(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202211169474.X (22)申请日 2022.09.26 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 115293459 A (43)申请公布日 2022.11.04 (73)专利权人 北京开运联合信息技 术集团股份 有限公司 地址 101100 北京市通州区中关村科技园 区通州园国际种业科技园区聚和七街 1号-593 (72)发明人 亢瑞卿　李达　方肖燕　张伟祺　 王硕　李亚亚　李小波　亢志邦　 (74)专利代理 机构 北京超凡宏宇专利代理事务 所(特殊普通 合伙) 11463 专利代理师 安卫静 (51)Int.Cl. G06Q 10/04(2012.01)G06Q 10/06(2012.01) G06Q 10/00(2012.01) G06N 5/02(2006.01) G06N 5/04(2006.01) G06N 20/00(2019.01) (56)对比文件 CN 105245364 A,2016.01.13 CN 105245364 A,2016.01.13 CN 113961612 A,202 2.01.21 CN 114448489 A,202 2.05.06 CN 114867080 A,202 2.08.05 CN 112034731 A,2020.12.04 US 2006171418 A1,20 06.08.03 李超等.中国空间科 学任务有效载荷的管 理. 《科技 导报》 .2020,(第15期), 审查员 杜少凤 (54)发明名称 一种数字 孪生卫星有效载荷健康管理系统 (57)摘要 本申请提供了一种数字孪生卫星有效载荷 健康管理系统， 涉及卫星管理技术领域， 所述系 统包括， 有效载荷模型构建模块、 空间环境模拟 模块和有效载荷健康管理模块； 所述有效载荷模 型构建模块， 用于在数字空间构建多个数字孪生 卫星有效载荷模型； 所述空间环境模拟模块， 用 于从光学、 力学和电磁学三个维度模拟有效载荷 的外部运行环 境物理量， 生 成空间环 境数据并发 送至有效载荷健康管理模块； 所述有效载荷健康 管理模块， 用于基于卫星运行过程中有效载荷产 生的遥测数据、 工程数据、 控制数据及空间环境 数据， 对卫星的有效载荷运行状态进行监测、 评 估以及预测。 与现有技术相比本申请的卫星有效 载荷健康管理系统更加科 学有效。 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 CN 115293459 B 2022.12.06 CN 115293459 B 1.一种数字孪生卫星有效载荷健康管理系统， 其特征在于， 所述系统包括： 有效载荷模 型构建模块、 空间环境模拟模块和有效载荷健康管理模块； 所述有效载荷模型构建模块， 用于在数字空间构建多个数字 孪生卫星有效载荷模型； 所述空间环境模拟模块， 用于从光学、 力学和电磁学三个维度模拟有效载荷的外部运 行环境物理量， 生成空间环境数据并发送至有效载荷健康管理模块； 所述有效载荷健康管理模块， 用于基于卫星运行过程中有效载荷产生的遥测数据、 工 程数据、 控制数据及空间环境数据， 对卫星的有效载荷运行状态进行监测、 评估以及预测； 其中， 所述有效载荷模型构建模块具体用于： 将实体卫星有效载荷的研制和运行的全生命周期状态在数字空间进行全要素实时数 字化映射， 得到多个数字 孪生卫星有效载荷模型； 其中， 所述空间环境模拟模块包括： 光学环境模拟组件、 力学环境模拟组件和电磁环境 模拟组件； 光学环境模拟组件， 用于模拟光学载荷在任务场景下的动态环境， 模拟异常光学环境， 生成光学环境数据； 力学环境模拟组件， 用于模拟有效载荷在卫星异常姿态下的工作状态， 确定有效载荷 在空间维度的故障反应行为， 生成力学环境数据； 电磁环境模拟组件， 用于模拟有效载荷所处的电磁场环境， 生成电磁场环境数据； 其中， 所述有效载荷健康管理模块包括： 卫星运行信息管理单元、 