本發(fā)明涉及一種基于動(dòng)態(tài)可靠性估計(jì)的導(dǎo)航衛(wèi)星星座可用性評(píng)估方法，屬于衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：隨著導(dǎo)航技術(shù)的不斷進(jìn)步，全球?qū)Ш较到y(tǒng)不斷發(fā)展，導(dǎo)航系統(tǒng)的性能評(píng)估體系也在不斷的完善。導(dǎo)航系統(tǒng)是否可以提供可靠、穩(wěn)定服務(wù)的能力，是對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)的一個(gè)重要準(zhǔn)則，可用衛(wèi)星星座的服務(wù)可用性進(jìn)行衡量。導(dǎo)航衛(wèi)星星座可用性直接影響為用戶(hù)提供服務(wù)的質(zhì)量和衛(wèi)星到壽后處置策略的實(shí)施，是系統(tǒng)承制方、運(yùn)營(yíng)方、保險(xiǎn)商和用戶(hù)等普遍關(guān)心的重要問(wèn)題。星座中任何一顆衛(wèi)星的失效都可以導(dǎo)致其無(wú)法提供正常的導(dǎo)航服務(wù)，進(jìn)而影響星座的可用性。目前的星座可用性依賴(lài)于星座構(gòu)型設(shè)計(jì)、分階段部署和備份策略選擇，在星座設(shè)計(jì)階段完成，即星座的固有可用性，如精度可用性。隨著衛(wèi)星的在軌運(yùn)行，衛(wèi)星可能會(huì)隨時(shí)失效或者退化，所以，僅依賴(lài)星座構(gòu)型設(shè)計(jì)推算星座可用性存在不準(zhǔn)確、不全面的問(wèn)題，且存在不能對(duì)星座可用性進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估的問(wèn)題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供基于動(dòng)態(tài)可靠性估計(jì)的導(dǎo)航衛(wèi)星星座可用性算法，針對(duì)星座可用性的動(dòng)態(tài)評(píng)估預(yù)測(cè)需求，基于單個(gè)衛(wèi)星普遍存在的隨機(jī)失效、退化失效和消耗失效三種失效機(jī)理，提出一種綜合考慮三種失效機(jī)理，實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)單個(gè)衛(wèi)星在軌可靠性的方法，并根據(jù)星座中每顆衛(wèi)星的在軌可靠性，對(duì)星座可用性進(jìn)行評(píng)估和預(yù)測(cè)。本發(fā)明所解決的另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是：提供基于動(dòng)態(tài)可靠性估計(jì)的衛(wèi)星平均在軌剩余壽命估計(jì)方法。本發(fā)明所解決的還一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是：提供基于動(dòng)態(tài)可靠性估計(jì)的導(dǎo)航衛(wèi)星星座狀態(tài)概率的估計(jì)方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是：基于動(dòng)態(tài)可靠性估計(jì)的導(dǎo)航衛(wèi)星星座可用性評(píng)估方法，具體步驟為：(1)、建立動(dòng)態(tài)可靠性估計(jì)模型，基于可靠性估計(jì)，獲取單星故障率隨時(shí)間變化曲線(xiàn)，得到星座中所有衛(wèi)星故障率函數(shù)fm(t),m＝1～M，M為星座中的衛(wèi)星個(gè)數(shù)；(2)、根據(jù)步驟(1)所得的星座內(nèi)各顆衛(wèi)星的故障率函數(shù)，計(jì)算星座內(nèi)M顆衛(wèi)星中有k顆衛(wèi)星故障情況下，第n種故障組合的星座故障概率Pk,n(t)；(3)、計(jì)算星座內(nèi)M顆衛(wèi)星中有k顆衛(wèi)星故障情況下，第n種故障組合星座的固有可用性CVk,n值；(4)、計(jì)算導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的星座服務(wù)可用性隨時