一种卫星导航系统可用性连续性完好性指标分配方法技术方案

本发明专利技术公开了一种卫星导航系统可用性连续性完好性指标分配方法，包括如下步骤：根据卫星导航系统的星座值和服务可用性，利用服务可用性计算公式，得到星座状态概率；利用星座状态概率计算公式，得到单星信号可用性；根据单星信号可用性和服务连续性，得到可见卫星中断的条件概率，进一步得到单星信号连续性，得到短期非计划中断的平均间隔时间；根据空间信号无故障漏警概率、空间信号超差漏警概率和服务完好性风险，得到单星信号完好性风险，进一步得到软故障引起的中断平均间隔时间，和硬故障引起的平均中断间隔时间；进一步得到短期非计划中断平均恢复时间；根据短期非计划中断平均间隔时间和平均恢复时间，对卫星导航系统进行中断设计。

A satellite navigation system availability continuity integrity index allocation method

The invention discloses a satellite navigation system availability continuity integrity index allocation method, which comprises the following steps: according to the satellite navigation system Constellation value and service availability, using the formula of service availability, get the constellation probability; using the formula of single star constellation state probability, signal availability; according to the single star signal availability and service continuity, visible satellite disruptions the conditional probability of single star signal continuity further, get the average interval of short-term unplanned interruption; according to the space signal without fault alarm probability and false alarm probability space signal error and service integrity risk, get the single satellite signal integrity risk. Further soft fault interrupt caused by the mean time, the average time interval and hard fault caused by interruption; further short-term non The average recovery time of the plan is interrupted, and the interruption of the satellite navigation system is designed according to the mean time interval and the average recovery time.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于卫星导航系统可靠性领域，具体涉及一种卫星导航系统可用性连续性完好性指标分配方法。
技术介绍