有效载荷知识发现单 元、 有效载荷故障诊断单 元和有效载荷健康分析 预测单元； 卫星运行信息管理单元： 用于对卫星在轨运行阶段产生的轨道姿态数据、 计划指令数 据和工程遥测参数数据， 以及空间环境模拟模块模拟产生的轨道相关空间环境数据进 行清 洗、 融合和存 储； 有效载荷知识发现单元： 用于对卫星全生命周期数据进行数据挖掘， 发现数据本身存 在的潜在规律知识， 以及不同数据之间存在的潜在关联关系， 构建为有效载荷故障诊断和 有效载荷健康分析功能提供支持的数据知识模型； 有效载荷故障诊断单元： 用于构建有效载荷故障模型， 利用有效载荷故障模型对有效 载荷遥测数据、 工程数据、 控制数据及空间环境数据进 行分析推理， 发现 并定位故障点和可 能的故障原因； 有效载荷健康分析预测单元： 用于分别构建载荷健康评估及预测模型， 利用卫星工程 参数、 有效载荷 控制计划和空间环境数据， 对有效载荷健康情况进 行评估， 并对有效载荷未 来健康趋势进行 预测。 2.根据权利要求1所述的数字孪生卫星有 效载荷健康管理系统， 其特征在于， 不同数据 之间存在的潜在关联关系包括： 工程参数数据和空间环境数据的关联关系、 工程参数数据 和过磁场异常区时段预报的关联关系、 工程参数数据和指 令执行情况的关联关系以及卫星 相关工程 参数的关联关系。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115293459 B 2一种数字孪生卫星有效载荷 健康管理系统 技术领域 [0001]本申请涉及 卫星管理技术领域， 尤其是涉及一种数字孪生卫星有效载荷健康管理 系统。 背景技术 [0002]目前， 卫星健康管理技术已经向大数据和智能化方向蓬勃发展， 现有的卫星有效 载荷健康管理系统存在以不足： [0003]1)缺乏卫星 有效载荷主动管理能力 [0004]卫星有效载荷健康管理是故障诊断技术的扩展， 因此其应用大多数局限于在轨运 行的故障检测， 未能对卫星有效载荷运行 的全生命周期进行维护管理， 是种被动的健康管 理方式， 缺乏科 学系统地对卫星 有效载荷工作状态进行提前规划推演的能力； [0005]2)非物理状态监测能力 弱 [0006]当前卫星有效载荷 健康管理主要是基于各类物理模型， 对其有效载荷的任务行为 进行监测和仿 真， 监测的是卫星有效载荷设备的系统、 分系统和载荷级别的工作状态， 未能 对其中的信息化数据流、 控制指令的执行过程等数据虚拟状态进行有效仿真， 不能对其故 障进行快速定位， 或者需要成本高昂的实物仿真； [0007]3)未具备空间环境仿真条件 [0008]卫星有效载荷健康管理系统与卫星平台健康管理最大的不同， 在于有效载荷上的 各类独特 的物理元素探测器， 因此空间环境对有效载荷工作状态的影响极大， 健康管理系 统除了需模拟有效载荷的工作元素， 还应尽可能地模拟其外部所在的工作环境， 然而目前 的健康管理系统还主要延续卫星健康管理系统的思路， 仅是利用在轨采集到的状态数据进 行监测， 并运用模型仿真、 机器学习等方法， 判断卫星有效载荷的在轨状态， 局限于卫星有 效载荷自身的参数监测， 并未对外部环境， 如行星表面光学环境、 空间电磁场环境进 行有效 仿真。 发明内容 [0009]有鉴于此， 本申请提供了一种数字孪生卫星有效载荷健康管理系统， 以解决上述 技术问题。 [0010]本申请实施例提供了一种数字孪生卫星有效载荷健康管理系统， 所述系统包括： 有效载荷模型构建模块、 空间环境模拟模块和有效载荷健康管理模块； [0011]所述有效载荷模型构建模块， 用于在数字空间构建多个数字孪生卫星有效载荷模 型； [0012]所述空间环境模拟模块， 用于从光学、 力学和电磁学三个维度模拟有效载荷的外 部运行环境物理量， 生成空间环境数据并发送至有效载荷健康管理模块； [0013]所述有效载荷健康管理模块， 用于基于卫星运行过程中有效载荷产生的遥测数 据、 工程数据、 控制数据及空间环境数据， 对卫星的有效载荷运行状态进行监测、 评估以及说　明　书 1/5 页 3 CN 115293459 B 3