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JP5359738B2 - Telemetry data analysis device and telemetry data analysis program for structure-variable flying object - Google Patents
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JP5359738B2 - Telemetry data analysis device and telemetry data analysis program for structure-variable flying object - Google Patents

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Description

本発明は、ロケットなどの構造可変な飛翔体から送信されるテレメトリデータを解析して、飛翔体の異常疑のある動作を検出するテレメトリデータ解析装置及びテレメトリデータ解析プログラムに関する。   The present invention relates to a telemetry data analysis apparatus and a telemetry data analysis program for analyzing telemetry data transmitted from a structure-changeable flying object such as a rocket and detecting a motion of a flying object suspected of being abnormal.

飛行中のロケット、軌道上の人工衛星、無人宇宙船や有人宇宙船の状態は、これらの飛翔体から送信されるテレメトリデータを通して、地上の観測基地において常時観測されている。テレメトリデータとは、飛翔体の状態を表す各種の掲載機器から送信される時系列データのことであり、主なものとしては、各種搭載機器の電圧や電流、動作のオンオフ状態、飛翔体の各部の温度や圧力、送受信装置の送受信電力、飛翔体の外部環境に関する情報などのデータがある。これらのデータは各々、飛翔体に搭載されたテレメータ送信機のエンコーダにて収集され、一定のフォーマットにて地上の観測基地に送信される。図10に示すように、観測基地Bにおいては、飛翔体(ロケットR)から送信された各種テレメトリデータS〜Sをアンテナ等の受信装置A(A〜A)にて受信した後、信号号復調変換装置D(D〜D)にて復調し、A/D変換や各種の物理量変換を行う。そして、テレメトリデータ解析装置Zにおいて、変換された時系列データを統計解析や周波数解析したり、データの可視化を行い表示装置Pに表示させたりして、その結果を過去のデータ、設計値、又は予測値などと比較する。このような時系列データ解析により、飛翔体が計画通りに飛行できたことを確認したり、飛翔体の異常な動作を検知したり、また、飛翔体に何らかの事故が発生した場合にはその原因を調査して搭載機器の改良に役立てたりする(特許文献1)。 The state of rockets in flight, artificial satellites in orbit, unmanned spacecraft and manned spacecraft is constantly observed at observation stations on the ground through telemetry data transmitted from these flying objects. Telemetry data is time-series data transmitted from various listed devices that indicate the state of the flying object. Mainly, the voltage and current of various mounted devices, the on / off state of operation, and various parts of the flying object Data such as temperature and pressure of the aircraft, transmission / reception power of the transmission / reception device, information on the external environment of the flying object. Each of these data is collected by an encoder of a telemeter transmitter mounted on the flying object and transmitted to a ground observation base in a certain format. As shown in FIG. 10, in the observation base B, after receiving various telemetry data S 1 to S N transmitted from the flying object (rocket R) by the receiving device A (A 1 to A N ) such as an antenna. The signal demodulator / converter D (D 1 to D N ) demodulates and performs A / D conversion and various physical quantity conversions. Then, in the telemetry data analysis device Z, the converted time series data is subjected to statistical analysis and frequency analysis, or the data is visualized and displayed on the display device P, and the result is past data, design values, or Compare with predicted values. Through such time series data analysis, it is confirmed that the flying object was able to fly as planned, abnormal movement of the flying object was detected, and if any accident occurred in the flying object, the cause To improve the installed equipment (Patent Document 1).

このような従来のテレメトリデータ解析(時系列データ解析)では、解析対象となるテレメトリデータを過去のデータ、設計値、又は予測値と比較したときに差異があまり大きくない場合には、その差異は通常ランダムノイズとして認識される。   In such conventional telemetry data analysis (time-series data analysis), if the difference is not so large when comparing the telemetry data to be analyzed with past data, design values, or predicted values, the difference is Usually recognized as random noise.

しかし、近年数理物理学の分野において、一見するとランダムに見える時系列データがカオス力学系における決定論的な法則に従っている場合があることが明らかになってきた。カオス力学系の特徴は、そのダイナミクスがある種の非線形な因果関係に基づいているため、その時系列データがランダムノイズに似た複雑な振る舞いを示す点にある。ある時系列データがカオス力学系に基づく時系列データであるか否かを判定するためには、カオス力学系の特徴量であるフラクタル次元、リャプノフスペクトルなどの非線形統計量を算出したり、カオス力学系に特有なアトラクタ軌道(ストレンジアトラクタ)を相空間にて可視化したりするといったデータ解析を行う必要がある。このような時系列データ解析を特にカオス時系列データ解析といい、現状では主に生体内の各種生理信号、プラント等の状態信号など、各種工学システムの計測データに実用されている(非特許文献1)。   However, in recent years, it has become clear that in the field of mathematical physics, seemingly random time-series data may follow deterministic laws in chaotic dynamical systems. A characteristic of chaotic dynamical systems is that their dynamics are based on some kind of non-linear causal relationship, so that the time-series data shows complex behavior similar to random noise. In order to determine whether certain time-series data is time-series data based on chaotic dynamical systems, nonlinear statistics such as fractal dimensions and Lyapunov spectra, which are features of chaotic dynamical systems, are calculated, or chaotic dynamics It is necessary to perform data analysis such as visualizing the attractor trajectory (strange attractor) peculiar to the system in the phase space. Such time-series data analysis is particularly called chaos time-series data analysis, and is currently practically used for measurement data of various engineering systems such as various physiological signals in the living body and state signals of plants, etc. (Non-Patent Documents) 1).

米国特許公開20090105892号公報US Patent Publication No. 20090105892

合原 一幸、池口 徹、山田 泰司、小室 元政著、カオス時系列解析の基礎と応用、産業図書、2000。Kazuyuki Aihara, Tohru Ikeguchi, Yasushi Yamada, Motomasa Komuro, Basics and Applications of Chaos Time Series Analysis, Sangyo Tosho, 2000.

従って、ロケット等の飛翔体のテレメトリデータに対する従来のデータ解析では、テレメトリデータが一見するとランダムに見えるような時系列データであった場合には、その中に潜む非線形性に基づく決定論的な要因、つまり飛翔体の動作における何らかのカオス力学系、の存在を見逃してしまう可能性があった。このことは、従来の飛翔体のテレメトリデータ解析では、カオス力学系に基づく飛翔体の異常疑のある動作を見逃してしまうことを意味する。   Therefore, in the conventional data analysis for telemetry data of flying objects such as rockets, if the telemetry data is seemingly random at first glance, it is a deterministic factor based on the nonlinearity hidden in it. In other words, there was a possibility of overlooking the existence of some chaotic dynamical system in the movement of the flying object. This means that in the conventional telemetry data analysis of the flying object, the suspicious operation of the flying object based on the chaotic dynamical system is overlooked.

本発明は、上記の実情を鑑みて為されたものであり、ロケットなどの構造可変な飛翔体から送信されるテレメトリデータからカオス力学系に基づく飛翔体の異常疑な動作を検知することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to detect a suspicious operation of a flying object based on a chaotic dynamical system from telemetry data transmitted from a structure-variable flying object such as a rocket. And

上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、構造可変な飛翔体のテレメトリデータ解析装置であって、構造可変な飛翔体から送信されるテレメトリデータ群から解析対象となる時系列データ群を切り出すデータ切出部と、切り出された時系列データ群を埋め込み可能とする相空間の埋め込み次元を算出するデータ前処理部と、算出された次元を有する相空間に埋め込まれた時系列データ群から可視化情報を算出するデータ可視化処理部と、切り出された時系列データ群から1次統計量を保存する第1のサロゲートデータ群と2次統計量を保存する第2のサロゲートデータ群とを作成するサロゲートデータ作成部と、リアルタイム解析時には、可視化された時系列データ群から非線形統計量を推定し、飛行後解析時には、可視化された時系列データ群と第1及び第2のサロゲートデータ群とから非線形統計量を推定する非線形統計量推定部と、飛行後解析時に、第1及び第2のサロゲートデータ群から推定された非線形統計量を母集団として、可視化された時系列データ群から推定された非線形統計量の有意性検定を行い、切り出された時系列データ群がカオス力学系に従うか否かを判定するデータ検定部と、カオス力学系に従うと判定された時系列データ群の非線形統計量及び視覚化情報と過去の時系列データ群の非線形統計量及び視覚化情報との差を算出し、カオス力学系に基づく飛翔体の異常疑のある動作を検出する異常疑検出部と、前記データ前処理部に対して、飛翔体の構造が変化する度に、切り出された時系列データ群の埋め込み次元を算出させる制御部と、を備えたことを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 1 is a telemetry data analysis device for a variable structure flying object, which is a time series to be analyzed from a telemetry data group transmitted from the variable structure flying object. A data cutout unit that cuts out a data group, a data preprocessing unit that calculates an embedding dimension of the phase space that enables embedding of the cutout time series data group, and a time series embedded in the phase space having the calculated dimension A data visualization processing unit that calculates visualization information from the data group, a first surrogate data group that stores primary statistics from the extracted time-series data group, and a second surrogate data group that stores secondary statistics The surrogate data creation unit that creates the non-linear statistics from the visualized time-series data group during real-time analysis, and is visualized during post-flight analysis A nonlinear statistic estimation unit for estimating a nonlinear statistic from the time series data group and the first and second surrogate data groups, and a nonlinear statistic estimated from the first and second surrogate data groups during post-flight analysis A data test unit that performs the significance test of the nonlinear statistics estimated from the visualized time-series data group and determines whether or not the extracted time-series data group follows a chaotic dynamical system, and chaos Calculate the difference between the nonlinear statistics and visualization information of the time series data group determined to follow the dynamic system and the nonlinear statistics and visualization information of the past time series data group, and the abnormality of the flying object based on the chaotic dynamic system An abnormal suspicion detection unit that detects a suspicious operation, and a control unit that calculates an embedded dimension of the extracted time-series data group each time the structure of the flying object changes with respect to the data preprocessing unit, Characterized by comprising.

