地面衛星通信系統自主健康管理研究

摘要：衛星通信應用日益廣泛，針對地面衛星通信系統高穩定性、高連續性的需求，文章提出一種地面衛星通信系統自主健康管理方法，解決傳統情況下系統故障時逐級排查定位困難、定位處理時間長的問題，并可對部分故障問題進行快速自主處理和恢復。同時，采取冗余對比和大數據學習方法降低系統的虛警率，提升系統可靠性。

關鍵詞：自主健康管理；綜合態勢監測；故障判決；自主故障恢復

中圖分類號：TP391

文獻標志碼：A

0 引言

自主健康管理是地面衛星通信系統自主化運行的重要組成部分。地面衛星通信系統自主健康管理是指地面衛星通信系統能夠實時感應、監測和管理系統各組成模塊的運行狀態，對出現的故障能夠自主進行檢測，并做出相應的隔離、容錯等處理。地面衛星通信系統自主健康管理是實現地面衛星通信系統連續穩定運行、保障衛星通信服務質量、提升地面衛星通信系統整體可靠性的關鍵。自主健康管理包括自主故障診斷和自主故障恢復。

針對地面衛星通信系統高穩定性、高連續性的需求，本文提出一種地面衛星通信系統自主健康管理方法，該方法實現地面衛星通信系統各組成模塊故障的逐級定位，并根據故障類型進行快速自主故障處理和恢復，解決傳統情況下系統故障逐級排查定位困難、定位處理時間長的問題。該方法不僅具有全系統自主監測、逐級定位、快速恢復的優勢^［1］；還采取冗余對比和大數據學習方法提升自主健康管理系統的故障診斷準確性，排除異常虛警，提升系統整體可靠性。

1 地面衛星通信系統組成

地面衛星通信系統是衛星通信系統的地面主體，是衛星通信系統直接面向用戶的部分。地面衛星通信系統的系統組成如圖1所示。地面衛星通信系統包括天線射頻子系統、輔助子系統、信道設備、網控系統、站控系統以及頻譜監測系統。天線射頻子系統由天線伺服設備與射頻設備構成，主要用于完成衛星和射頻之間的接口，按照系統設計需求完成不同頻段之間的轉換；輔助子系統主要是天線方艙內的一些電源、時鐘等天線射頻附件；信道設備主要功能是完成控制和業務信號的收發以及信號的編解碼等；網控系統是衛星通信系統地面應用系統管理與控制中心，對全網所有用戶和衛星資源進行控制和管理，以保證衛星通信系統正常工作；站控系統對地面衛星通信系統各種站內設備進行實時的狀態監視和管理控制；頻譜監測系統主要功能是對衛星資源頻譜狀態進行監測，為通信網性能以及其他系統和設備的健康判決提供參考。

2 自主故障診斷

自主故障診斷系統需監測地面衛星通信系統各組成部分的運行狀態，根據各部分的狀態對系統進行逐級故障定位判定和故障恢復^［2］。

地面衛星通信自主健康管理系統由綜合態勢監測模塊、健康判決診斷模塊組成。下面對地面衛星通信系統各模塊設計及故障診斷和恢復策略進行介紹。

2.1 綜合態勢監測模塊

綜合態勢監測模塊的功能主要是收集地面衛星通信系統各分系統、各設備的運行狀態信息、相關告警信息以及網絡運行過程中的日志信息等，并對收集的各類信息進行分類和解析，為故障判決診斷和故障自主恢復提供數據支撐。綜合態勢監測模塊如圖2所示。

對綜合態勢監測模塊各組成部分分別介紹如下：（1）數據接收模塊。與要監測的各個分系統有交互接口，接收來自各分系統的態勢監測數據，包括各分系統運行狀態、運行日志、告警信息等。（2）綜合態勢分析處理模塊。對數據接收模塊接收到的各類信息進行分析處理并進行分類存儲，為系統健康判決診斷和故障自主恢復提供參考。（3）數據庫模塊。存儲綜合態勢分析模塊解析和分類后的各分系統態勢監測數據。

2.2 健康判決診斷模塊

健康判決診斷模塊的功能主要是利用綜合態勢監測模塊接收、處理和存儲的各分系統和設備的各種信息對地面衛星通信系統各設備和分系統的運行狀態和健康情況進行自主判決診斷，定位故障位置和故障原因，并根據不同的故障類型執行不同的自主故障恢復操作或進行聲光告警^［3］，從而有效降低故障恢復時間，最大化降低故障對地面衛星通信系統的影響。健康判決診斷模塊如圖3所示。

對故障判決診斷模塊各組成部分分別進行介紹如下：（1）態勢數據對比判決模塊。根據各分系統和設備上報的態勢數據并結合對應的判決方法對相應分系統和設備進行故障診斷和判決。（2）大數據分析對比模塊。根據各分系統和設備上報的態勢數據以及日志和告警信息并結合前期的故障判斷結果進行大數據訓練和預測，預測結果作為當前故障判決診斷結果。

從圖3可以看出，為提升健康判決的準確性和可靠性，本設計的健康判決診斷模塊采用了同構和異構備份模式^［4］，利用態勢數據對比和大數據學習方法分別進行故障判決診斷。兩種判決方法使用相同的綜合態勢監測數據進行判決處理，且兩種判決方法均進行了冗余設計，判決結果均在容錯范圍內時才采信并進行進一步處理，由此可有效降低虛警率，提升地面衛星通信系統的高穩定性和高連續性。

3 自主故障恢復

本文提出的自主故障恢復方法主要是通過地面衛星通信自主健康管理系統對發生故障的系統和設備進行遠程控制恢復^［5］，主要處理措施包括重置、主備機切換以及聲光告警，從而達到對系統故障快速響應和恢復的目的。

根據故障判決診斷模塊定位的故障位置和類型的不同，地面衛星通信系統自主故障恢復策略也不同。策略確定的原則是降低發生故障的系統或設備中斷的時間，提升系統的穩定性和可靠性^［6］。本文涉及的幾種分系統和設備的故障情況中，自主恢復策略分別如表1所示。

4 結語

本文提出了一種地面衛星通信系統自主健康管理策略，與傳統地面衛星通信系統的自主健康管理策略相比，本系統對整個地面衛星通信系統各分系統和設備的態勢采集、分析和自主故障診斷與恢復方法進行了優化設計，健康管理更加系統和全面，進行故障診斷時同時考慮了多系統之間的關聯性，且故障診斷模塊采用多方法異構備份，提升了健康判決的準確性和可靠性，有效減少了虛警的發生。本系統同時提出了故障自主恢復方法，對于部分故障可通過遠程控制進行故障修復和重置，可有效降低系統故障恢復時間，提升系統的穩定性，對地面衛星通信系統高穩定性、高連續性的需求具有重要意義。

參考文獻

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（編輯 姚 鑫）

Research on self-health management of the terrestrial satellite communication system

Qiu Chunrong

（CEC Defense Technology Co.， Ltd.， Nanjing 210000， China）

Abstract： Satellite communication is increasingly widely used.For the demand of high stability and high continuity of ground satellite communication system， this paper proposes an autonomous health management method of ground satellite communication system， in view of the requirements of high stability and continuity of the terrestrial satellite communication system， this paper proposes a method of self-health management for the terrestrial satellite communication system， which solves the problems of troubleshooting and fault location and long processing time When a breakdown occurs Traditionally， and can autonomously deal and recover some fault problems quickly. At the same time， redundant comparison and big data learning measures are adopted to reduce the 1 alarm rate of the system and improve the reliability of the system.

Key words： self-health management; integrated situation monitoring; deformation detection; autonomous restoration