卫星导航系统是重要的空间基础设施，直接为用户提供全天候、全天时、高精度的服务。建设高可靠的卫星导航系统，核心是实现优质的可用性、连续性和完好性等系统服务性能。中断是直接反映卫星信号健康状况的重要指标，可为系统研制建设提供可靠性依据和指导。我国北斗卫星导航系统已开通运行，并向全球公布了系统公开服务性能指标，其空间段由三种不同轨道的卫星组成，属于异构复杂混合星座。美国GPS卫星导航系统运用马尔科夫链开展可用性指标分配，该方法适用于同类轨道构成的星座，不能满足异构复杂混合星座的指标分配需求，且无法实现对连续性、完好性指标的分配。如何将北斗卫星导航系统服务可用性、连续性、完好性指标分解为各类中断指标，约束和指导空间段和地面段各系统可靠性设计工作，亟需一种可操作、易实现的指标分配方法。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种卫星导航系统可用性连续性完好性指标分配方法，能够实现将系统公开服务的可用性、连续性、完好性指标分解为各类中断指标，从而在卫星导航系统的中断设计中，给出短期非计划中断的设计指标，该指标能够满足系统公开服务的可用性、连续性、完好性的指标要求，进一步提高卫星导航系统的可靠性。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案为：一种卫星导航系统可用性连续性完好性指标分配方法，包括如下步骤：步骤一，根据卫星导航系统的星座值αk,n和服务可用性Aservice，利用服务可用性计算公式，得到星座状态概率；步骤二，利用星座状态概率计算公式，得到单星信号可用性p；步骤三，根据单星信号可用性p和服务连续性Cservice，利用服务连续性计算公式，得到可见卫星中断的条件概率；步骤四，利用可见卫星中断的条件概率计算公式，得到单星信号连续性c；步骤五，根据单星信号连续性c，利用单星信号连续性c与短期非计划中断的平均间隔时间MTBOstu的关系式，计算得到MTBOstu，实现将服务连续性Cservice分配至短期非计划中断的平均间隔时间MTBOstu；步骤六，根据空间信号无故障漏警概率Pffmd、空间信号超差漏警概率Pmd和服务完好性风险Iservice，利用服务完好性风险计算公式，得到空间信号完好性风险Psis，再根据可视卫星数N，利用空间信号完好性风险Psis与单星信号完好性风险Psat之间的关系式，计算得到Psat；步骤七，根据单星信号漏警概率Pmdsat和单星信号完好性风险Psat，计算得到单星信号软故障概率Psoft，进一步得到软故障引起的中断平均间隔时间MTBOsoft，实现将服务完好性风险Iservice分配至软故障引起的平均中断间隔时间MTBOsoft；再根据步骤五中的短期非计划中断平均间隔时间MTBOstu，进一步得到硬故障引起的平均中断间隔时间MTBOhard，实现将服务完好性风险Iservice分配至硬故障引起的平均中断间隔时间MTBOhard；步骤八，根据步骤二中的单星信号可用性p，在长期中断平均间隔时间MTBOlt和恢复时间MTTRlt、短期计划中断平均间隔时间MTBOsts和恢复时间MTTRsts、短期非计划中断平均间隔时间MTBOstu基础上，得到短期非计划中断平均恢复时间MTTRstu，实现将服务可用性Aservice分配至短期非计划中断平均恢复时间MTTRstu；步骤九，根据短期非计划中断平均间隔时间MTBOstu和平均恢复时间MTTRstu，对卫星导航系统进行中断设计，使得卫星导航系统短期非计划中断满足平均间隔时间为MTBOstu和平均恢复时间为MTTRstu。进一步地，步骤一中，根据卫星导航系统的星座值αk,n和服务可用性Aservice，其中M为星座中的卫星总数，为N颗卫星中有k颗卫星故障的所有组合数，αk,n为第n种组合情况下的星座值，利用服务可用性计算公式得到第n种组合情况下的星座状态概率Pk,n。进一步地，步骤二中，星座状态概率计算公式为其中pn,m为第n种组合下第m颗工作卫星的信号可用性，m从1取至(N-k)，(1-pn,i)为第n种组合下特定的第i颗故障卫星的故障概率，i的取值为N-k+1取至N，共k种情况。进一步地，步骤三中，根据单星信号可用性p和服务连续性Cservice，利用服务连续性计算公式得到可见卫星中断的条件概率Qi’,x，为初始阶段有共i’颗卫星可见的基础上，在预设的规定时间内又有x颗卫星中断的条件概率，其中N为卫星导航系统的用户可视的卫星数，m为满足服务连续性的最低卫星数，Pi’为卫星导航系统的用户可视i’颗卫星的状态概率，为在共i’颗卫星可见基础上，在规定时间内又有x颗卫星中断的平均可用性，为在i’颗卫星中有x颗卫星中断的组合数；An(l,t)为在观测时刻t时刻，观测位置l位置处的服务可用性，其中bool()为布尔函数。进一步地，步骤四中，可见卫星中断的条件概率计算公式为其中c为单星信号连续性。进一步地，步骤五中，根据单星信号连续性c，利用公式c＝exp(-T/MTBOstu)，计算得到短期非计划中断的平均间隔时间MTBOstu，其中T为单星信号连续性的单位时间。