数据检测提取子模块以飞行过程中火箭振动、冲击、温度、热流等力学环境和自然环境数据为基础，提取火箭飞行过程中的力热参数，形成飞行力热数据分析相关的m维特征信息集；
所述通电性能检测提取子模块在线实时分析回收火箭加电自检测数据、单机功能测试数据和系统联合测试数据，并提取在线测试数据中的关键量，得到当前状态火箭通电测试的k维特征信息集。
进一步地，所述智能综合分析模块包含数据引擎综合处理子模块和特征信息综合分析子模块；
所述数据引擎综合处理子模块用于对回收火箭的多维度特征信息集、历史大数据库和专家知识库的输入进行综合处理，得到历史数据库、专家知识库中与多维特征信息相互匹配的内容；所述特征信息综合分析子模块采用智能融合算法对历史数据库、专家知识库中与多维特征信息集中相互匹配的内容进行处理，形成回收火箭健康状态多维度分析结果。
更进一步地，所述健康评估模块包括初始层评估子模块、中间层评估子模块和高级层评估子模块；
所述初始层评估子模块用于对回收火箭健康状态进行初步评估，得到的初步评估结果用于初步表征火箭的健康状态；
中间层评估子模块用于分析判断何种故障模式导致健康水平的降级，以评估当前亚健康状态偏离健康状态的程度；
高级层评估子模块用于预测在未来一段时间内回收火箭的健康状态水平。
更进一步地，所述初始层评估子模块对回收火箭健康状态进行初步评估的过程为：
针对不同健康状态设定相应的判定区间；每个维度健康状态初步划分为正常工作、性能下降和功能失效三种状态；
对输入的多维健康状态进行健康区间的判别。
更进一步地，所述高级层评估子模块预测在未来一段时间内回收火箭的健康状态水平的过程为：
预设火箭寿命参数；
根据火箭寿命参数和所述中间层评估子模块的输出的当前亚健康状态偏离健康状态的程度M，进行逐条分析和综合评判，从而评估回收火箭再次参加飞行试验的可靠性；
其中，当前亚健康状态偏离健康状态的程度M为：
{e
更进一步地，所述辅助决策模块包括决策分析子模块和决策输出子模块；
所述决策分析子模块用于对所述健康评估模块输出的多维度评估结果进行综合分析处理；所述决策分析子模块中设置有火箭各个组件、部件的决策规则，将输入的多维度评估结果自动匹配到对应的组件和部件，形成对应维度的决策结果；
所述决策输出子模块用于对各个维度的决策结果进行智能整合；所述决策输出子模块中预存有火箭多系统层次结构，根据所述决策分析子模块的结果按照火箭分系统组成的规则，对不同系统进行决策输出，输出最终的决策建议。
根据本申请实施例的第二方面，本申请还提供了一种用于回收火箭的健康评估方法，其包括以下步骤：
提取回收火箭的多维度特征信息集；
基于火箭的历史测试和飞行数据，对数据进行选择、净化、推测和转化后形成历史大数据库；
整合火箭专家知识和历史经验，对知识进行提取和抽象，以形成知识体系和知识条目，进而形成专家知识库；
根据回收火箭的多维度特征信息集、历史大数据库和专家知识库，得到回收火箭健康状态多维度分析结果；
对回收火箭健康状态多维度分析结果进行分析评估，得到健康评估多维度评估结果。
上述用于回收火箭的健康评估方法中，还包括以下步骤：
对健康评估多维度评估结果进行综合评判，得到回收火箭的健康状态评估结果和决策建议。
根据本申请的上述具体实施方式可知，至少具有以下有益效果：本申请提供的用于回收火箭的健康评估系统具有架构清晰、体系科学、层级分明的特点；基于多维度输入对回收火箭的健康状况进行评估，具有良好的实用性、拓宽性。通过多维度评估回收火箭的健康状况，能够科学客观的评估回收火箭，给出辅助决策建议，便于对回收火箭进行科学处置或利用，提高回收火箭复用的效率。
应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本申请所欲主张的范围。
附图说明
下面的所附附图是本申请的说明书的一部分，其示出了本申请的实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本申请的原理。
图1为本申请实施例提供的一种用于回收火箭的健康评估系统的的流程图。
附图标记说明：
1、健康检测模块；11视觉检测提取子模块；12、飞行数据检测提取子模块；13、通电性能检测提取子模块；
2、历史大数据库模块；3、专家知识库模块；
4、智能综合分析模块；41、数据引擎综合处理子模块；42、特征信息综合分析子模块；
5、健康评估模块；51、初始层评估子模块；52、中间层评估子模块；53、高级层评估子模块；
6、辅助决策模块；61、决策分析子模块；62、决策输出子模块。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本申请所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本申请内容的实施例后，当可由本申请内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本申请内容的精神与范围。
本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，但并不作为对本申请的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。
关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本申请，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。
关于本文中的“多个”包括“两个”及“两个以上”；关于本文中的“多组”包括“两组”及“两组以上”。