(shí)間變化關(guān)系，公式如下：A(t)=Σk=0MΣn=1MkPk,n(t)·CVk,n]]>所述步驟(1)獲取單星故障率隨時(shí)間變化曲線(xiàn)的具體方法為：(1.1)、建立單星的剩余壽命模型，得到單星的有效剩余壽命Tend；(1.2)、使用蒙特卡羅仿真，重復(fù)執(zhí)行步驟(1.1)，得到Ne個(gè)衛(wèi)星剩余壽命仿真值Tend(k),k＝1～Ne，Ne≥3000；(1.3)、以當(dāng)前時(shí)刻t0為起點(diǎn)，設(shè)置統(tǒng)計(jì)區(qū)間時(shí)間間隔為ΔTe，定義NDelta個(gè)統(tǒng)計(jì)區(qū)間：[t0,t0+i*ΔTe]，i＝1～NDelta，NDelta取值滿(mǎn)足NDelta×ΔTe≥Tend_max，其中，Tend_max為步驟(1.2)所得到的衛(wèi)星剩余壽命仿真值最大值；(1.4)、當(dāng)t0+Tend(k)∈[t0,t0+i*ΔTe]時(shí)，認(rèn)為該顆衛(wèi)星的到壽日期落在第i個(gè)統(tǒng)計(jì)區(qū)間內(nèi)，統(tǒng)計(jì)落在每一個(gè)統(tǒng)計(jì)區(qū)間[t0,t0+i*ΔTe]內(nèi)的衛(wèi)星累積到壽次數(shù)Fi，i＝1～NDelta；(1.5)、計(jì)算衛(wèi)星剩余壽命在統(tǒng)計(jì)區(qū)間[t0,t0+i*ΔTe]的概率：PT(i)＝1-Fi/Ne，i＝1～NDelta，即得到衛(wèi)星的剩余壽命時(shí)間分布；(1.6)、根據(jù)步驟(1.5)計(jì)算的衛(wèi)星的剩余壽命時(shí)間分布PT(i)，計(jì)算在每一個(gè)統(tǒng)計(jì)區(qū)間[t0,t0+i*ΔTe]內(nèi)的衛(wèi)星可靠性RT(i)，i＝1～NDelta，即得到衛(wèi)星的可靠性時(shí)間分布，計(jì)算公式為：RT(i)=PT(i)=1-FiNe]]>(1.7)、計(jì)算衛(wèi)星失效率在每一個(gè)統(tǒng)計(jì)區(qū)間[t0,t0+i*ΔTe]的衛(wèi)星的統(tǒng)計(jì)故障率fT(i)為：fT(i)=1-RT(i)=FiNe]]>(1.8)、將各個(gè)統(tǒng)計(jì)區(qū)間衛(wèi)星的統(tǒng)計(jì)故障率fT(i)擬合成單星故障率隨時(shí)間變化曲線(xiàn)f(t)。所述單星的有效剩余壽命Tend的計(jì)算方法為：(1.1.1)、根據(jù)衛(wèi)星設(shè)計(jì)可靠性R，計(jì)算衛(wèi)星隨機(jī)失效剩余壽命T1；(1.1.2)、獲取單星推進(jìn)劑余量X，計(jì)算衛(wèi)星消耗失效剩余壽命T2；(1.1.3)、獲取太陽(yáng)電池陣輸出功率W，計(jì)算衛(wèi)星退化失效剩余壽命T3；(1.1.4)、假設(shè)衛(wèi)星已工作時(shí)間為T(mén)0年，判斷步驟(1.1.1)～步驟(1.1.3)計(jì)算得到的一組剩余壽命數(shù)據(jù)(T1,T2,T3)是否有效，當(dāng)T1>T0時(shí)，該組數(shù)據(jù)有效，進(jìn)入步驟(1.1.5)；當(dāng)T1≤T0時(shí)，則認(rèn)為該組數(shù)據(jù)無(wú)效，丟棄該組剩余壽命數(shù)據(jù)，重復(fù)步驟(1.1.1)～步驟(1.1.4)；(1.1.5)、根據(jù)剩余壽命數(shù)據(jù)(T1,T2,T3)計(jì)算有效的衛(wèi)星剩余壽命Tend：Tend＝min(T1-T0,T2,T3)所述步驟(2)計(jì)算星座內(nèi)M顆衛(wèi)星中有k顆衛(wèi)星故障情況下，第n種故障組合的星座故障概率Pk,n(t)的公式為；Pk,n(t)=Πm=1kfn,m(t)·Πj=1M-k(1-fn,j(t))]]>式中，fn,m(t)＝fm(t),m＝1～Mfn,m(t)為整個(gè)星座內(nèi)M顆衛(wèi)星中有k顆衛(wèi)星故障時(shí)的第n種組合情況下第m顆衛(wèi)星的故障率函數(shù)。根據(jù)步驟(1.2)的計(jì)算結(jié)果，對(duì)Ne個(gè)有效衛(wèi)星剩余壽命仿真值求平均，能夠計(jì)算得到衛(wèi)星的平均在軌剩余壽命，計(jì)算公式為：Tend‾=Σk=1NeTend(k).]]