また、請求項2に記載の発明は、コンピュータを、構造可変な飛翔体から送信されるテレメトリデータ群から解析対象となる時系列データ群を切り出すデータ切出手段と、切り出された時系列データ群を埋め込み可能とする相空間の埋め込み次元を算出するデータ前処理手段と、算出された次元を有する相空間に埋め込まれた時系列データ群から可視化情報を算出するデータ可視化処理手段と、切り出された時系列データ群から1次統計量を保存する第1のサロゲートデータ群と2次統計量を保存する第2のサロゲートデータ群とを作成するサロゲートデータ作成手段と、リアルタイム解析時には、可視化された時系列データ群から非線形統計量を推定し、飛行後解析時には、可視化された時系列データ群と第1及び第2のサロゲートデータ群とから非線形統計量を推定する非線形統計量推定手段と、飛行後解析時に、第1及び第2のサロゲートデータ群から推定された非線形統計量を母集団として、可視化された時系列データ群から推定された非線形統計量の有意性検定を行い、切り出された時系列データ群がカオス力学系に従うか否かを判定するデータ検定手段と、カオス力学系に従うと判定された時系列データ群の非線形統計量及び視覚化情報と過去の時系列データ群の非線形統計量及び視覚化情報との差を算出し、カオス力学系に基づく飛翔体の異常疑のある動作を検出する異常疑検出手段と、前記データ前処理手段に対して、飛翔体の構造が変化する度に、切り出された時系列データ群の埋め込み次元を算出させる制御手段と、して機能させることを特徴とする構造可変な飛翔体のテレメトリデータ解析プログラムであることを特徴とする。   According to the second aspect of the present invention, there is provided a data cut-out means for cutting out a time-series data group to be analyzed from a telemetry data group transmitted from a structure-variable flying object, and a cut-out time-series data group. Data preprocessing means for calculating the embedding dimension of the phase space enabling embedding, data visualization processing means for calculating the visualization information from the time-series data group embedded in the phase space having the calculated dimension, and Surrogate data creation means for creating a first surrogate data group for storing primary statistics from a time series data group and a second surrogate data group for storing secondary statistics, and at the time of visualization during real-time analysis Nonlinear statistics are estimated from the series data group, and at the time of post-flight analysis, the visualized time series data group and the first and second surrogate data A non-linear statistic estimation means for estimating a non-linear statistic from the above, and a non-linear statistic estimated from the first and second surrogate data groups at the time of post-flight analysis as a population, estimated from a visualized time series data group Data test means to determine whether the extracted time-series data group follows a chaotic dynamical system, and nonlinear statistics of the time-series data group determined to follow a chaotic dynamical system Calculating the difference between the quantity and visualization information and the nonlinear statistics and visualization information of the past time series data group, and detecting the suspected abnormality detecting means of the flying object based on the chaotic dynamical system, and A variable structure, characterized in that the data preprocessing means functions as a control means for calculating an embedding dimension of the extracted time-series data group whenever the structure of the flying object changes. Characterized in that it is a telemetry data analysis program projectile.

本発明によれば、構造可変な飛翔体からの一見するとランダムのように見えるテレメトリデータの中からカオス力学系に基づく決定論的な要因を系統だって見つけ出すことが可能となるので、従来見過ごされていた可能性のある飛翔体の異常疑のある動作を検出することができるようになる。さらに、この装置を飛行後解析に適用した場合には、既に発生してしまった飛翔体の故障の原因を効率良く特定して、将来発生する可能性のある故障を予測することが可能となるので、次号機以降の飛翔体の設計の改善を行うことができる。   According to the present invention, it is possible to systematically find deterministic factors based on a chaotic dynamical system from telemetry data that appears to be random at first glance from a structure-variable flying object. It is possible to detect a motion of a flying object that may have been suspected of being abnormal. Furthermore, when this device is applied to post-flight analysis, it is possible to efficiently identify the cause of a flying object failure that has already occurred and to predict a failure that may occur in the future. Therefore, it is possible to improve the design of the flying object after the next unit.

本発明の一実施の形態に係るテレメトリデータ解析装置において解析対象となる多段式ロケットからのテレメトリデータを示す図である。It is a figure which shows the telemetry data from the multistage rocket used as the analysis object in the telemetry data analysis apparatus which concerns on one embodiment of this invention. 図1に示した多段式ロケットから観測基地に送られてくるテレメトリデータの特徴を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the telemetry data sent to an observation base from the multistage rocket shown in FIG. 本発明の一実施の形態に係るテレメトリデータ解析装置のブロック図である。1 is a block diagram of a telemetry data analysis apparatus according to an embodiment of the present invention. 図3に示したテレメトリデータ解析装置において行われるテレメトリデータ解析の全体的な流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the whole flow of the telemetry data analysis performed in the telemetry data analysis apparatus shown in FIG. 図4に示したデータの前処理の詳細を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing details of data preprocessing shown in FIG. 4. 図4に示したデータの可視化処理の詳細を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing details of data visualization processing shown in FIG. 4. 図4に示した非線形統計量の推定処理の詳細を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing details of the nonlinear statistic estimation process shown in FIG. 4. 図4に示したサロゲートデータの作成処理の詳細を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing details of surrogate data creation processing shown in FIG. 4. 図4に示した非線形統計量の推定処理の詳細を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing details of the nonlinear statistic estimation process shown in FIG. 4. ロケットからのテレメトリデータを受信する観測基地の主要構成要素を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the main components of the observation base which receives the telemetry data from a rocket.

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施の形態に係る構造可変な飛翔体のテレメトリデータ解析装置及びテレメトリデータ解析プログラムについて説明する。図1は、本発明の一実施の形態に係るテレメトリデータ解析装置1(図3)において解析対象となる多段式ロケットRからのテレメトリデータを示す図である。   Hereinafter, a telemetry data analysis apparatus and a telemetry data analysis program for a variable structure flying object according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing telemetry data from a multistage rocket R to be analyzed in the telemetry data analysis apparatus 1 (FIG. 3) according to an embodiment of the present invention.

[解析対象となるテレメトリデータ]
本発明において解析対象となるのは、図1に示すように、多段式ロケットのような構造可変な飛翔体Rから送信されるテレメトリデータである。多段式ロケットの一例として二段式ロケットについて説明する。本ロケットは、各段R,Rに液体酸素と液体水素によるロケットエンジンを備えた2段式の液体燃料ロケットであり、1段目Rには推力増強のための大型固体ロケットブースタが2本装備されており、2段目Rの先端にペイロードフェアリングで覆われた人工衛星Rを装備している。また、さらに推力を増強するために、1段目に固体補助ロケットが複数本装備される場合もある。
[Telemetry data to be analyzed]
The object of analysis in the present invention is telemetry data transmitted from a structure-variable flying vehicle R such as a multistage rocket as shown in FIG. A two-stage rocket will be described as an example of a multistage rocket. This rocket is a two-stage liquid fuel rocket equipped with a rocket engine with liquid oxygen and liquid hydrogen at each stage R 1 , R 2. The first stage R 1 has a large solid rocket booster for thrust enhancement. 2 is equipped with, are equipped with satellite R 3 covered in the payload fairing of the second stage R 2 tip. In order to further increase the thrust, a plurality of solid auxiliary rockets may be provided in the first stage.

これらのパーツR〜Rにはそれぞれ、飛行中のロケットR(の搭載機器)の状態をチェックするためにテレメータ送信機が装備されており、これらのテレメータ送信機は、パーツR〜Rに装備された各種の搭載機器の状態を表すテレメトリデータ群SG〜SGをそれぞれ地上の観測基地Bへとリアルタイムに送信する。テレメトリデータ群SG〜SGはそれぞれ、N個のテレメトリデータS11〜S1N1,N個のテレメトリデータS21〜S2N2,N個のテレメトリデータS31〜S3N3を含む。これらテレメトリデータ群SG〜SG中のテレメトリデータの個数は、一般にはパーツごと異なっている。なお、搭載機器には非常に様々なものがあるが、通信系、計測系、制御系、タイマ・点火系、電源・管制系、配線系などに関する搭載機器はロケットRの可動に必須である。 Each of these parts R 1 to R 3 is equipped with a telemeter transmitter to check the state of the rocket R in flight (onboard equipment), and these telemeter transmitters are equipped with parts R 1 to R. 3 equipped with various mounting telemetry data group SG 1 to SG 3 representing the state of the device, respectively sent to ground research station B in real time. Each telemetry data groups SG 1 to SG 3, including N 1 pieces of telemetry data S 11 ~S 1N1, N 2 pieces of telemetry data S 21 ~S 2N2, N 3 pieces of telemetry data S 31 to S 3N3. The number of telemetry data in these telemetry data groups SG 1 to SG 3 is generally different for each part. Although there are a great variety of on-board equipment, the on-board equipment related to the communication system, measurement system, control system, timer / ignition system, power source / control system, wiring system, etc. is essential for the movement of the rocket R.

