一种卫星在线状态监测系统及方法与流程

本发明涉及卫星信号传输监测，具体为一种卫星在线状态监测系统及方法。

背景技术：

1、随着卫星数量的增加以及卫星功能的不断扩展，卫星在通信、导航、地球观测等领域的应用越来越广泛，卫星的异常状态可能会导致通信中断、导航偏差以及地球观测数据失真等问题，因此对卫星在线状态的实时监测和管理需求日益增加，需要有效的监测系统来保障卫星系统的正常运行。

2、卫星通信系统受到天气、大气层、地球自转等因素的影响，信号传输可能不稳定，导致信号折损或误差，传统的监测系统无法准确分析信号传输的误差损耗情况，导致监测精度不高，容易出现误报或漏报的情况，单一的监测机制缺乏对异常状态的多维度确认，容易造成误判，对于异常状态的识别可能只停留在表面，缺乏对信号值数据变化趋势的深入分析，无法及时发现潜在的故障风险，在发现异常时，对于人工干预的依赖强，效率低下，容易造成延误。

3、例如公告号为cn115118333b的中国发明专利，公开的一种卫星地面站的天线健康管理系统及方法，涉及卫星信号接收技术领域。该系统包括天线状态采集模块、天线健康监测模块、天线健康评估模块、数据管理模块和天线健康状态显示模块；天线状态采集模块实现对天线健康状态监测参数的采集功能；天线健康监测模块实现对天线各部件的采集数据和故障信息进行实时显示及性能检测；天线健康评估模块用于评估天线的健康性能；数据管理模块完成对天线及传感器设备数据的存储、查询和统计功能；天线健康状态显示模块通过人机交互方式对天线状态采集模块采集的参数以及天线健康评估结果进行查询检索并展示。该系统可以降低运维人员人工监视的工作量、缩短监测周期、提高监测数据的时效性和准确性。然而，该一种卫星地面站的天线健康管理系统及方法针对状态的监测过于单一，缺乏对异常状态的多维度确认，容易造成误判。

4、因此，针对以上问题，亟待需要一种卫星在线状态监测系统及方法。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种卫星在线状态监测系统及方法，解决了卫星在线状态监测不准确和可靠性低的技术问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种卫星在线状态监测系统，包括以下步骤：位置定位分析模块，用于基于目标卫星当前监测地表位置的环境信息得到当前监测地表位置信号传输的误差损耗允许置信区间；第一监测模块，用于将目标卫星当前传输的信号折损状况与当前监测地表位置信号传输的误差损耗允许置信区间进行比对，输出目标卫星的在线状态第一监测结果；第二监测模块，若目标卫星的在线状态第一监测结果为异常状况，则获取与目标卫星当前监测地表位置相同的对比卫星监测周期内的信号值数据，分析目标卫星与对比卫星监测周期内的信号值数据的变化趋势，输出目标卫星的在线状态第二监测结果；预警维护模块，若目标卫星的在线状态第二监测结果为异常状况，则基于卫星知识库存储的目标卫星故障预案及处置授权状况传输警示信息进行故障预警维护。

3、进一步地，基于目标卫星当前监测地表位置的环境信息得到当前监测地表位置信号传输的误差损耗允许置信区间的具体分析为：基于卫星定位系统确定目标卫星当前监测地表位置，进而通过遥感技术从目标卫星获取地球表面遥感数据，地球表面遥感数据具体包括目标卫星当前监测地表位置对应的环境信息；结合目标卫星当前监测地表位置对应的环境信息与卫星知识库存储的环境状态信息进行聚类分析，基于聚类结果标记目标卫星当前监测地表位置的环境类型；基于卫星知识库获得目标卫星当前监测地表位置的环境类型所对应的历史传输信号的信号功率，信号功率具体包括信号传输功率、接收功率，进而通过信号传输功率、接收功率得到信号折损集合；获得信号折损集合的均值与标准差，同时基于卫星信号传输损耗设定置信水平；结合信号折损集合的均值、标准差以及置信水平，输出当前监测地表位置信号传输的误差损耗允许置信区间的上限与下限。

4、进一步地，所述结合目标卫星当前监测地表位置对应的环境信息与卫星知识库存储的环境状态信息进行聚类分析的具体分析为：目标卫星当前监测地表位置对应的环境信息具体包括地表数据与环境遥感数据，地表数据具体包括植被密度和建筑物密度，环境遥感数据具体包括目标卫星当前监测地表位置的大气气压；卫星知识库存储的环境的状态信息具体包括环境植被密度、环境建筑物密度、环境大气气压；基于欧氏距离算法对目标卫星所处的地理位置的植被密度、建筑物密度、大气气压分别与卫星知识库存储的环境植被密度、环境建筑物密度、环境大气气压进行聚类分析，得到目标卫星当前位置与环境之间的聚类结果。