进一步地，步骤六中，根据空间信号无故障漏警概率Pffmd、空间信号超差漏警概率Pmd和服务完好性风险Iservice，利用服务完好性风险计算公式Iservice＝Pffmd(1-Psis)+PmdPsis，得到空间信号完好性风险Psis，再根据可视卫星数N，利用公式得到单星信号完好性风险Psat；其中，Pffmd为空间信号无故障时发生定位误差超限但接收机漏警的概率，Pmd为空间信号故障时发生定位误差超限且接收机漏警的概率，单星信号完好性风险Psat描述了卫星信号提供信息正确性的信任程度。进一步地，步骤七包括如下具体步骤：步骤7.1，根据单星信号漏警概率Pmdsat和单星信号完好性风险Psat，利用公式Psat＝PmdsatPsoft，得到单星信号软故障概率Psoft，其中Pmdsat为卫星信号精度超出完好性告警限值而未及时发布告警的概率；步骤7.2，根据规定时间T和单星信号软故障概率Psoft，利用得到软故障引起的中断平均间隔时间MTBOsoft，其中T为单星信号完好性风险的单位时间，软故障是指卫星信号播发正常但信号精度不满足使用要求；步骤7.3，根据步骤五中的短期非计划中断平均间隔时间MTBOstu，结合软故障引起的中断平均间隔时间MTBOsoft，利用公式1/MTBOstu＝1/MTBOsoft+1/MTBOhard，得到短期硬故障引起的平均中断间隔时间MTBOhard，其中硬故障是指卫星信号播发故障。进一步地，步骤八包括如下具体步骤：步骤8.1，根据单星信号可用性公式p＝MTBO/(MTBO+MTTR)，其中MTBO和MTTR为卫星中断的平均间隔时间和恢复时间，而卫星中断又分为长期中断、短期计划中断、短期非计划中断三类，根据下列计算公式：其中，MTBOlt和MTTRlt为长期中断的平均间隔时间和恢复时间，MTBOsts和MTTRsts为短期计划中断的平均间隔时间和恢复时间，MTTRstu为短期非计划中断的平均恢复时间。步骤8.2，根据卫星设计寿命得到长期中断的平均间隔时间MTB本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种卫星导航系统可用性连续性完好性指标分配方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，根据卫星导航系统的星座值αk,n和服务可用性Aservice，利用服务可用性计算公式，得到星座状态概率；步骤二，利用星座状态概率计算公式，得到单星信号可用性p；步骤三，根据单星信号可用性p和服务连续性Cservice，利用服务连续性计算公式，得到可见卫星中断的条件概率；步骤四，利用可见卫星中断的条件概率计算公式，得到单星信号连续性c；步骤五，根据单星信号连续性c，利用单星信号连续性c与短期非计划中断的平均间隔时间MTBOstu的关系式，计算得到MTBOstu，实现将服务连续性Cservice分配至短期非计划中断的平均间隔时间MTBOstu；步骤六，根据空间信号无故障漏警概率Pffmd、空间信号超差漏警概率Pmd和服务完好性风险Iservice，利用服务完好性风险计算公式，得到空间信号完好性风险Psis，再根据可视卫星数N，利用空间信号完好性风险Psis与单星信号完好性风险Psat之间的关系式，计算得到Psat；步骤七，根据单星信号漏警概率Pmdsat和单星信号完好性风险Psat，计算得到单星信号软故障概率Psoft，进一步得到软故障引起的中断平均间隔时间MTBOsoft，实现将服务完好性风险Iservice分配至软故障引起的平均中断间隔时间MTBOsoft；再根据步骤五中的短期非计划中断平均间隔时间MTBOstu，进一步得到硬故障引起的平均中断间隔时间MTBOhard，实现将服务完好性风险Iservice分配至硬故障引起的平均中断间隔时间MTBOhard；步骤八，根据步骤二中的单星信号可用性p，在长期中断平均间隔时间MTBOlt和恢复时间MTTRlt、短期计划中断平均间隔时间MTBOsts和恢复时间MTTRsts、短期非计划中断平均间隔时间MTBOstu基础上，得到短期非计划中断平均恢复时间MTTRstu，实现将服务可用性Aservice分配至短期非计划中断平均恢复时间MTTRstu；步骤九，根据短期非计划中断平均间隔时间MTBOstu和平均恢复时间MTTRstu，对卫星导航系统进行中断设计，使得卫星导航系统短期非计划中断满足平均间隔时间为MTBOstu和平均恢复时间为MTTRstu。...