パーツR,Rは、ロケットRの飛行中に下から順に作動し、ロケットRが必要な速度に達するための推力を出し終わったら順次本体から切り離されていき、最終的には、人工衛星Rのみが地球の周回軌道上に投入される。このようなロケットRからのパーツR,Rの切り離しに応じて、観測基地Bに送信されてくるテレメトリデータは、図2に示すように時間的に変化する。図2は、図1に示した多段式ロケットRから観測基地Bに送られてくるテレメトリデータの特徴を示す図である。時刻tにてロケットRが打ち上げられ、時刻tにてパーツRが品体から切り離されると、時刻t以降、パーツRから観測基地Bに送信されていたテレメトリデータ群SGは送信されなくなる。次いで、時刻tにてパーツRが本体から切り離されると、時刻t以降、パーツRから観測基地Bに送信されていたテレメトリデータ群SGは送信されなくなる。そして、最終的には、それ以降(現時刻t)、周回軌道に投入された人工衛星Rからのテレメトリデータ群SGのみが観測基地Bに送信され続けることになる。つまり、多段式ロケットRのような構造可変な飛翔体から送信されるテレメトリデータは、観測基地Bから送信されるコマンドに応じて当該飛翔体の構造が変化する度に、観測基地Bにて受信されるテレメトリデータ数が変化することを特徴としている。 The parts R 1 and R 2 operate in order from the bottom during the flight of the rocket R, and when the rocket R finishes producing thrust to reach the required speed, it is separated from the main body one after another. only R 3 is turned on orbit the earth. According to such separation of the parts R 1 and R 2 from the rocket R, the telemetry data transmitted to the observation base B changes with time as shown in FIG. FIG. 2 is a diagram showing the characteristics of the telemetry data sent from the multistage rocket R shown in FIG. Rocket R was launched at time t 0, when the parts R 1 at time t 1 is disconnected from the article body, after time t 1, telemetry data group SG 1 that has been transmitted from the part R 1 in the observation base B is It will not be sent. Then, the part R 2 at time t 2 is once disconnected from the body, the time t 2 later, telemetry data group SG 2, which has been transmitted from the part R 2 observations base B will not be transmitted. Finally, after that (current time t 3 ), only the telemetry data group SG 3 from the artificial satellite R 0 put into the orbit is continuously transmitted to the observation base B. That is, telemetry data transmitted from a structure-variable flying object such as the multistage rocket R is received at the observation base B every time the structure of the flying object changes according to a command transmitted from the observation base B. It is characterized in that the number of telemetry data to be changed changes.

[解析装置の構成]
次に、本発明の一実施の形態に係るテレメトリデータ解析装置1の構成について説明する。図3は、本発明の一実施の形態に係るテレメトリデータ解析装置1のブロック図である。テレメトリデータ解析装置1は、データ受信部10と、データ切出部20と、データ前処理部30と、データ可視化処理部40と、非線形統計量推定部50と、サロゲートデータ作成部60と、データ検定部70と、異常疑検出部80と、データ送信部90と、入力部100と、記憶部110と、制御部120とを備えている。
[Configuration of analyzer]
Next, the configuration of the telemetry data analysis apparatus 1 according to one embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a block diagram of the telemetry data analysis apparatus 1 according to the embodiment of the present invention. The telemetry data analysis apparatus 1 includes a data reception unit 10, a data extraction unit 20, a data preprocessing unit 30, a data visualization processing unit 40, a nonlinear statistic estimation unit 50, a surrogate data creation unit 60, a data The verification unit 70, the suspected abnormality detection unit 80, the data transmission unit 90, the input unit 100, the storage unit 110, and the control unit 120 are provided.

データ受信部10は、観測基地B(アンテナA〜A)にて受信され、信号復調変換装置D(D〜D)にて復調されA/D変換等が行われたテレメトリデータ群を受信する。 The data receiving unit 10 is a telemetry data group received at the observation base B (antennas A 1 to A N ), demodulated by the signal demodulation conversion device D (D 1 to D N ), and subjected to A / D conversion and the like. Receive.

データ切出部20は、データ受信部10にて受信したテレメトリデータ群からテレメトリデータ解析を実施する時間領域の時系列データ群を切り出す処理を行う。   The data cutout unit 20 performs a process of cutting out a time-series data group in the time domain for performing telemetry data analysis from the telemetry data group received by the data receiving unit 10.

データ前処理部30は、データ切出部20にて切り出された時系列データ群が一次元の時系列データ群であった場合には、誤り近傍点法によって当該時系列データ群が描く軌道を埋め込み可能とする相空間Hの次元(埋め込み次元)mを算出する処理を行い、切り出された時系列データ群が多次元であった場合には、その次元nを当該時系列データ群の埋め込み次元として設定する処理を行う。   When the time-series data group cut out by the data cut-out section 20 is a one-dimensional time-series data group, the data preprocessing section 30 follows the trajectory drawn by the time-series data group by the error neighborhood point method. When the process of calculating the dimension (embedding dimension) m of the phase space H that can be embedded is performed and the extracted time-series data group is multi-dimensional, the dimension n is set as the embedding dimension of the time-series data group. Process to set as.

データ可視化処理部40は、データ前処理部30にて算出された埋め込み次元を有する高次元相空間H中の2点間の距離を規定する所定のノルムに基づき時系列データ群を二値化して視覚化するリカレンスプロットと、高次元相空間H中の2点における方向ベクトル間のばらつき具合を評価するノルムに基づき時系列データ群を二値可して視覚化する同方向性リカレンスプロットと、これら2つのプロットの結果に基づき同方向的近傍プロットを行い、同方向的近傍プロットの結果に基づき時系列データ群が決定論的な法則に従っているか否かを判断する処理を行う。   The data visualization processing unit 40 binarizes the time series data group based on a predetermined norm that defines the distance between two points in the high-dimensional phase space H having the embedded dimension calculated by the data preprocessing unit 30. A recurrence plot to be visualized, and a unidirectional recurrence plot to visualize the binary data of a time series data based on a norm for evaluating the degree of variation between direction vectors at two points in the high-dimensional phase space H Based on the results of these two plots, a directional neighborhood plot is performed, and based on the results of the directional neighborhood plot, processing is performed to determine whether the time-series data group conforms to a deterministic law.

非線形統計量推定部50は、切り出された時系列データ群の非線形統計量として、GP(Grassberger−Procaccia)法によって当該の時系列データ群からフラクタル次元の1つである相関次元Dcを推定し、また、この時系列データ群からリャプノフスペクトル及びリャプノフ指数を推定する処理を行う。   The nonlinear statistic estimation unit 50 estimates a correlation dimension Dc, which is one of the fractal dimensions, from the time series data group by a GP (Grassberger-Proccia) method as a nonlinear statistic of the extracted time series data group, Further, processing for estimating the Lyapunov spectrum and the Lyapunov exponent from the time series data group is performed.

サロゲートデータ作成部60は、本データ解析がリアルタイム解析ではなく飛行後解析である場合に、切り出された時系列データ群からRS(Random Shuffle)法にて1次統計量を保存するRSサロゲートデータを作成すると共に、FT(Fourier Transform)法にて2次統計量を保存するFTサロゲートデータを作成する処理を行う。   The surrogate data creation unit 60 generates RS surrogate data for storing primary statistics from the extracted time-series data group by the RS (Random Shuffle) method when the data analysis is not real-time analysis but post-flight analysis. At the same time, the FT (Fourier Transform) method is used to create FT surrogate data for storing secondary statistics.

なお、非線形統計量推定部50は、サロゲートデータの非線形統計量として、サロゲートデータ作成部60にて作成されたFTサロゲートデータとRSサロゲートデータに対しても、GP法によってフラクタル次元の1つである相関次元Dcを推定し、また、これらのサロゲートデータからリャプノフスペクトル及びリャプノフ指数を推定する処理も行う。   Note that the nonlinear statistic estimation unit 50 is one of the fractal dimensions by the GP method for the FT surrogate data and the RS surrogate data created by the surrogate data creation unit 60 as the nonlinear statistic of the surrogate data. The correlation dimension Dc is estimated, and the Lyapunov spectrum and Lyapunov exponent are estimated from these surrogate data.

データ検定部70は、切り出された時系列データ群から推定された非線形統計量と各サロゲートデータから推定された非線形統計量とをモンテカルロ有意性検定により比較して、当該の時系列データ群がカオス的な決定論に従うか否かを判断する処理を行う。   The data test unit 70 compares the nonlinear statistics estimated from the extracted time series data group and the nonlinear statistics estimated from each surrogate data by the Monte Carlo significance test, and the time series data group is chaotic. To determine whether or not to follow general determinism.

異常疑検出部80は、データ検定部70にてカオス的な決定論に従うと判断された時系列データ群を、後述する記憶部110から読み出された過去の時系列データ群の非線形統計量(フラクタル次元、リャプノフスペクトルなど)や可視化データ(リカレンスプロット、相空間中のアトラクタ軌道など)と比較して、その差を求めることにより、ロケットRの異常疑のある動作を検出する処理を行う。   The suspected abnormality detection unit 80 uses a non-linear statistic of a past time series data group read from the storage unit 110 (to be described later) as a time series data group determined by the data verification unit 70 to follow chaotic determinism ( Compared with fractal dimensions, Lyapunov spectrum, etc.) and visualization data (recurrence plot, attractor trajectory in phase space, etc.), a process for detecting a suspicious operation of the rocket R is performed by obtaining the difference.

データ送信部90は、データ切出部20、データ前処理部30、データ可視化処理部40、非線形統計量推定部50、サロゲートデータ作成部60、データ検定部70、及び異常疑検出部80にて得られたデータを記憶部110へと送信したり、また、必要に応じて、これらのデータを観測基地Bの表示装置Pに送信したりする。   The data transmission unit 90 includes a data extraction unit 20, a data preprocessing unit 30, a data visualization processing unit 40, a nonlinear statistic estimation unit 50, a surrogate data creation unit 60, a data verification unit 70, and a suspected abnormality detection unit 80. The obtained data is transmitted to the storage unit 110 and, if necessary, these data are transmitted to the display device P of the observation base B.

なお、データ受信部10、データ切出部20、データ前処理部30、データ可視化処理部40、非線形統計量推定部50、サロゲートデータ作成部60、データ検定部70、及び異常疑検出部80、データ送信部90は、本実施の形態に係るテレメトリデータ解析装置1の主要部であるテレメトリデータ解析部1Aを構成している。   In addition, the data receiving unit 10, the data extracting unit 20, the data preprocessing unit 30, the data visualization processing unit 40, the nonlinear statistic estimation unit 50, the surrogate data creation unit 60, the data verification unit 70, and the abnormality suspect detection unit 80, The data transmitter 90 constitutes a telemetry data analyzer 1A that is a main part of the telemetry data analyzer 1 according to the present embodiment.

また、入力部100は、テレメトリデータ解析部1Aにおける上記の処理を行う上で必要となるパラメータ(詳細は後述)の入力をユーザーに促す。   In addition, the input unit 100 prompts the user to input parameters (details will be described later) necessary for performing the above-described processing in the telemetry data analysis unit 1A.