某些用以描述本申请的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。
本申请提供的用于回收火箭的健康评估系统能够在火箭不分解的状态下，对回收火箭的健康状态进行检测和评估，并给出健康预测结果，生成辅助决策建议，为后续重复使用提供参考，进而提高回收火箭的重复利用效率。
如图1所示，本申请实施例提供的用于回收火箭的健康评估系统包括健康检测模块1、历史大数据库模块2、专家知识库模块3、智能综合分析模块4和健康评估模块5。
其中，健康检测模块1是整个健康评估系统的基础，其用于提取回收火箭的多维度特征信息集，并输出给智能综合分析模块4。
历史大数据库模块2基于火箭的海量历史测试和飞行数据，对数据进行选择、净化、推测和转化后形成历史大数据库，为智能综合分析模块4提供数据支撑。
专家知识库模块3用于整合火箭专家知识和历史经验，对知识进行提取和抽象，以形成知识体系和知识条目，进而形成专家知识库，为智能综合分析模块4提供数据支撑。
智能综合分析模块4用于根据回收火箭的多维度特征信息集、历史大数据库和专家知识库，得到回收火箭健康状态多维度分析结果{Q
健康评估模块5用于对回收火箭健康状态多维度分析结果{Q
在其他实施例中，本申请实施例提供的用于回收火箭的健康评估系统还包括辅助决策模块6，辅助决策模块6用于对全面系统的健康评估多维度评估结果{W
在上述实施例中，健康检测模块1包括视觉检测提取子模块11、飞行数据检测提取子模块12和通电性能检测提取子模块13。其中，
视觉检测提取子模块11用于根据技术人员采集的箭上视频、图像材料，对箭体结构、发动机外观、设备间隙、电缆插接绑扎状态等进行综合分析，形成视觉检测的n维特征信息集{r
飞行数据检测提取子模块12以飞行过程中火箭振动、冲击、温度、热流等力学环境和自然环境数据为基础，提取火箭飞行过程中的力热参数，形成飞行力热数据分析相关的m维特征信息集{r
通电性能检测提取子模块13在线实时分析回收火箭加电自检测数据、单机功能测试数据和系统联合测试数据，并提取在线测试数据中的关键量，得到当前状态火箭通电测试的k维特征信息集{r
与现有技术中仅从测试数据入手对回收火箭的健康状况进行分析相比，本申请实施例提供的用于回收火箭的健康评估系统从视觉检测的n维特征信息集、飞行力热数据分析相关的m维特征信息集和当前状态火箭通电测试的k维特征信息集等多维度对回收火箭的健康状况进行分析，分析结果更加科学、合理。
在上述实施例中，智能综合分析模块4包含数据引擎综合处理子模块41和特征信息综合分析子模块42。其中，数据引擎综合处理子模块41用于对回收火箭的多维度特征信息集、历史大数据库和专家知识库的输入进行综合处理；根据输入的多维特征信息集，提取历史数据库、专家知识库中与多维特征信息相互匹配的有效内容，再由特征信息综合分析子模块42进行特征量智能分析，采用智能融合算法对历史大数据库和专家知识库中与多维度特征信息集中相互匹配的内容进行处理，形成回收火箭健康状态多维度分析结果{Q
在上述实施例中，健康评估模块5包括初始层评估子模块51、中间层评估子模块52和高级层评估子模块53。其中，初始层评估子模块51用于对回收火箭健康状态进行初步评估，该子模块针对不同健康状态设定相应的健康区间，可以针对输入的多维健康状态进行健康区间的判别，每个维度健康状态初步划分为正常工作、性能下降、功能失效三种状态，对应的初始层评估结果为{u
中间层评估子模块52用于分析判断何种故障模式导致健康水平的降级，利用中间层评估子模块52内部预设的规则，对初始层评估子模块51评估为性能下降和功能失效的内容进行深入分析，并根据初始层评估结果对应的严重程度系数{e
高级层评估子模块53用于预测在未来一段时间内回收火箭的健康状态水平，该子模块中预设有火箭寿命参数，能够根据中间层评估子模块52输出的当前亚健康状态偏离健康状态的程度M，进行逐条分析和综合评判，从而评估再次参加飞行试验的可靠性，以对回收火箭的剩余寿命进行预测。
在上述实施例中，辅助决策模块6包括决策分析子模块61和决策输出子模块62，其中，决策分析子模块61用于对健康评估模块5输出的多维度评估结果进行综合分析处理，该模块包含火箭各个组件、部件的决策规则，能够将输入的多维度评估结果自动匹配到对应的组件和部件，形成该维度的决策结果，例如可复用、局部维修、整体更换等。决策输出子模块62用于对各个维度的决策结果进行智能整合，该子模块预存有火箭多系统层次结构，能够根据决策分析子模块61的结果按照火箭分系统组成的规则，对不同系统进行决策输出，输出最终的决策建议。
上述的本申请实施例可在各种硬件、软件编码或两者组合中进行实施。例如，本申请的实施例也可表示在数据信号处理器中执行上述方法的程序代码。本申请也可涉及计算机处理器、数字信号处理器、微处理器或现场可编程门阵列执行的多种功能。可根据本申请配置上述处理器执行特定任务，其通过执行定义了本申请揭示的特定方法的机器可读软件代码或固件代码来完成。可将软件代码或固件代码发展表示不同的程序语言与不同的格式或形式。也可表示不同的目标平台编译软件代码。然而，根据本申请执行任务的软件代码与其他类型配置代码的不同代码样式、类型与语言不脱离本申请的精神与范围。
以上所述仅为本申请示意性的具体实施方式，在不脱离本申请的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本申请保护的范围。
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