【技术特征摘要】
1.一种卫星导航系统可用性连续性完好性指标分配方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，根据卫星导航系统的星座值αk,n和服务可用性Aservice，利用服务可用性计算公式，得到星座状态概率；步骤二，利用星座状态概率计算公式，得到单星信号可用性p；步骤三，根据单星信号可用性p和服务连续性Cservice，利用服务连续性计算公式，得到可见卫星中断的条件概率；步骤四，利用可见卫星中断的条件概率计算公式，得到单星信号连续性c；步骤五，根据单星信号连续性c，利用单星信号连续性c与短期非计划中断的平均间隔时间MTBOstu的关系式，计算得到MTBOstu，实现将服务连续性Cservice分配至短期非计划中断的平均间隔时间MTBOstu；步骤六，根据空间信号无故障漏警概率Pffmd、空间信号超差漏警概率Pmd和服务完好性风险Iservice，利用服务完好性风险计算公式，得到空间信号完好性风险Psis，再根据可视卫星数N，利用空间信号完好性风险Psis与单星信号完好性风险Psat之间的关系式，计算得到Psat；步骤七，根据单星信号漏警概率Pmdsat和单星信号完好性风险Psat，计算得到单星信号软故障概率Psoft，进一步得到软故障引起的中断平均间隔时间MTBOsoft，实现将服务完好性风险Iservice分配至软故障引起的平均中断间隔时间MTBOsoft；再根据步骤五中的短期非计划中断平均间隔时间MTBOstu，进一步得到硬故障引起的平均中断间隔时间MTBOhard，实现将服务完好性风险Iservice分配至硬故障引起的平均中断间隔时间MTBOhard；步骤八，根据步骤二中的单星信号可用性p，在长期中断平均间隔时间MTBOlt和恢复时间MTTRlt、短期计划中断平均间隔时间MTBOsts和恢复时间MTTRsts、短期非计划中断平均间隔时间MTBOstu基础上，得到短期非计划中断平均恢复时间MTTRstu，实现将服务可用性Aservice分配至短期非计划中断平均恢复时间MTTRstu；步骤九，根据短期非计划中断平均间隔时间MTBOstu和平均恢复时间MTTRstu，对卫星导航系统进行中断设计，使得卫星导航系统短期非计划中断满足平均间隔时间为MTBOstu和平均恢复时间为MTTRstu。2.如权利要求1所述的一种卫星导航系统可用性连续性完好性指标分配方法，其特征在于，所述步骤一中，根据卫星导航系统的星座值αk,n和服务可用性Aservice，其中M为星座中的卫星总数，为N颗卫星中有k颗卫星故障的所有组合数，αk,n为第n种组合情况下的星座值，利用服务可用性计算公式得到第n种组合情况下的星座状态概率Pk,n。3.如权利要求2所述的一种卫星导航系统可用性连续性完好性指标分配方法，其特征在于，所述步骤二中，星座状态概率计算公式为其中pn,m为第n种组合下第m颗工作卫星的信号可用性，m从1取至(N-k)，(1-pn,i)为第n种组合下特定的第i颗故障卫星的故障概率，i的取值为N-k+1取至N，共k种情况。4.如权利要求3所述的一种卫星导航系统可用性连续性完好性指标分配方法，其特征在于，所述步骤三中，根据单星信号可用性p和服务连续性Cservice，利用服务连续性计算公式得到可见卫星中断的条件概率Qi’,x，为初始阶段有共i’颗卫星可见的基础上，在预设的规定时间内又有x颗卫星中断的条件概率，其中N为卫星导航系统的用户可视的卫星数，m为满足服务连续性的最低卫星数，Pi’为卫星导航系统的用户可视i’颗卫星的状态概率，为在共i’颗卫星可见基础上，在规定时间内又有x颗卫星中断的平均可用性，为在i’颗卫星中有x颗卫星中断的组合数；An(l,t)为在观测时刻t时刻，观测位置l位...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海生，卿寿松，郑恒，龚佩佩，杨卓鹏，薛恩，任立明，栾家辉，
申请(专利权)人：中国航天标准化研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11