記憶部110は、テレメトリデータ解析部1Aにおける上記の処理にて得られた各種データの格納を行うサブメモリと、上記の処理の各ステップ(後述)を実行するためのコンピュータに読み取り可能なプログラムを格納するメインメモリとから構成される。記憶手段110は、RAM(Random Accesss Memory)やROM(Read Only Memory)などから構成される。さらに、記憶部110のサブメモリとメインメモリとを別体として構成してもよい。   The storage unit 110 stores a sub-memory for storing various data obtained by the above processing in the telemetry data analysis unit 1A, and a computer-readable program for executing each step (described later) of the above processing. And main memory for storing. The storage unit 110 includes a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), and the like. Furthermore, the sub memory and the main memory of the storage unit 110 may be configured separately.

制御部120は、記憶部110から読み出したプログラムに従って、テレメトリデータ解析部1Aの各動作を制御するCPU(Central Processing Unit)を備える。特に、制御部120は、飛翔体Rの構造が変化する度に、切り出された時系列データ群の埋め込み次元を算出させるようにデータ前処理部30を制御する点に特徴を有する。   The control unit 120 includes a CPU (Central Processing Unit) that controls each operation of the telemetry data analysis unit 1A according to a program read from the storage unit 110. In particular, the control unit 120 is characterized in that the data preprocessing unit 30 is controlled to calculate the embedding dimension of the extracted time-series data group every time the structure of the flying object R changes.

本実施の形態では、テレメトリデータ解析装置1を、テレメトリデータ解析部1Aと、入力部100、記憶部110、及び制御部120とを一体化した構成としたが、記憶部110を独立した記憶装置としてテレメトリデータ解析部1A、入力部100、制御部120から切り離した構成としてもよい。また、テレメトリデータ解析部1Aからデータ受送信のインターフェースであるデータ受信部10及びデータ送信部90を取り除いた構成をもってテレメトリデータ解析部1Bとしてもよい。   In the present embodiment, the telemetry data analysis device 1 is configured by integrating the telemetry data analysis unit 1A, the input unit 100, the storage unit 110, and the control unit 120. However, the storage unit 110 is an independent storage device. The telemetry data analyzing unit 1A, the input unit 100, and the control unit 120 may be separated from each other. Alternatively, the telemetry data analysis unit 1B may have a configuration in which the data reception unit 10 and the data transmission unit 90, which are data transmission / reception interfaces, are removed from the telemetry data analysis unit 1A.

ここで、コンピュータとは、構造化された入力を所定の規則に従って処理し、処理した結果を構造化して出力する装置のことを指し、例えば、汎用コンピュータ、スーパーコンピュータ、メインフレーム、ワークステーション、マイクロコンピュータ、サーバ等が含まれる。また、通信ネットワーク(例えば、イントラネット、ローカルエリアネットワーク(LAN)、ワイドエリアネットワーク(WAN)、及びこれらの組み合わせから成る通信ネットワーク)を介して接続された2つ以上のコンピュータから成る構成(例えば、分散コンピュータシステム)であってもよい。   Here, a computer refers to a device that processes structured input in accordance with a predetermined rule and outputs the processed result in a structured manner, for example, a general-purpose computer, a supercomputer, a mainframe, a workstation, a micro computer. Computers, servers, etc. are included. In addition, a configuration (for example, distributed) composed of two or more computers connected via a communication network (for example, a communication network including an intranet, a local area network (LAN), a wide area network (WAN), and a combination thereof). Computer system).

[データ解析方法]
次に、テレメトリデータ解析装置1において行われるテレメトリデータ解析の全体的な流れについて説明する。図4は、図3に示したテレメトリデータ解析装置において行われるテレメトリデータ解析の全体的な流れを示すフローチャートである。
[Data analysis method]
Next, an overall flow of telemetry data analysis performed in the telemetry data analysis apparatus 1 will be described. FIG. 4 is a flowchart showing an overall flow of telemetry data analysis performed in the telemetry data analysis apparatus shown in FIG.

データ受信部10が観測基地Bの信号復調変換装置D(D〜D)からテレメトリデータ群を受け取ると、制御部120は、記憶部110に格納されたプログラムに従い、テレメトリデータ解析部1Aの各部が以下に示す処理を行うように各部を制御する。 When the data receiving unit 10 receives the telemetry data group from the signal demodulation conversion device D (D 1 to D N ) of the observation base B, the control unit 120 performs the telemetry data analysis unit 1A of the telemetry data analysis unit 1A according to the program stored in the storage unit 110. Each unit is controlled so that each unit performs the following processing.

ステップS10において、データ切出部20は、データ受信部10にて受信したテレメトリデータ群を読み込み、ステップS20において、読み込んだテレメトリデータ群からデータ解析を実施する時間領域の時系列データ群を切り出す処理を行う。その際、制御部120は、ユーザーに対して、入力部100からこの時間領域を入力するように促す。   In step S10, the data extraction unit 20 reads the telemetry data group received by the data reception unit 10, and in step S20, extracts the time-series time series data group for performing data analysis from the read telemetry data group. I do. At that time, the control unit 120 prompts the user to input this time region from the input unit 100.

ステップS30において、制御部120は、データ切出部20にて切り出された時系列データ群が一次元の時系列データ群か否かを判断し、一次元の時系列データ群であると判断した場合には、データ前処理部30に対して、誤り近傍点法によって当該時系列データ群を埋め込み可能とする相空間の次元(埋め込み次元)mを算出する処理を行わせ、切り出された時系列データ群が多次元であった場合には、その次元nを当該時系列データ群の埋め込み次元として設定する処理を行わせる。ここで、切り出された時系列データ群が何次元の時系列データ群であるかは飛翔体Rの構造の変化に依存する。従って、制御部120は、多段式ロケットにおいて各段が切り離されるなど飛翔体Rの構造が変化する度に、切り出された時系列データ群の埋め込み次元を算出させる(又は、切替える)ようにデータ前処理部30を制御する。   In step S30, the control unit 120 determines whether or not the time series data group extracted by the data extraction unit 20 is a one-dimensional time series data group, and determines that the time series data group is a one-dimensional time series data group. In this case, the data preprocessing unit 30 is caused to perform a process of calculating the dimension (embedding dimension) m of the phase space that can embed the time series data group by the error neighborhood point method, and the extracted time series If the data group is multi-dimensional, a process of setting the dimension n as an embedding dimension of the time series data group is performed. Here, the dimension of the time-series data group of the extracted time-series data group depends on the change in the structure of the flying object R. Therefore, the control unit 120 calculates the embedded dimension of the extracted time-series data group every time the structure of the flying object R changes, such as when each stage is disconnected in the multistage rocket. The processing unit 30 is controlled.

図5は、この埋め込み次元の設定処理の詳細を示すフローチャートである。データ切出部20にて切り出された時系列データ群が一次元の時系列データ群x(t)であった場合、ステップS41にて、制御部120は、ユーザーに入力部100から遅れ時間τの入力を促し、データ前処理部30に対して、入力された遅れ時間τに対してm次元相空間Hを構成させる。このとき、切り出された時系列データ群の軌跡上の点は、構成されたm次元相空間Hにおいて、

Figure 0005359738
FIG. 5 is a flowchart showing details of the setting process of the embedding dimension. When the time-series data group cut out by the data cut-out unit 20 is the one-dimensional time-series data group x (t), the control unit 120 sends a delay time τ from the input unit 100 to the user in step S41. And the data preprocessing unit 30 is configured to form an m-dimensional phase space H for the input delay time τ. At this time, a point on the trajectory of the extracted time-series data group is the m-dimensional phase space H configured,
Figure 0005359738

と表される。また、制御部120は、m次元相空間Hにおける時系列データ群の軌跡y(t)を別途、観測基地Bの表示装置Pに表示させる。 It is expressed. Further, the control unit 120 separately displays the trajectory y m (t) of the time series data group in the m-dimensional phase space H on the display device P of the observation base B.

このとき、適当な遅れ時間τを設定しないと、m次元相空間Hにおける時系列データ群の軌跡がアトラクタに漸近するのかどうかの判断がつかないことになる。具体的には、遅れ時間τが小さすぎると相関が大きくなりすぎて、時系列データ群の軌跡がm次元相空間内の各象限の対角線上につぶれた形となる一方、遅れ時間τが大きすぎると相関が小さくなりすぎて、時系列データ群の軌跡はm次元相空間内においてランダムな軌跡を描くことになる。それゆえ、制御部120は、ユーザーに対して、表示装置Pに表示されたm次元相空間中の時系列データ群の軌跡y(t)の画像をチェックさせて、入力部100から適当な遅れ時間τを入力するように促す。 At this time, unless an appropriate delay time τ is set, it is impossible to determine whether or not the trajectory of the time-series data group in the m-dimensional phase space H is asymptotic to the attractor. Specifically, if the delay time τ is too small, the correlation becomes too large, and the trajectory of the time series data group is collapsed on the diagonal line of each quadrant in the m-dimensional phase space, while the delay time τ is large. If too much, the correlation becomes too small, and the trajectory of the time series data group draws a random trajectory in the m-dimensional phase space. Therefore, the control unit 120 causes the user to check the image of the trajectory y m (t) of the time-series data group in the m-dimensional phase space displayed on the display device P, and selects an appropriate value from the input unit 100. Prompt to enter the delay time τ.

