一种基于星座功能的通信卫星星座可靠性分析方法技术

本发明专利技术的一个实施例公开了一种基于星座功能的通信卫星星座可靠性分析方法，包括：S100、构建具有星间链的低轨通信卫星星座的构型，其中所述构型包括多颗卫星和星间通信链路；S102、依据预定分析准则将所述构型转换成网络模型，其中所述卫星为节点，所述星间通信链路为有向边；S104、在所述网络模型中，以故障卫星为起点，计算所述网络模型中能够进行转发达到的卫星的最小路集E并根据所述最小路集利用容斥理论计算所述网络模型的可靠度R(G

【技术实现步骤摘要】
一种基于星座功能的通信卫星星座可靠性分析方法
本专利技术涉及可靠性及卫星通信的
更具体地，涉及一种基于星座功能的通信卫星星座可靠性分析方法、计算机可读存储介质和计算机设备。
技术介绍
近年来，低轨卫星通信成为卫通领域发展的主流趋势，国内外广泛开展低轨通信卫星星座的论证与研发，但关于通信卫星星座的可靠性分析研究较少。通信卫星星座的目的是实现全球通信覆盖，具有包含的卫星数量庞大，星座功能复杂，性能指标多等特点，其可靠性分析的复杂性在于，单颗卫星的局部故障或整星故障，对于星座实现全球覆盖的影响较小，但故障2颗、3颗甚至十几颗卫星的情况下，开展星座功能的影响分析则变得极其复杂，其原因在于故障卫星的分布情况会极大影响星座的覆盖性。此外，卫星局部发生故障时，仍可以通过星间链实现信号的转发，降低星座覆盖性的变化影响，但会降低卫星的通信容量、通信速率。上述问题导致星座可靠性分析极为复杂和困难。这样的背景下，传统的串并联可靠性模型不再适用，经典的故障概率模型如泊松分布、二项分布也无法合理的体现星座功能性能特点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于星座功能的通信卫星星座可靠性分析方法，以解决现有技术存在的问题中的至少一个。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种基于星座功能的通信卫星星座可靠性分析方法，包括：S100、构建具有星间链的低轨通信卫星星座的构型，其中所述构型包括多颗卫星和星间通信链路；S102、依据预定分析准则将所述构型转换成网络模型，其中所述卫星为节点，所述星间通信链路为有向边；S104、在所述网络模型中，以故障卫星为起点，计算所述网络模型中能够进行转发达到的卫星的最小路集E并根据所述最小路集利用容斥理论计算所述网络模型的可靠度R(G0)＝P(E)。在一个具体实施例中，所述构型由N个卫星构成，其中，所述N个卫星分布在m个轨道面，每个轨道的卫星数n＝N/m，每颗卫星具有4个星间通信终端，向同轨前向及后向、异轨侧前后向4个方向实现星间通信。在一个具体实施例中，所述S104包括根据所述故障卫星能够经过一次转发达到的卫星以节点顺序作为第一集合E1以及能够经过两次转发达到的卫星以节点顺序作为第二集合E2得到最小路集E＝E1∪E2，并利用容斥理论计算所述网络模型的可靠度R(G0)＝P(E1∪E2)。在一个具体实施例中，所述S104包括根据所述故障卫星能经过一次转发达到的卫星及由所述经过一次转发达到的卫星再经过一次转发达到的卫星以节点顺序构成集合Gi,得到R(G0)＝1-(1-R(Gi))4＝1-(1-P(Re∪Re2∪Re2∪Re2))4其中，i＝1,2，3,4；Re为所述故障卫星能经过一次转发达到的卫星的通信链路的可靠度。在一个具体实施例中，所述预定分析准则为：对于一个指定区域，能够保证该区域内用户以预定的通信质量要求保持持续通信，则表示星座功能完好。在一个具体实施例中，所述分析准则基于单颗卫星用户发射接收系统和馈电发射接收系统不同时损坏以及卫星平台始终可靠工作而设定。第二方面，本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本申请第一方面提供的方法。第三方面，本专利技术还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如本申请第一方面提供的方法。本专利技术的有益效果如下：本专利技术针对当前主流通信卫星星座设计方案，提供了一种以星座覆盖性和通信性能指标为约束、网络模型为基础的星座可靠性评价方法，为确定产品的可靠性指标提供依据，填补了通信卫星星座可靠性分析的空白，为通信卫星星座的可靠性分析提供了工程应用基础。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1示出根据本专利技术一个实施例的基于星座功能的通信卫星星座可靠性分析方法流程图。图2示出根据本专利技术一个实施例的具有星间链的低轨通信卫星星座的典型星座构型示意图；图3示出根据本专利技术一个实施例的经过星座功能性能指标约束分析后抽象得到的网络模型示意图；图4示出根据本专利技术一个实施例的网络模型的子结构示意图；图5示出根据本专利技术一个实施例的子结构和整个网络可靠度随单边可靠度的变化情况示意图。图6示出适于用来实现本申请实施例的计算机设备的结构示意图。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术，下面结合优选实施例和附图对本专利技术做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本专利技术的保护范围。第一实施例如图1所示，本专利技术的一个实施例公开了一种基于星座功能的通信卫星星座可靠性分析方法，包括：S100、构建具有星间链的低轨通信卫星星座的典型构型，其中所述构型包括多颗卫星和星间通信链路。在一个具体示例中，具有星间链的低轨通信卫星星座的典型构型如图2所示，其中，图2中一个圆圈为代表一颗卫星；一列竖排圆圈代表一个轨道面上的部分卫星；双向箭头代表星间链，即信号传输的方向和路径。在一个具体示例中，星座包含卫星总数为N，划分为m个轨道面即所述N个卫星分布在m个轨道面，则每个轨道的卫星数n＝N/m。单颗卫星具有星间通信功能，可向同轨前向及后向、异轨侧前后向4个方向实现星间通信，硬件层面代表单星具有4个星间通信终端，每个终端可以实现星间通信信号的接收与发射。S102、依据预定分析准则将所述构型转换成网络模型，其中所述卫星为节点，所述星间通信链路为有向边；在一个具体实施例中，所述预定分析准则为：对于一个指定区域，能够保证该区域内用户以预定的通信质量要求保持持续通信，则表示星座功能完好。在一个具体实施例中，所述分析准则基于单颗卫星用户发射接收系统和馈电发射接收系统不同时损坏以及卫星平台始终可靠工作而设定。其中所述预定分析准则具体说明如下：通信卫星星座的功能是实现全球覆盖，那么对于一个指定区域，能够覆盖该区域的卫星数量有限，若可以保证该区域内用户以一定的通信质量(速率、时延等)要求保持持续通信，则表示星座功能完好。该准则基于2项假设：1、单颗卫星用户发射接收系统和馈电发射接收系统不同时损坏；2、认为卫星平台是始终可靠工作的。在一个具体实施例中，基于星座覆盖性和通信指标要求，当某时刻下覆盖某指定区域的卫星用户侧系统或馈电侧系统故障，需要通过星间链将信号转发至相邻卫星并下传，经分析，由于通信指标要求，最多只能允许两次星间转发。因此，抽象后的网络模型如图3所示，记为网络G0。图3中加粗的圆圈代表网络模型的起始点和终点，其中序号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于星座功能的通信卫星星座可靠性分析方法，其特征在于，包括：/nS100、构建具有星间链的低轨通信卫星星座的构型，其中所述构型包括多颗卫星和星间通信链路；/nS102、依据预定分析准则将所述构型转换成网络模型，其中所述卫星为节点，所述星间通信链路为有向边；/nS104、在所述网络模型中，以故障卫星为起点，计算所述网络模型中能够进行转发达到的卫星的最小路集E并根据所述最小路集利用容斥理论计算所述网络模型的可靠度R(G