>根據(jù)步驟(2)的計(jì)算結(jié)果，能夠計(jì)算得到星座狀態(tài)概率Pk(t)，計(jì)算公式為：Pk(t)=Σn=1Mk[Pk,n(t)].]]>本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：(1)本發(fā)明根據(jù)在軌星座的當(dāng)前運(yùn)行數(shù)據(jù)，引入隨機(jī)失效和其他退化性因素，實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)衛(wèi)星的在軌可靠性，可獲得高精度、高可靠的衛(wèi)星星座可用性，解決了以往方法僅依賴(lài)星座構(gòu)型設(shè)計(jì)推算星座可用性不準(zhǔn)確、不全面的問(wèn)題，以及不能對(duì)星座可用性進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估的問(wèn)題，該方法簡(jiǎn)單、便利，可用于工程使用和推廣。(2)本發(fā)明星座服務(wù)可用性的求解為當(dāng)前時(shí)刻到未來(lái)的估計(jì)，可求解衛(wèi)星未來(lái)多年的星座服務(wù)可用性，評(píng)估結(jié)果真實(shí)，易于查找星座的薄弱環(huán)節(jié)，提前進(jìn)行星座備份策略研究。(3)本發(fā)明衛(wèi)星的動(dòng)態(tài)可靠性評(píng)估方法綜合考慮了衛(wèi)星的設(shè)計(jì)狀態(tài)、在軌常駐故障、推進(jìn)劑損耗和太陽(yáng)電池陣衰減，引入衛(wèi)星的隨機(jī)失效、退化失效和消耗失效因素，采用衛(wèi)星當(dāng)前運(yùn)行數(shù)據(jù)，使用蒙特卡羅仿真方法，動(dòng)態(tài)評(píng)估衛(wèi)星的可靠性，解決了以往衛(wèi)星可靠性評(píng)估方法中僅考慮推進(jìn)劑導(dǎo)致評(píng)估結(jié)果不準(zhǔn)確、不全面的問(wèn)題，同時(shí)還解決了不能用可靠性預(yù)計(jì)方法實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)某顆衛(wèi)星剩余壽命的問(wèn)題。(4)本發(fā)明在評(píng)估整體星座可用性的同時(shí)，對(duì)單星的可靠性(失效率)預(yù)計(jì)、單星的平均在軌剩余壽命預(yù)計(jì)、單星對(duì)整個(gè)星座的影響(包括：星座中某幾顆星同時(shí)失效的概率(星座狀態(tài)概率)、星座中某幾顆星失效后的星座值(CV值))進(jìn)行計(jì)算，支持從多個(gè)角度對(duì)星座薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，對(duì)星座備份策略研究提供有力支撐。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明星座可用性計(jì)算流程圖；圖2是實(shí)施例的衛(wèi)星可靠性預(yù)計(jì)。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的基于動(dòng)態(tài)可靠性估計(jì)的導(dǎo)航衛(wèi)星星座可用性算法，主要包括：建立動(dòng)態(tài)可靠性估計(jì)模型、計(jì)算導(dǎo)航星座可用性等步驟。本發(fā)明的重點(diǎn)在于綜合考慮了衛(wèi)星的隨機(jī)失效、退化失效和消耗失效機(jī)理，仿真得出衛(wèi)星的實(shí)時(shí)在軌可靠性，再使用該可靠性來(lái)計(jì)算星座的服務(wù)可用性。本發(fā)明的基于動(dòng)態(tài)可靠性估計(jì)的導(dǎo)航衛(wèi)星星座可用性算法實(shí)現(xiàn)步驟如下：一、建立動(dòng)態(tài)可靠性估計(jì)模型，基于可靠性估計(jì)，獲取所有單星故障率隨時(shí)間變化曲線(xiàn)1、首先建立單星的剩余壽命模型，得到單星的有效剩余壽命Tend。