次に、ステップS42において、データ前処理部30は、誤り近傍点法により最も低い埋め込み次元を求めて、それを当該相空間Hの次元mとして設定する。まず、データ前処理部30は、式(1)で表されるm次元相空間Hにおける切り出された時系列データ群の軌跡上の点y(t)の最近傍点

Figure 0005359738
Next, in step S <b> 42, the data preprocessing unit 30 obtains the lowest embedding dimension by the error neighborhood method and sets it as the dimension m of the phase space H. First, the data preprocessing unit 30 is the nearest point of the point y m (t) on the locus of the time-series data group cut out in the m-dimensional phase space H represented by the equation (1).
Figure 0005359738

をヒープソートによって算出させる。ここで、n(t,m)は最近傍点のインデックスである。そして、データ前処理部30は、m次元相空間Hでの2点間処理とm+1次元相空間での2点間距離との比

Figure 0005359738
Is calculated by heap sort. Here, n (t, m) is an index of the nearest point. The data preprocessing unit 30 then calculates the ratio between the point-to-point processing in the m-dimensional phase space H and the point-to-point distance in the m + 1-dimensional phase space.
Figure 0005359738

を計算する。ここで、分子、分母共に距離はユークリッドノルムで規定している。そして、データ前処理部30は、全データ点数N(t=0,1,・・・,N)に対するaの平均値

Figure 0005359738
Calculate Here, the distance is defined by the Euclidean norm for both the numerator and denominator. The data preprocessing unit 30 then calculates the average value of a for all data points N (t = 0, 1,..., N).
Figure 0005359738

を算出し、相空間の次元をm次元からm+1次元に変化させたときの変化率の指標

Figure 0005359738
And the index of the rate of change when the phase space dimension is changed from m dimension to m + 1 dimension
Figure 0005359738

を算出する。 Is calculated.

次に、ステップS43において、データ前処理部30は、次元mを増加させて式(5)の値を計算させ、その値が収束するか否かを判定させる。切り出された時系列データ群が何らかの決定論的な法則に従っている場合には、式(5)の値は収束するので、データ前処理部30は、閾値内まで式(5)の値が変化しなくなったときのmの値を埋め込み可能な最低次元として設定する。この閾値は、制御部120が、ユーザーに対して、入力部100から設定するように促す。   Next, in step S43, the data preprocessing unit 30 increases the dimension m to calculate the value of Expression (5), and determines whether or not the value converges. When the extracted time-series data group conforms to some deterministic law, the value of Equation (5) converges, so that the data preprocessing unit 30 changes the value of Equation (5) to within the threshold value. The value of m when it disappears is set as the lowest dimension that can be embedded. This threshold value prompts the control unit 120 to set it from the input unit 100 to the user.

そして、ステップS44において、データ前処理部30は、設定された埋め込み次元mの相空間Hに切り出された時系列データ群を埋め込む処理を行う。   In step S44, the data preprocessing unit 30 performs a process of embedding the time-series data group cut out in the phase space H of the set embedding dimension m.

また、ステップS30において、制御部120は、データ切出部20にて切り出された時系列データ群が多次元の時系列データ群であると判断した場合には、データ前処理部30に対して、その次元nを当該時系列データ群の埋め込み次元として設定させる。   In step S30, if the control unit 120 determines that the time-series data group cut out by the data cut-out unit 20 is a multi-dimensional time-series data group, the control unit 120 performs the data pre-processing unit 30. The dimension n is set as the embedding dimension of the time series data group.

また、ステップS43において、収束解が見つからなかった場合には、ステップS45において、制御部120は、ユーザーに入力部100から適当な埋め込み次元mを設定するように促した後に、ステップS44の処理を行わせる。   If no convergence solution is found in step S43, the control unit 120 prompts the user to set an appropriate embedding dimension m from the input unit 100 in step S45, and then performs the process in step S44. Let it be done.

次に、ステップS50において、データ可視化処理部40は、切り出された時系列データ群を表示装置Pに表示させることを可能とするための可視化処理を行わせる。   Next, in step S50, the data visualization processing unit 40 performs a visualization process for enabling the display device P to display the extracted time-series data group.

図6は、この可視化処理の詳細を示すフローチャートである。まず、ステップS51において、データ可視化処理部40は、データ前処理部30にて算出された埋め込み次元(m又はn:以降では、仮にmとする)を有する高次元相空間Hにおける切り出された時系列データ群の軌跡上のの2点y(i),y(j)間の距離

Figure 0005359738
FIG. 6 is a flowchart showing details of this visualization processing. First, in step S51, when the data visualization processing unit 40 is cut out in the high-dimensional phase space H having the embedding dimension calculated by the data preprocessing unit 30 (m or n: hereinafter, it is assumed to be m). Distance between two points y m (i) and y m (j) on the locus of the series data group
Figure 0005359738

をi,jの全ての組(i,j)に対して算出する。ここで、2点間距離はユークリッドノルムにて規定している。また、i及びjは共に、切り出された時系列データ群における時間のインデックスである。 Are calculated for all pairs (i, j) of i and j. Here, the distance between the two points is defined by the Euclidean norm. Both i and j are time indexes in the extracted time-series data group.

ここで、制御部120は、ユーザーに対して、入力部100から、切り出された時系列データ群を二値化してリカレンスプロットにて視覚化するための閾値Thを入力するように促す。次に、データ可視化処理部40は、式(6)で算出されたDijを入力された閾値Thに基づき二値化する。その際、Dijが閾値以下の点(i,j)をTrue,閾値以上の点(i,j)をFalseとする。また、制御部120は、データ可視化処理部40にて二値化された時系列データ群をリカレンスプロットとして表示装置Pに表示させるために、式(6)で算出されたDij(i,j=0,1,・・・,N−1)をデータ送信部90を介して表示装置Pへと送信することもできる。 Here, the control unit 120, the user prompts from the input unit 100, the cut-out time series data group to enter the threshold value Th 1 for visualizing by binarization to recurrence plots. Next, the data visualization processing unit 40 binarizes D ij calculated by Expression (6) based on the input threshold Th 1 . At this time, a point (i, j) where D ij is equal to or smaller than a threshold value is set to True, and a point (i, j) equal to or higher than the threshold value is set to False. In addition, the control unit 120 displays the time series data group binarized by the data visualization processing unit 40 on the display device P as a recurrence plot on D ij (i, i, i, j = 0, 1,..., N−1) can be transmitted to the display device P via the data transmission unit 90.

次に、ステップS52において、データ可視化処理部40は、m次元相空間Hにおける切り出された時系列データ群の軌跡上の2点y(i),y(j)における方向ベクトル

Figure 0005359738
Next, in step S <b> 52, the data visualization processing unit 40 determines the direction vectors at two points y m (i) and y m (j) on the trajectory of the extracted time-series data group in the m-dimensional phase space H.
Figure 0005359738

間のばらつき具合を評価するために、

Figure 0005359738
In order to evaluate the variation between
Figure 0005359738

を算出する。 Is calculated.

ここで、制御部120は、ユーザーに対して、入力部100から、切り出された時系列データ群を二値化して同方向リカレンスプロットにて視覚化するための閾値Th及び式(7),(8)におけるパラメータ(微小な時間差)Δを入力するように促す。次に、データ可視化処理部40は、式(8)で算出されたDVijを入力された閾値Thに基づき二値化する。その際、DVijが閾値以下の点(i,j)をTrue,閾値以上の点(i,j)をFalseとする。また、制御部120は、データ可視化処理部40にて二値化された時系列データ群を同方向リカレンスプロットとして表示装置Pに表示させるために、式(8)で算出されたDVij(i,j=0,1,・・・,N−1)をデータ送信部90を介して表示装置Pへと送信することもできる。 Here, the control unit 120 provides the user with a threshold Th 2 for binarizing the time-series data group cut out from the input unit 100 and visualizing it in the same-direction recurrence plot, and Expression (7). , (8) is prompted to input the parameter (minute time difference) Δ. Next, the data visualization processing unit 40 binarizes based on the threshold Th 2 input the DV ij calculated by Equation (8). At this time, a point (i, j) where DV ij is equal to or smaller than a threshold value is set to True, and a point (i, j) equal to or higher than the threshold value is set to False. Further, the control unit 120 displays DV ij (2) calculated by Expression (8) in order to display the time series data group binarized by the data visualization processing unit 40 on the display device P as the same direction recurrence plot. i, j = 0, 1,..., N−1) can be transmitted to the display device P via the data transmission unit 90.

次に、ステップS53において、データ可視化処理部40は、式(6)で算出されたDij=(True、又はFalse)と式(8)で算出されたDVij=(True、又はFalse)との論理積

Figure 0005359738
Next, in step S53, the data visualization processing unit 40 determines that D ij = (True or False) calculated by Expression (6) and DV ij = (True or False) calculated by Expression (8). AND of
Figure 0005359738

を計算する。このIDNPも、True又はFalseの2値を取る。 Calculate This IDNP also takes a binary value of True or False.

次に、ステップS60において、データ可視化処理部40は、

Figure 0005359738
Next, in step S60, the data visualization processing unit 40
Figure 0005359738

を算出し、算出されたRの値が1に近い場合には、切り出された時系列データ群は決定論的な法則に従うものと判断し、ステップS70の処理に移り、そうでない場合には、切り出された時系列データ群は非決定論的であると判断して、本データ解析を終了する。ここで、制御部120は、ユーザーに対して、入力部100から、Rの値が1に近いかどうかの判断基準となる閾値を入力するように促す。 If the calculated value of R is close to 1, it is determined that the extracted time-series data group follows a deterministic law, and the process proceeds to step S70. Otherwise, The extracted time-series data group is determined to be non-deterministic, and the data analysis ends. Here, the control unit 120 prompts the user to input from the input unit 100 a threshold value that is a criterion for determining whether or not the value of R is close to 1.

次に、ステップS70において、制御部120は、本データ解析がリアルタイム解析であるか否かを判断し、リアルタイム解析であると判断した場合には、ステップS80において、制御部120は、非線形統計量推定部50に対して、切り出された時系列データ群の非線形統計量を推定させる。   Next, in step S70, the control unit 120 determines whether or not the data analysis is real-time analysis. If the control unit 120 determines that the data analysis is real-time analysis, in step S80, the control unit 120 The estimation unit 50 is caused to estimate nonlinear statistics of the extracted time series data group.

