一种导航卫星单轨位可用性确定方法技术

本发明专利技术提供了一种导航卫星单轨位可用性确定方法，综合考虑导航卫星的平台类短期计划中断、载荷类短期计划中断、平台类短期非计划中断、载荷类短期非计划中断、长期中断等不同中断类型，以及各中断类型所包含的故障诊断时间、业务恢复时间、卫星研制时间、在轨备份率、预案保障率、运载火箭发射成功率等因素，利用广义随机Petri网构建导航卫星单轨位可用性模型，利用马尔科夫链进行模型解算，确定导航卫星单轨位可用性。该方法可进一步推广应用于通信、气象、遥感等系列卫星，为其研制建设提供重要专业技术支持。

【技术实现步骤摘要】
一种导航卫星单轨位可用性确定方法
本专利技术提供了一种导航卫星单轨位可用性确定方法，属于卫星导航系统可用性

技术介绍
导航卫星单轨位可用性是指导航卫星在规定轨位上能工作时间与能工作时间及不能工作时间的和之比，该指标描述导航卫星的可用时间率。与导航卫星单轨位可用性相关因素包括：平台类短期计划中断、载荷类短期计划中断、平台类短期非计划中断、载荷类短期非计划中断、长期中断等不同中断类型，以及各中断类型所包含的故障诊断时间、业务恢复时间、卫星研制时间、在轨备份率、预案保障率、运载火箭发射成功率等。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种导航卫星单轨位可用性确定方法。本专利技术的技术解决方案是：一种导航卫星单轨位可用性确定方法，步骤如下：(1)根据导航卫星单轨位中断发生的原因，确定导航卫星单轨位的各类相关状态；(2)根据上述各类相关状态构建基于广义随机Petri网的导航卫星短期计划中断模型、短期非计划中断模型、长期中断模型，确定各中断模型的稳定状态及状态转换关系；(3)融合导航卫星短期计划中断模型、短期非计划中断模型、长期中断模型，构建导航卫星单轨位可用性模型，仿真确定导航卫星单轨位可用性Pslot(t)。一种导航卫星单轨位可用性确定方法，步骤如下：(1)根据导航卫星单轨位中断发生的原因，确定导航卫星单轨位的各类相关状态；(2)根据上述各类相关状态构建基于广义随机Petri网的导航卫星短期计划中断模型、短期非计划中断模型、长期中断模型，确定各中断模型的稳定状态及状态转换关系；(3)融合导航卫星短期计划中断模型、短期非计划中断模型、长期中断模型，构建导航卫星单轨位可用性模型，根据广义随机Petri网同构马尔科夫链，确定导航卫星单轨位可用性模型的微分方程，进而确定导航卫星单轨位可用性Pslot(t)。进一步的，在步骤(2)与步骤(3)之间增加步骤(2-3)，根据广义随机Petri网同构马尔科夫链，确定导航卫星单轨位短期计划中断模型、短期非计划中断模型、长期中断模型的微分方程，进而确定每类中断的可用状态输出PSTS(t)、PSTU(t)、PLT(t)；将上述可用状态输出与商用软件得到的可用状态解析结果和仿真结果进行比对，验证方法的可靠性。进一步的，步骤(1)中导航卫星单轨位的各类相关状态包括短期计划中断模型的各类相关状态、短期非计划中断模型的各类相关状态、长期中断模型的各类相关状态；其中，短期计划中断模型的各类相关状态包括：a)短期计划中断未发生状态PSTS(t)，b)平台类短期计划中断发生状态PSTSB1(t)、卫星位置保持完成状态PSTSB2(t)，c)载荷类短期计划中断发生状态PSTSP1(t)；短期非计划中断模型的各类相关状态包括：a)短期非计划中断未发生状态PSTU(t)，b)平台类短期非计划中断发生状态PSTUB1(t)、平台类短期非计划中断故障诊断完成状态PSTUB2(t)、平台类短期非计划中断预案充足状态PSTUB3(t)、平台类短期非计划中断预案欠缺状态PSTUB4(t)，c)载荷类短期非计划中断发生状态PSTUP1(t)、载荷类短期非计划中断故障诊断完成状态PSTUP2(t)、载荷类短期非计划中断预案充足状态PSTUP3(t)、载荷类短期非计划中断预案欠缺状态PSTUP4(t)；长期中断模型的各类相关状态包括：a)长期中断未发生状态PLT(t)，b)长期中断发生状态PLT1(t)、卫星地面备份选择状态PLT2(t)、卫星在轨备份选择状态PLT3(t)、卫星地面备份状态PLT4(t)、卫星地面未备份状态PLT5(t)、卫星等待运输状态PLT6(t)、卫星运输至发射场状态PLT7(t)、卫星发射状态PLT8(t)、卫星在轨测试状态PLT9(t)。