【技术特征摘要】
1.一种基于星座功能的通信卫星星座可靠性分析方法，其特征在于，包括：
S100、构建具有星间链的低轨通信卫星星座的构型，其中所述构型包括多颗卫星和星间通信链路；
S102、依据预定分析准则将所述构型转换成网络模型，其中所述卫星为节点，所述星间通信链路为有向边；
S104、在所述网络模型中，以故障卫星为起点，计算所述网络模型中能够进行转发达到的卫星的最小路集E并根据所述最小路集利用容斥理论计算所述网络模型的可靠度R(G0)＝P(E)。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构型由N个卫星构成，其中，所述N个卫星分布在m个轨道面，每个轨道的卫星数n＝N/m，每颗卫星具有4个星间通信终端，向同轨前向及后向、异轨侧前后向4个方向实现星间通信。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述S104包括
根据所述故障卫星能够经过一次转发达到的卫星以节点顺序作为第一集合E1以及能够经过两次转发达到的卫星以节点顺序作为第二集合E2得到最小路集E＝E1∪E2，并利用容斥理论计算所述网络模型的可靠度R(G0)＝P(E1∪E2)。


4.根据权利要求2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：许瀚，高铭阳，饶建兵，雷亚珂，刘晨，
申请(专利权)人：航天科工空间工程发展有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42