図7は、この非線形統計量の算出処理の詳細を示すフローチャートである。まず、ステップS81において、非線形統計量推定部50は、GP法によって切り出された時系列データ群からフラクタル次元の1つである相関次元Dcを推定する。具体的には、非線形量推定部50は、

Figure 0005359738
FIG. 7 is a flowchart showing details of the nonlinear statistic calculation process. First, in step S81, the nonlinear statistic estimation unit 50 estimates a correlation dimension Dc, which is one of the fractal dimensions, from the time-series data group cut out by the GP method. Specifically, the nonlinear quantity estimation unit 50
Figure 0005359738

を算出する。ここで、Iはヘビサイド関数

Figure 0005359738
Is calculated. Where I is the snake side function
Figure 0005359738

である。C(r)は相関積分と呼ばれる量であり、定性的には、m次元相空間Hにおける切り取られた時系列データ群の軌跡上の点y(i)を中心とした半径rのm次元超球内に入る点y(j)の数をカウントして、その全データ点数Nに対する割合を計算するということを軌跡上の全点y(i)に対して行い、その平均を取ったものである。 It is. C m (r) is a quantity called a correlation integral, and qualitatively, m of radius r centering on a point y m (i) on the locus of the cut time series data group in the m-dimensional phase space H. Counting the number of points y m (j) entering the dimensional hypersphere and calculating the ratio to the total number of data points N is performed for all points y m (i) on the trajectory, and the average is calculated. It was taken.

次に、非線形統計量推定部50は、半径rの適当な範囲に対して、

Figure 0005359738
Next, the nonlinear statistic estimation unit 50 calculates the appropriate range of the radius r.
Figure 0005359738

を満たす次元d(m)を埋め込み次元mごとに算出する。具体的には、式(13)を対数グラフにプロットした際にその傾斜が一定となるlogrの領域におけるグラフの傾きを算出する。ここで、傾斜が一定であるとは、1ディケード(対数周波数軸で10倍になる区間)以上に亘って傾斜の変動がある閾値以内である場合をいう。そこで、この際に、制御部120は、ユーザーに対して、入力部100から、この閾値を入力するように促す。そして、非線形統計量推定部50は、埋め込み次元mの変化に伴う収束先の傾斜をDcとして算出し、このDcが、条件

Figure 0005359738
A dimension d (m) that satisfies the above is calculated for each embedding dimension m. Specifically, when the equation (13) is plotted on a logarithmic graph, the slope of the graph in the logr region where the slope is constant is calculated. Here, the constant inclination means a case where the inclination variation is within a certain threshold over one decade (a section that is 10 times on the logarithmic frequency axis) or more. Therefore, at this time, the control unit 120 prompts the user to input this threshold value from the input unit 100. Then, the nonlinear statistic estimation unit 50 calculates the convergence destination slope accompanying the change in the embedding dimension m as Dc, and this Dc is the condition.
Figure 0005359738

を満たすか否かを判定する。この条件を満たす場合、非線形統計量推定部50は、Dcを相関次元として推定する。一方、この条件を満たさない場合には、制御部120は、ユーザーに表示装置Pを介して、データ点数を増やし、本データ解析を再度実行するように通知する。 It is determined whether or not the above is satisfied. When this condition is satisfied, the nonlinear statistic estimation unit 50 estimates Dc as the correlation dimension. On the other hand, when this condition is not satisfied, the control unit 120 notifies the user via the display device P that the number of data points is increased and this data analysis is executed again.

次に、ステップS82において、非線形統計量推定部50は、切り出された時系列データ群からリャプノフスペクトル及びリャプノフ次元を推定する処理を行う。   Next, in step S82, the nonlinear statistic estimation unit 50 performs processing for estimating the Lyapunov spectrum and the Lyapunov dimension from the extracted time-series data group.

まず、非線形統計量推定部50は、m次元相空間Hにおける切り出された時系列データ群の軌道上にN個あるデータ点数の各点y(t)(t=0,1,・・・,N−1)を中心とするM個の近傍点y(k)(i=1,2,・・・,M)を含むm次元超球を考え、次の微小変位ベクトル

Figure 0005359738
First, the nonlinear statistic estimation unit 50 obtains each point y m (t) (t = 0, 1,...) Of N data points on the trajectory of the time-series data group cut out in the m-dimensional phase space H. , N−1), and consider an m-dimensional hypersphere including M neighboring points y m (k i ) (i = 1, 2,..., M).
Figure 0005359738


Figure 0005359738
But
Figure 0005359738

を満たすm×m行列Jを算出する処理を行う。ここで、sは単位ステップ時間を表す。そのため、まず、制御部120は、ユーザーに対して、入力部100から、超球内に含まれる軌道上の近傍点y(k)の個数Mを入力するように促す。なお、近傍点y(k)(i=1,2,・・・,M)について、制御部120は、ステップS61にて算出されたDijをヒープソートアルゴリズムにて昇順にソーティングして、インデックスを呼び出す処理を行う。 Processing for calculating the m × m matrix J t satisfying. Here, s represents a unit step time. Therefore, first, the control unit 120 prompts the user to input, from the input unit 100, the number M of neighboring points y m (k i ) on the trajectory included in the hypersphere. Note that for the neighboring points y m (k i ) (i = 1, 2,..., M), the control unit 120 sorts D ij calculated in step S61 in ascending order using the heap sort algorithm, Performs processing to call the index.

次に、非線形統計量推定部50は、時刻t=0に対して、

Figure 0005359738
Next, the nonlinear statistic estimation unit 50 performs the operation at time t = 0.
Figure 0005359738

を算出する。ここで、εik及びεilはそれぞれ、式(15)の微小変位ベクトルε(i=1,2,・・・,M)の第k及び第l成分である。また、wkl及びcklはそれぞれ、

Figure 0005359738
Is calculated. Here, ε ik and ε il are the k-th and l-th components of the minute displacement vector ε i (i = 1, 2,..., M) of Expression (15), respectively. Also, w kl and c kl are respectively
Figure 0005359738

を満たすm×m行列の成分であり、W及びCはそれぞれ、分散行列及び共分散行列である。ちなみに、式(18)は、

Figure 0005359738
The components of the m × m matrix satisfying the above, W and C are the variance matrix and the covariance matrix, respectively. Incidentally, equation (18) is
Figure 0005359738

を最小にするための極小条件

Figure 0005359738
Minimal condition to minimize
Figure 0005359738

から得られる関係式である。 Is a relational expression obtained from

そして、非線形統計量推定部50は、算出された式(17)を用いて式(18)の右辺をLU分解法により解き、軌道上の点y(t)(t=0)におけるJを近似的なヤコビ行列として算出する。このとき、M≧mで縮退がなければ、ヤコビ行列Jを一意に算出することができる。そして、非線形統計量推定部50は、この処理を全部のデータ点列に対して行う(すなわち、N回繰り返す)ことによって、N個のヤコビ行列J(t=0,1,・・・,N−1)を算出する。 Then, the nonlinear statistic estimation unit 50 solves the right side of the equation (18) by the LU decomposition method using the calculated equation (17), and the J t at the point y m (t) (t = 0) on the orbit. Is calculated as an approximate Jacobian matrix. At this time, if there is no degeneracy with M ≧ m, the Jacobian matrix J t can be calculated uniquely. Then, the nonlinear statistic estimation unit 50 performs this process on all data point sequences (that is, repeats N times), so that N Jacobian matrices J t (t = 0, 1,... N-1) is calculated.

次に、非線形統計量推定部50は、予め用意されたm次元の正規直交基底

Figure 0005359738
Next, the nonlinear statistic estimation unit 50 generates an m-dimensional orthonormal basis prepared in advance.
Figure 0005359738

に対して上記処理にて算出された時刻t=0でのヤコビ行列

Figure 0005359738
The Jacobian matrix at time t = 0 calculated by the above processing
Figure 0005359738

を乗じて、

Figure 0005359738
Multiplied by
Figure 0005359738

へと写像する。ここで、

Figure 0005359738
Map to. here,
Figure 0005359738

である。 It is.

そして、非線形統計量推定部50は、式(23)のz の各列ベクトルをグラム−シュミットの直交化法にて再度直交化して、

Figure 0005359738
Then, the nonlinear statistic estimation unit 50 orthogonalizes each column vector of z 0 i in the equation (23) again by the Gram-Schmidt orthogonalization method,
Figure 0005359738

を算出する。このとき、i番目の直交ベクトルのノルム‖v ‖はヤコビ行列Jのi番目の固有値に等しく、その指数部分はリャプノフスペクトルを近似している。 Is calculated. At this time, the norm ‖v 1 iの of the i-th orthogonal vector is equal to the i-th eigenvalue of the Jacobian matrix J, and the exponent part approximates the Lyapunov spectrum.

次いで、非線形統計量推定部50は、Vを再度正規化してWを算出して、上記の処理をN回繰り返すことにより、V,V,・・・,Vを算出して、N個の列ベクトルv (j=1,2,・・・,N)のノルムを平均して、リャプノフスペクトル

Figure 0005359738
Next, the nonlinear statistic estimation unit 50 normalizes V 1 again to calculate W 1 and repeats the above processing N times to calculate V 1 , V 2 ,..., V N. , Lyapunov spectrum by averaging the norms of N column vectors v j i (j = 1, 2,..., N)
Figure 0005359738

を推定する。 Is estimated.

続いて、非線形統計量推定部50は、式(26)にて推定したリャプノフスペクトルλの和

Figure 0005359738
Subsequently, the nonlinear statistic estimation unit 50 calculates the sum of the Lyapunov spectrum λ i estimated by the equation (26).
Figure 0005359738

を満たす最大の整数Pに対して、次の定義

Figure 0005359738
For the largest integer P satisfying
Figure 0005359738

に従い、リャプノフ次元Dを算出させる。 According, to calculate the Lyapunov dimension D L.