5、进一步地，将目标卫星当前传输的信号折损状况与当前监测地表位置信号传输的误差损耗允许置信区间进行比对，输出目标卫星的在线状态第一监测结果的具体分析为：基于目标卫星信号的信号传输功率与接收功率得到目标卫星信号的信号折损；将目标卫星信号的信号折损与当前监测地表位置信号传输的误差损耗允许置信区间进行比对，当目标卫星信号的信号折损超出当前监测地表位置信号传输的误差损耗允许置信区间时，输出目标卫星的在线状态第一监测结果为异常状况；当目标卫星信号的信号折损在当前监测地表位置信号传输的误差损耗允许置信区间内，输出目标卫星的在线状态第一监测结果为正常状况。

6、进一步地，分析目标卫星与对比卫星监测周期内的信号值数据的变化趋势，输出目标卫星的在线状态第二监测结果的具体分析为：设定信号值数据的监测周期，在监测周期通过地面站接收数据获取与目标卫星监测地表位置相同的对比卫星的信号值数据；分别构建目标卫星与监测地表位置相同的对比卫星的信号值数据的线性回归模型，获得目标卫星与监测地表位置相同的对比卫星的信号值数据的变化趋势斜率，进而得到目标卫星与监测地表位置相同的对比卫星的信号值数据的变化趋势斜率之间的差异值；设定变化趋势斜率的差距阈值，将目标卫星与监测地表位置相同的对比卫星的信号值数据的变化趋势斜率之间的差异值与变化趋势斜率的差距阈值进行比对；当目标卫星与监测地表位置相同的对比卫星的信号值数据的变化趋势斜率之间的差异值小于或等于变化趋势斜率的差距阈值时，输出目标卫星的在线状态第二监测结果为正常状况；当目标卫星与监测地表位置相同的对比卫星的信号值数据的变化趋势斜率之间的差异值大于变化趋势斜率的差距阈值时，输出目标卫星的在线状态第二监测结果为异常状况。

7、进一步地，所述基于卫星知识库存储的目标卫星故障预案及处置授权状况传输警示信息进行故障预警维护的具体分析为：若目标卫星的在线状态第二监测结果为异常状况，则获得目标卫星的姿态监测信息与历史记录数据，目标卫星的姿态监测信息具体包括目标卫星的姿态偏移角度，历史记录数据具体包括目标卫星的历史维护次数及历次故障修复时间；利用随机森林分析目标卫星的姿态偏移角度、历史维护次数及历次故障修复时间，输出目标卫星的异常维护等级；获取卫星知识库存储的目标卫星的异常维护等级对应的故障预案及处置授权状况，进而利用警示机制传输警示信息。

8、进一步地，利用随机森林分析目标卫星的姿态偏移角度、历史维护次数及历次故障修复时间，输出目标卫星的异常维护等级的具体分析步骤为：将姿态偏移角度、历史维护次数及历次故障修复时间构建为数据集，设目标变量为目标卫星的异常维护等级；构建至少两棵决策树，针对每棵决策树，基于数据集随机样本训练，输出每棵决策树的目标变量；将所有决策树输出的目标变量的平均值作为目标卫星的异常维护等级。

9、一种卫星在线状态监测方法，应用上述的一种卫星在线状态监测系统，包括以下步骤：基于目标卫星当前监测地表位置的环境信息得到当前监测地表位置信号传输的误差损耗允许置信区间；将目标卫星当前传输的信号折损状况与当前监测地表位置信号传输的误差损耗允许置信区间进行比对，输出目标卫星的在线状态第一监测结果；若目标卫星的在线状态第一监测结果为异常状况，则获取与目标卫星当前监测地表位置相同的对比卫星监测周期内的信号值数据，分析目标卫星与对比卫星监测周期内的信号值数据的变化趋势，输出目标卫星的在线状态第二监测结果；若目标卫星的在线状态第二监测结果为异常状况，则基于卫星知识库存储的目标卫星故障预案及处置授权状况传输警示信息进行故障预警维护。

10、本发明具有以下有益效果：

11、该一种卫星在线状态监测系统及方法，通过位置定位分析模块，能够根据目标卫星当前监测地表的环境信息，精确分析信号传输的误差损耗情况，并获取误差损耗的允许置信区间，提高了在线状态监测的精度；系统采用第一监测模块和第二监测模块的双重监测机制，确保对卫星在线状态的监测更加全面和细致，第一监测模块进行初步筛查，第二监测模块通过与对比卫星的数据分析进一步确认，提高了异常状态检测的准确性；当第一监测结果异常时，通过第二监测模块的线性回归模型分析信号值数据变化趋势，可以更深入地识别出异常原因，避免误报，提高系统的可靠性；预警维护模块能够针对异常情况，基于卫星知识库中存储的故障预案和处置授权状况，及时传输警示信息，进行故障预警和维护，有助于快速响应和解决问题，减少卫星故障对系统的影响，保障卫星系统的稳定运行；结合卫星知识库中的故障预案，能够自动化地处理常见故障，提高了维护效率，减少了人工干预的需求，降低了维护成本。