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Enregistrement W4406011890 · doi:10.1016/j.actaastro.2024.12.057

A hybrid framework for real-time satellite fault diagnosis using Markov jump-adjusted models and 1D sliding window Residual Networks

2025· article· en· W4406011890 sur OpenAlexafffund
MohammadSaleh Hedayati, Afshin Rahimi

Notice bibliographique

RevueActa Astronautica · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueFault Detection and Control Systems
Établissements canadiensUniversity of Windsor
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaAlliance de recherche numérique du CanadaUniversity of Windsor
Mots-clésSliding window protocolResidualJumpSatelliteMarkov chainFault (geology)Window (computing)Computer scienceMarkov modelReal-time computingControl theory (sociology)AlgorithmArtificial intelligenceEngineeringGeologyMachine learningAerospace engineeringPhysics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Data-driven methods, including Artificial Intelligence (AI) and Machine Learning (ML) techniques, have been becoming more prominent in the field of satellite Fault Diagnosis and Prognosis (FDP) owing to their exceptional pattern recognition capabilities. On the other hand, they have some glaring accompanying issues other than their data dependency that have not been explored in the literature on satellite fault diagnosis. These issues include their inability to accommodate real-time fault diagnosis requirements, failure to account for the fault diagnosis and fault-tolerant modules’ interactions, and being prone to getting overfit due to manually injected faults. Therefore, this work proposes a hybrid framework for real-time fault diagnosis of a single Reaction Wheel (RW) onboard a satellite that capitalizes on both data-driven and model-based methods’ strong suits. The proposed methodology can also be applied to other satellite sub-systems. The presented hybrid framework comprises a Morkov jump-adjusted RW model, a Markov Jump-Adjusted Particle Filter (MJAPF), and a One Dimensional (1D) sliding window Residual Network (ResNet). The Morkov jump-adjusted RW model addresses the under-represented issues of data-driven methods, the MJAPF provides a means of estimating the non-linear RW’s hidden states under non-Gaussian noise conditions while accounting for malfunction dynamics, and the 1D sliding window ResNet model ensures online diagnosis performance. Experiments showed that the hybrid framework can achieve accurate and timely results, even reaching accuracy rates as high as 99% in low-noise conditions. The proposed MJAPF algorithm proved to be a capable estimation technique. However, the proposed MJAPF and ResNet frameworks were incompatible due to the gap in their perceptions of fault dynamics but proved effective on their own merits. Future remarks for making the proposed hybrid framework more robust to noise are also discussed. • Highlighted limitations of AI and ML in satellite fault diagnosis: inability to meet real-time requirements, failure to account for interactions between fault diagnosis and fault-tolerant modules, and susceptibility to overfitting from manually injected faults. • Developed a hybrid approach combining data-driven and model-based methods for real-time fault diagnosis of Reaction Wheels (RWs) on satellites. • Emphasized the adaptability of the framework for other satellite sub-systems. • Created a Markov Jump-Adjusted RW Model to address under-represented issues in data-driven methods. • Developed a Markov Jump-Adjusted Particle Filter (MJAPF) to estimate non-linear RW hidden states under non-Gaussian noise conditions and account for malfunction dynamics. • Designed a One Dimensional (1D) Sliding Window Residual Network (ResNet) to ensure online diagnosis performance. • Demonstrated the hybrid framework’s ability to achieve high accuracy (up to 99%) in low-noise conditions through experimental validation. • Showed that the MJAPF algorithm is a capable estimation technique. • Identified incompatibility between MJAPF and ResNet due to differing perceptions of fault dynamics but validated their individual effectiveness. • Discussed recommendations for enhancing the hybrid framework’s robustness to noise.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesMéta-épidémiologie (sens strict)
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,449
Score d'incertitude au seuil1,000

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,015
Tête enseignante GPT0,247
Écart entre enseignants0,232 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations4
Publié2025
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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