次に、ステップS90にて、制御部120は、非線形統計量推定部50にて算出されたリャプノフスペクトルλの内の少なくとも最大リャプノフ指数λが正であれば、切り出しされた時系列データ群がカオス的な法則に従っていると判断して、ステップS100にて、以上の処理過程において得られたデータを記憶部110に記憶させる。一方、最大リャプノフ指数λ1が負である場合には、切り出した時系列データ群はカオス的ではない決定論的な法則に従っているとして本データ解析を終了する。 Next, in step S90, the control unit 120, if at least the maximum Lyapunov exponent λ 1 in the Lyapunov spectrum λ i calculated by the nonlinear statistic estimation unit 50 is positive, is a time-series data group that has been cut out. In step S100, the data obtained in the above process is stored in the storage unit 110. On the other hand, if the maximum Lyapunov exponent λ1 is negative, this data analysis is terminated assuming that the extracted time-series data group follows a deterministic law that is not chaotic.

ここで、ステップS70の処理に戻って説明を続ける。ステップS70において、制御部120は、本データ解析が、リアルタイム解析ではなく飛行後解析であると判断した場合には、ステップS110において、サロゲートデータ作成部60に対して、切り出された時系列データ群からRS(Random Shuffle)法にてRSサロゲートデータを作成させると共に、FT(Fourier Transform)法にてFTサロゲートデータを作成させる。   Here, it returns to the process of step S70 and continues description. In step S70, when the control unit 120 determines that the data analysis is not a real-time analysis but a post-flight analysis, in step S110, the control unit 120 extracts the time-series data group extracted from the surrogate data creation unit 60. RS surrogate data is created by RS (Random Shuffle) method and FT surrogate data is created by FT (Fourier Transform) method.

図8は、このサロゲートデータの作成処理の詳細を示すフローチャートである。まず、ステップS111において、制御部120は、データ前処理部30にて埋め込まれた時系列データ群が元々は一次元の時系列データ群であったか否かを判断し、一次元の時系列データ群であると判断した場合には、制御部120は、ステップS112において、サロゲートデータ作成部60に対して、元の一次元の時系列データ群におけるデータ点列の並びをランダムに変化させたRSサロゲートデータを所定の組数作成させる。このとき作成されたRSサロゲートデータにおいては、平均値、分散、中央値などの1次統計量が保存されている。   FIG. 8 is a flowchart showing details of the surrogate data creation process. First, in step S111, the control unit 120 determines whether or not the time series data group embedded in the data preprocessing unit 30 was originally a one-dimensional time series data group, and the one-dimensional time series data group. In step S112, the control unit 120 causes the surrogate data creation unit 60 to change the arrangement of the data point sequences in the original one-dimensional time-series data group at random. A predetermined number of sets of data are created. In the RS surrogate data created at this time, primary statistics such as average value, variance, and median are stored.

次に、ステップS113において、サロゲートデータ作成部60は、元の一次元の時系列データ群に高速フーリエ変換を施すことによって、当該一次元の時系列データ群を実空間から周波数空間へと変換する。そして、サロゲートデータ作成部60は、高速フーリエ変換された周波数空間における各波の振幅を保存したままで位相だけランダム化した後に、逆高速フーリエ変換して周波数空間から実空間へと逆変換したFTサロゲートデータを所定の組数作成する。このとき作成されたFTサロゲートデータにおいては、パワースペクトル密度などの2次統計量が保存されている。   Next, in step S113, the surrogate data creation unit 60 performs fast Fourier transform on the original one-dimensional time-series data group to convert the one-dimensional time-series data group from real space to frequency space. . Then, the surrogate data creation unit 60 randomizes only the phase while preserving the amplitude of each wave in the fast Fourier transformed frequency space, and then performs inverse fast Fourier transform to inverse transform from the frequency space to the real space. Create a predetermined number of surrogate data. In the FT surrogate data created at this time, secondary statistics such as power spectral density are stored.

一方、ステップS111において、制御部120が、データ前処理部30にて埋め込まれた時系列データ群が元々は多次元の時系列データ群であると判断した場合には、制御部120は、ステップS114において、サロゲートデータ作成部60に対して、それぞれの(一次元の)時系列データ群に対して、ステップS112及びS113において、RS及びTFサロゲートデータを所定の組数作成させる。   On the other hand, when the control unit 120 determines in step S111 that the time series data group embedded in the data preprocessing unit 30 is originally a multidimensional time series data group, the control unit 120 In S114, the surrogate data creation unit 60 creates a predetermined number of sets of RS and TF surrogate data for each (one-dimensional) time-series data group in steps S112 and S113.

なお、ステップS112において、制御部120は、ユーザーに対して、入力部100から、ステップS112において作成するRSサロゲートデータの組数SとステップS113において作成するFTサロゲートデータの組数Sを入力するように促す。以降では、サロゲートデータの総組数をS(=S+S)とする。 Note that, in step S112, the control unit 120, an input to the user from the input unit 100, the number of sets S 2 of the FT surrogate data created in the number of sets S 1 and step S113 in RS surrogate data generated in step S112 Encourage you to. Hereinafter, it is assumed that the total number of surrogate data sets is S (= S 1 + S 2 ).

次に、ステップS120において、非線形統計量推定部50は、切り出された時系列データ群と、サロゲートデータ作成部60にて作成されたS組のサロゲートデータ(S組のRSサロゲートデータとS組のFTサロゲートデータ)のそれぞれに対して、非線形統計量として、相関次元Dc、リャプノフスペクトルλ(i=1,2,・・・,N)、及びリャプノフ次元Dを推定する。 Next, in step S120, the nonlinear statistic estimation unit 50 extracts the extracted time-series data group and S sets of surrogate data (S 1 set of RS surrogate data and S 2) created by the surrogate data creation unit 60. for each set of FT surrogate data), as a nonlinear statistics, correlation dimension Dc, Rya-flop Nof spectrum λ i (i = 1,2, ··· , N), and estimates the Lyapunov dimension D L.

図9は、この非線形統計量の推定処理の詳細を示すフローチャートである。まず、ステップS121において、制御部120は、切り出された元の時系列データ群と、サロゲートデータ作成部60にて作成されたS組のサロゲートデータのそれぞれが元々一次元の時系列データであったと判断した場合には、ステップS122において、データ前処理部30にて算出された埋め込み次元mの相空間Hへのデータの埋め込みを行う。   FIG. 9 is a flowchart showing details of this nonlinear statistic estimation process. First, in step S121, the control unit 120 determines that each of the extracted original time series data group and the S sets of surrogate data created by the surrogate data creation unit 60 was originally one-dimensional time series data. If it is determined, in step S122, data is embedded in the phase space H of the embedding dimension m calculated by the data preprocessing unit 30.

次に、ステップS123において、非線形統計量推定部50は、m次元相空間Hに埋め込まれた元の時系列データ群と各サロゲートデータに対して、ステップS81にて行った処理と同様の処理を施すことによって、フラクタル次元の1つである相関次元Dcを推定する。   Next, in step S123, the nonlinear statistic estimation unit 50 performs the same process as the process performed in step S81 on the original time-series data group and each surrogate data embedded in the m-dimensional phase space H. By applying, the correlation dimension Dc which is one of the fractal dimensions is estimated.

次に、ステップS124において、非線形統計量推定部50は、m次元相空間Hに埋め込まれた元の時系列データ群と各サロゲートデータに対して、ステップS82にて行った処理と同様の処理を施すことによって、リャプノフスペクトルλ(i=1,2,・・・,N)(のノルムと最大リャプノフ指数)、及びリャプノフ次元Dを推定する。 Next, in step S124, the nonlinear statistic estimation unit 50 performs the same process as the process performed in step S82 on the original time-series data group and each surrogate data embedded in the m-dimensional phase space H. by subjecting, Rya-flop Nof spectrum λ i (i = 1,2, ··· , N) ( norm and the maximum Lyapunov exponent), and estimates the Lyapunov dimension D L.

一方、ステップS121において、制御部120は、元の時系列データ群と、サロゲートデータ作成部60にて作成されたS組のサロゲートデータのそれぞれが元々多次元の時系列データであったと判断した場合には、ステップS125において、その次元そのものを埋め込み次元とした相空間Hへのデータの埋め込みを行い、ステップS123へと処理を勧める。   On the other hand, when the control unit 120 determines in step S121 that each of the original time-series data group and the S sets of surrogate data created by the surrogate data creation unit 60 was originally multidimensional time-series data. In step S125, data is embedded in the phase space H with the dimension itself as the embedding dimension, and processing is recommended to step S123.

次に、ステップS130において、データ検定部70は、非線形統計量推定部50によって元の時系列データ群から推定された非線形統計量Qと各サロゲートデータから推定された非線形統計量Q(l=1,2,・・・,S)とをモンテカルロ有意性検定により比較する。その際、制御部120は、ユーザーに入力部100から、モンテカルロ有意性検定における有意水準α(例えば、α=0.05)を入力するように促す。ここで、Q及びQは、相関次元Dc、リャプノフスペクトルλ(i=1,2,・・・,N)(のノルムと最大リャプノフ指数)、及びリャプノフ次元Dである。 Next, in step S130, the data verification unit 70 uses the non-linear statistics Q 0 estimated from the original time-series data group by the non-linear statistics estimation unit 50 and the non-linear statistics Q l (l = 1, 2, ..., S) with a Monte Carlo significance test. At that time, the control unit 120 prompts the user to input the significance level α (for example, α = 0.05) in the Monte Carlo significance test from the input unit 100. Here, Q 0 and Q l is correlation dimension Dc, Rya-flop Nof spectrum λ i (i = 1,2, ··· , N) ( norm and the maximum Lyapunov exponent), and a Lyapunov dimension D L.

次に、ステップS140において、制御部120は、QがQの最も大きい方から(Bs+1)・α/2番目、或いは、最も小さい方から(Bs+1)・α/2番目の間に挟まれているか否かを判定し、Qがこの間に挟まれていない場合には、元の時系列データ群はカオス的な法則に従っていると判断して、ステップS150へと処理を進める。 Next, in step S140, the control unit 120, Q 0 is largest from the direction (Bs + 1) · α / 2 -th Q l, or sandwiched between towards smallest (Bs + 1) · α / 2 th and it is judged whether or not the that, in the case where Q 0 is not pinched during this time, the original time series data group is determined that follow the chaotic rule, the process proceeds to step S150.