进一步的，步骤(2)中中断模型的稳定状态如下：短期计划中断稳定状态包括：a)短期计划中断未发生状态PSTS(t)，b)平台类短期计划中断发生状态PSTSB1(t)、卫星位置保持完成状态PSTSB2(t)，c)载荷类短期计划中断发生状态PSTSP(t)；短期非计划中断稳定状态包括：a)短期非计划中断未发生状态PSTU(t)，b)平台类短期非计划中断发生状态PSTUB1(t)、平台类短期非计划中断预案充足状态PSTUB3(t)、平台类短期非计划中断预案欠缺状态PSTUB4(t)，c)载荷类短期非计划中断发生状态PSTUP1(t)、载荷类短期非计划中断预案充足状态PSTUP3(t)、载荷类短期非计划中断预案欠缺状态PSTUP4(t)；长期中断稳定状态包括：a)长期中断未发生状态PLT(t)，b)卫星地面备份状态PLT4(t)、卫星地面未备份状态PLT5(t)、卫星等待运输状态PLT6(t)、卫星运输至发射场状态PLT7(t)、卫星在轨测试状态PLT9(t)。进一步的，同构马尔科夫链的原则如下：(6.1)将基于广义随机Petri网的导航卫星各类中断模型中的库所状态分为稳定状态和不稳定状态，稳定状态是指库所输出有向弧指向时间变迁，不稳定状态是指库所输出有向弧指向瞬时变迁；(6.2)将所有稳定状态库所设置为马尔科夫状态，各稳定状态库所之间的状态转换为马尔科夫转移，相关转移值称为转移概率；转移概率的确定过程为：a)若稳定状态库所之间只存在时间变迁，则转移概率为时间变迁对应的故障率或修复率；b)若稳定状态库所之间存在时间变迁和瞬时变迁，则转移概率为时间变迁对故障率或修复率与瞬时变迁对应值的乘积。进一步的，所述PSTS(t)、PSTU(t)、PLT(t)的值均在0～1之间。进一步的，所述的导航卫星单轨位短期计划中断模型的微分方程为：PSTS(t)+PSTSB1(t)+PSTSB2(t)+PSTSP1(t)＝1式中：λSTSB1为平台类短期计划中断故障率；λSTSB2为卫星轨道机动率；λSTSB3为卫星业务恢复率；λSTSP1为载荷类短期计划中断故障率；λSTSP2为载荷类短期计划中断修复率；导航卫星单轨位短期非计划中断模型的微分方程：PSTU(t)+PSTUB1(t)+PSTUB3(t)+PSTUB4(t)+PSTUP1(t)+PSTUP3(t)+PSTUP4(t)＝1式中：λSTUB1为平台类短期非计划中断故障率；λSTUB2为平台类短期非计划中断故障诊断率；λSTUB3为平台类短期非计划中断预案充足状态下修复率；λSTUB4为平台类短期非计划中断预案欠缺状态下修复率；λSTUP1为载荷类短期非计划中断故障率；λSTUP2为载荷类短期非计划中断故障诊断率；λSTUP3为载荷类短期非计划中断预案充足状态下故障修复率；λSTUP4为载荷类短期非计划中断预案欠缺状态下故障修复率；fSTUB1为平台类短期非计划中断预案充足率；fSTUB2为平台类短期非计划中断预案欠缺率；fSTUP1为载荷类短期非计划中断预案充足率；fSTUP2为载荷类短期非计划中断预案欠缺率。导航卫星单轨位长期中断模型的微分方程：PLT(t)+PLT4(t)+PLT5(t)+PLT6(t)+PLT7(t)+PLT9(t)＝1式中：λLT1为长期中断故障率；λLT2为卫星研制率；λLT3为卫星调用率；λLT4为卫星运输率；λLT5为卫星加注率；λLT6为卫星在轨测试率；fLT1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种导航卫星单轨位可用性确定方法，其特征在于步骤如下：(1)根据导航卫星单轨位中断发生的原因，确定导航卫星单轨位的各类相关状态；(2)根据上述各类相关状态构建基于广义随机Petri网的导航卫星短期计划中断模型、短期非计划中断模型、长期中断模型，确定各中断模型的稳定状态及状态转换关系；(3)融合导航卫星短期计划中断模型、短期非计划中断模型、长期中断模型，构建导航卫星单轨位可用性模型，仿真确定导航卫星单轨位可用性Pslot(t)。