一方、ステップS140において、Qがこの間に挟まれていると判断された場合には、元の時系列データ群はカオス的な法則に従ってはいないとして、本データ処理を終了する。 On the other hand, in step S140, if the Q 0 is determined to be sandwiched during this time, the original time series data group as not in accordance with chaotic law, and terminates the data processing.

次に、ステップS150において、異常疑検出部80は、データ検定部70にてカオス的な決定論に従うと判断された元の時系列データ群の非線形統計量Q(相関次元Dc、リャプノフスペクトルλ(i=1,2,・・・,N)、及びリャプノフ次元D)や可視化データ(リカレンスプロット、同方向性リカレンスプロット、同方向近傍プロット、相空間中のアトラクタ軌道)を、記憶部110から読み出された過去の時系列データ群の非線形統計量、及びリャプノフ次元D)や可視化データと比較して、その差を検出する。そして、制御部120は、異常疑検出部80にて検出された差を表示装置Pなどによりユーザーに提示する。これによって、ユーザーは、解析対象である時系列データ群を送信した構造可変な飛翔体Rのカオス力学系に基づく異常疑のある動作を検出することができる。 Next, in step S150, the suspected abnormality detection unit 80 determines the nonlinear statistic Q 0 (correlation dimension Dc, Lyapunov spectrum λ) of the original time-series data group determined to follow the chaotic determinism by the data verification unit 70. i (i = 1, 2,..., N) and Lyapunov dimension D L ) and visualization data (recurrence plot, directional recurrence plot, directional neighborhood plot, attractor trajectory in phase space), The non-linear statistic of the past time-series data group read from the storage unit 110 and the Lyapunov dimension D L ) and visualization data are compared with each other to detect the difference. Then, the control unit 120 presents the difference detected by the suspected abnormality detection unit 80 to the user using the display device P or the like. Accordingly, the user can detect an operation with a suspected abnormality based on the chaotic dynamical system of the structure-variable flying object R that has transmitted the time-series data group to be analyzed.

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲でその他の構成にても具現化することができる。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be embodied in other configurations without departing from the gist thereof.

例えば、その他の実施の形態として、3層ニューラルネットワークなどの学習機構を備えたテレメトリデータ解析部1Cを適用することもできる。テレメトリデータ解析部1Cでは、この学習機構を用いて、例えばバックプロパゲーション学習則に基づき、切り出された時系列データ群からカオス力学系のモデルを直接構築することによって、時系列データ群からカオス力学系を同定してしまう。そして、構築されたカオス力学系のモデルを用いて、解析対象となる時系列データ群からリャプノフスペクトルなどの非線形統計量を推定し、それを記憶部110に記憶された過去のデータと比較することによって、異常疑検出部80にて、カオス力学系のモデルに基づく飛翔体の異常疑のある動作を検出することができる。   For example, as another embodiment, a telemetry data analysis unit 1C having a learning mechanism such as a three-layer neural network can be applied. In the telemetry data analysis unit 1C, by using this learning mechanism, for example, based on the back-propagation learning rule, a model of the chaotic dynamical system is directly constructed from the extracted time-series data group, so that the chaos dynamics is derived from the time-series data group. The system is identified. Then, using the constructed model of the chaotic dynamical system, non-linear statistics such as the Lyapunov spectrum are estimated from the time series data group to be analyzed, and compared with the past data stored in the storage unit 110. Thus, the suspected abnormality detection unit 80 can detect the motion of the flying object suspected of being abnormal based on the model of the chaotic dynamical system.

1 テレメトリデータ解析装置
1A テレメトリデータ解析部
10 データ受信部
20 データ切出部
30 データ前処理部
40 データ可視化処理部
50 非線形統計量推定部
60 サロゲートデータ作成部
70 データ検定部
80 異常疑検出部
90 データ送信部
100 入力部
110 記憶部
120 制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Telemetry data analysis apparatus 1A Telemetry data analysis part 10 Data receiving part 20 Data extraction part 30 Data pre-processing part 40 Data visualization processing part 50 Nonlinear statistic estimation part 60 Surrogate data creation part 70 Data verification part 80 Abnormal doubt detection part 90 Data transmission unit 100 Input unit 110 Storage unit 120 Control unit

Claims (2)

構造可変な飛翔体から送信されるテレメトリデータ群から解析対象となる時系列データ群を切り出すデータ切出部と、
切り出された時系列データ群を埋め込み可能とする相空間の埋め込み次元を算出するデータ前処理部と、
算出された次元を有する相空間に埋め込まれた時系列データ群から可視化情報を算出するデータ可視化処理部と、
切り出された時系列データ群から1次統計量を保存する第1のサロゲートデータ群と2次統計量を保存する第2のサロゲートデータ群とを作成するサロゲートデータ作成部と、
リアルタイム解析時には、可視化された時系列データ群から非線形統計量を推定し、飛行後解析時には、可視化された時系列データ群と第1及び第2のサロゲートデータ群とから非線形統計量を推定する非線形統計量推定部と、
飛行後解析時に、第1及び第2のサロゲートデータ群から推定された非線形統計量を母集団として、可視化された時系列データ群から推定された非線形統計量の有意性検定を行い、切り出された時系列データ群がカオス力学系に従うか否かを判定するデータ検定部と、
カオス力学系に従うと判定された時系列データ群の非線形統計量及び視覚化情報と過去の時系列データ群の非線形統計量及び視覚化情報との差を算出し、カオス力学系に基づく飛翔体の異常疑のある動作を検出する異常疑検出部と、
前記データ前処理部に対して、飛翔体の構造が変化する度に、切り出された時系列データ群の埋め込み次元を算出させる制御部と、
を備えたことを特徴とする構造可変な飛翔体のテレメトリデータ解析装置。
A data cutout unit that cuts out a time-series data group to be analyzed from a telemetry data group transmitted from a variable-structure flying object;
A data pre-processing unit that calculates the embedding dimension of the phase space that enables embedding the extracted time-series data group;
A data visualization processing unit for calculating visualization information from a time-series data group embedded in a phase space having a calculated dimension;
A surrogate data creation unit for creating a first surrogate data group for storing primary statistics and a second surrogate data group for storing secondary statistics from the extracted time-series data group;
Non-linear statistics are estimated from the visualized time-series data group during real-time analysis, and non-linear statistics are estimated from the visualized time-series data group and the first and second surrogate data groups during post-flight analysis A statistic estimator;
At the time of post-flight analysis, the nonlinear statistics estimated from the first and second surrogate data groups were used as a population, and the significance test of the nonlinear statistics estimated from the visualized time series data groups was performed and extracted. A data test unit that determines whether or not the time series data group follows a chaotic dynamical system;
Calculate the difference between the nonlinear statistics and visualization information of the time series data group determined to follow the chaotic dynamic system and the nonlinear statistics and visualization information of the past time series data group. A suspected abnormality detection unit for detecting suspected abnormal behavior;
A control unit that calculates the embedding dimension of the cut-out time-series data group each time the structure of the flying object changes with respect to the data preprocessing unit,
A telemetry data analysis device for a variable structure flying object characterized by comprising:
コンピュータを、
構造可変な飛翔体から送信されるテレメトリデータ群から解析対象となる時系列データ群を切り出すデータ切出手段と、
切り出された時系列データ群を埋め込み可能とする相空間の埋め込み次元を算出するデータ前処理手段と、
算出された次元を有する相空間に埋め込まれた時系列データ群から可視化情報を算出するデータ可視化処理手段と、
切り出された時系列データ群から1次統計量を保存する第1のサロゲートデータ群と2次統計量を保存する第2のサロゲートデータ群とを作成するサロゲートデータ作成手段と、
リアルタイム解析時には、可視化された時系列データ群から非線形統計量を推定し、飛行後解析時には、可視化された時系列データ群と第1及び第2のサロゲートデータ群とから非線形統計量を推定する非線形統計量推定手段と、
飛行後解析時に、第1及び第2のサロゲートデータ群から推定された非線形統計量を母集団として、可視化された時系列データ群から推定された非線形統計量の有意性検定を行い、切り出された時系列データ群がカオス力学系に従うか否かを判定するデータ検定手段と、
カオス力学系に従うと判定された時系列データ群の非線形統計量及び視覚化情報と過去の時系列データ群の非線形統計量及び視覚化情報との差を算出し、カオス力学系に基づく飛翔体の異常疑のある動作を検出する異常疑検出手段と、
前記データ前処理手段に対して、飛翔体の構造が変化する度に、切り出された時系列データ群の埋め込み次元を算出させる制御手段と、
して機能させることを特徴とする構造可変な飛翔体のテレメトリデータ解析プログラム。
Computer
Data extraction means for extracting a time-series data group to be analyzed from a telemetry data group transmitted from a structure-variable flying object;
Data pre-processing means for calculating the embedding dimension of the phase space that enables embedding the extracted time-series data group;
Data visualization processing means for calculating visualization information from a time-series data group embedded in a phase space having a calculated dimension;
Surrogate data creation means for creating a first surrogate data group for storing primary statistics and a second surrogate data group for storing secondary statistics from the extracted time-series data group;
Non-linear statistics are estimated from the visualized time-series data group during real-time analysis, and non-linear statistics are estimated from the visualized time-series data group and the first and second surrogate data groups during post-flight analysis Statistic estimation means;
At the time of post-flight analysis, the nonlinear statistics estimated from the first and second surrogate data groups were used as a population, and the significance test of the nonlinear statistics estimated from the visualized time series data groups was performed and extracted. Data verification means for determining whether or not the time series data group follows a chaotic dynamical system;
Calculate the difference between the nonlinear statistics and visualization information of the time series data group determined to follow the chaotic dynamic system and the nonlinear statistics and visualization information of the past time series data group. A suspected abnormality detecting means for detecting a suspected anomaly;
Control means for calculating the embedding dimension of the cut out time-series data group each time the structure of the flying object is changed with respect to the data preprocessing means,
A telemetry data analysis program for a structure-variable flying object, which is characterized by being made to function.
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