【技术特征摘要】
1.一种导航卫星单轨位可用性确定方法，其特征在于步骤如下：(1)根据导航卫星单轨位中断发生的原因，确定导航卫星单轨位的各类相关状态；(2)根据上述各类相关状态构建基于广义随机Petri网的导航卫星短期计划中断模型、短期非计划中断模型、长期中断模型，确定各中断模型的稳定状态及状态转换关系；(3)融合导航卫星短期计划中断模型、短期非计划中断模型、长期中断模型，构建导航卫星单轨位可用性模型，仿真确定导航卫星单轨位可用性Pslot(t)。2.一种导航卫星单轨位可用性确定方法，其特征在于步骤如下：(1)根据导航卫星单轨位中断发生的原因，确定导航卫星单轨位的各类相关状态；(2)根据上述各类相关状态构建基于广义随机Petri网的导航卫星短期计划中断模型、短期非计划中断模型、长期中断模型，确定各中断模型的稳定状态及状态转换关系；(3)融合导航卫星短期计划中断模型、短期非计划中断模型、长期中断模型，构建导航卫星单轨位可用性模型，根据广义随机Petri网同构马尔科夫链，确定导航卫星单轨位可用性模型的微分方程，进而确定导航卫星单轨位可用性Pslot(t)。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在步骤(2)与步骤(3)之间增加步骤(2-3)，根据广义随机Petri网同构马尔科夫链，确定导航卫星单轨位短期计划中断模型、短期非计划中断模型、长期中断模型的微分方程，进而确定每类中断的可用状态输出PSTS(t)、PSTU(t)、PLT(t)；将上述可用状态输出与商用软件得到的可用状态解析结果和仿真结果进行比对，验证方法的可靠性。4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤(1)中导航卫星单轨位的各类相关状态包括短期计划中断模型的各类相关状态、短期非计划中断模型的各类相关状态、长期中断模型的各类相关状态；其中，短期计划中断模型的各类相关状态包括：a)短期计划中断未发生状态PSTS(t)，b)平台类短期计划中断发生状态PSTSB1(t)、卫星位置保持完成状态PSTSB2(t)，c)载荷类短期计划中断发生状态PSTSP1(t)；短期非计划中断模型的各类相关状态包括：a)短期非计划中断未发生状态PSTU(t)，b)平台类短期非计划中断发生状态PSTUB1(t)、平台类短期非计划中断故障诊断完成状态PSTUB2(t)、平台类短期非计划中断预案充足状态PSTUB3(t)、平台类短期非计划中断预案欠缺状态PSTUB4(t)，c)载荷类短期非计划中断发生状态PSTUP1(t)、载荷类短期非计划中断故障诊断完成状态PSTUP2(t)、载荷类短期非计划中断预案充足状态PSTUP3(t)、载荷类短期非计划中断预案欠缺状态PSTUP4(t)；长期中断模型的各类相关状态包括：a)长期中断未发生状态PLT(t)，b)长期中断发生状态PLT1(t)、卫星地面备份选择状态PLT2(t)、卫星在轨备份选择状态PLT3(t)、卫星地面备份状态PLT4(t)、卫星地面未备份状态PLT5(t)、卫星等待运输状态PLT6(t)、卫星运输至发射场状态PLT7(t)、卫星发射状态PLT8(t)、卫星在轨测试状态PLT9(t)。5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤(2)中中断模型的稳定状态如下：短期计划中断稳定状态包括：a)短期计划中断未发生状态PSTS(t)，b)平台类短期计划中断发生状态PSTSB1(t)、卫星位置保持完成状态PSTSB2(t)，c)载荷类短期计划中断发生状态PSTSP(t)；短期非计划中断稳定状态包括：a)短期非计划中断未发生状态PSTU(t)，b)平台类短期非计划中断发生状态PSTUB1(t)...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨卓鹏，郑恒，刘蕴慧，周善石，胡小工，李海生，龚佩佩，郑紫霞，
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