具體步驟為：(1)考慮衛(wèi)星隨機(jī)失效機(jī)理，計(jì)算衛(wèi)星設(shè)計(jì)可靠度R決定的衛(wèi)星隨機(jī)失效剩余壽命T1每顆星的失效率λ為：式中，y為該顆星的設(shè)計(jì)壽命；R為單顆星按照當(dāng)前狀態(tài)工作至設(shè)計(jì)壽命y年的可靠度；衛(wèi)星隨機(jī)失效分布服從指數(shù)分布，每顆星由衛(wèi)星設(shè)計(jì)可靠度R決定的衛(wèi)星壽命T1為：T1=-1λln(1-rnd())/(365×24)=-ln(1-rnd())ln(R)---(2)]]>其中，rnd()為隨機(jī)函數(shù)，輸出為0～1間均勻分布的隨機(jī)數(shù)，T1單位為年。(2)計(jì)算由推進(jìn)劑余量X決定的衛(wèi)星消耗失效剩余壽命T2對(duì)任意一顆衛(wèi)星，每年消耗推進(jìn)劑Xmin～Xmax(kg)，衛(wèi)星不可使用的推進(jìn)劑殘留量、離軌再捕獲推進(jìn)劑消耗量和計(jì)算誤差量之和為Xend(kg)。典型的，推進(jìn)劑年消耗量取均勻分布。由推進(jìn)劑余量決定的衛(wèi)星最長(zhǎng)剩余壽命Tbx為：Tbx=X-XendXmin---(3)]]>由推進(jìn)劑余量決定的衛(wèi)星最短剩余壽命Tax為：Tax=X-XendXmax---(4)]]>由推進(jìn)劑決定的衛(wèi)星剩余壽命T2為：T2＝Tax+rnd()×(Tbx-Tax)(5)X為單顆星剩余推進(jìn)劑，從衛(wèi)星的推進(jìn)分系統(tǒng)遙測(cè)數(shù)據(jù)中獲取。(3)計(jì)算由太陽(yáng)電池陣輸出功率W決定的衛(wèi)星退化失效剩余壽命T3。計(jì)算求由退化失效決定的衛(wèi)星剩余壽命T3，需要考慮的衛(wèi)星退化失效因素有Q個(gè)，假設(shè)這些衛(wèi)星退化因素決定的衛(wèi)星剩余壽命為T(mén)3i，(i＝1,2,……,Q)，則T3取由各個(gè)退化失效因素決定的衛(wèi)星剩余壽命的最小值。典型的，一般認(rèn)為衛(wèi)星退化失效的決定性因素是太陽(yáng)電池陣功率衰減，所以，本發(fā)明中T3由太陽(yáng)電池陣功率衰減決定。對(duì)任意一顆衛(wèi)星，太陽(yáng)電池陣年衰減率為Wmin～Wmax，太陽(yáng)電池陣的輸出功率下限為Wend。由太陽(yáng)電池陣的輸出功率決定的衛(wèi)星最長(zhǎng)剩余壽命Tbw為：Tbw=W-WendW×Wmin---(6)]]>由太陽(yáng)電池陣的輸出功率決定的衛(wèi)星最短剩余壽命Taw為：Taw=W-WendW×Wmax---(7)]]>由太陽(yáng)電池陣的輸出功率決定的衛(wèi)星剩余壽命T3為：T3＝Taw+rnd()×(Tbw-Taw)(8)W為每顆星太陽(yáng)電池陣當(dāng)前能提供的功率，從衛(wèi)星的電源分系統(tǒng)遙測(cè)數(shù)據(jù)中獲取。(4)計(jì)算衛(wèi)星剩余壽命Tend。假設(shè)衛(wèi)星已工作時(shí)間為T(mén)0年，T1大于T0，認(rèn)為步驟(1)～步驟(3)計(jì)算的一組數(shù)據(jù)(T1,T2,T3)有效，T1小于等于T0，則認(rèn)為該組數(shù)據(jù)無(wú)效，舍棄本組數(shù)據(jù)。計(jì)算有效的衛(wèi)星剩余壽命Tend為：Tend＝min(T1-T0,T2,T3)(9)2、使用蒙特卡羅仿真，重復(fù)步驟(1)，(一般有效仿真次數(shù)應(yīng)在3000次以上)得到累計(jì)的有效仿真次數(shù)Ne和Ne個(gè)衛(wèi)星剩余壽命仿真值Tend(k),k＝1～Ne。3、根據(jù)單顆衛(wèi)星有效剩余壽命Tend，進(jìn)行衛(wèi)星可靠性和失效率的統(tǒng)計(jì)(1)根據(jù)步驟2得到的衛(wèi)星剩余壽命仿真值Tend(k),k＝1～Ne，統(tǒng)計(jì)剩余壽命時(shí)間分布；a.以當(dāng)前時(shí)刻t0為起點(diǎn)，設(shè)置統(tǒng)計(jì)區(qū)間時(shí)間間隔為ΔTe，如：一個(gè)月，定義NDelta個(gè)統(tǒng)計(jì)區(qū)間：[t0,t0+i*ΔTe]，i＝1～NDelta，NDelta取值滿(mǎn)足NDelta×ΔTe≥Tend_max，其中，Tend_max為步驟(1.2)所得到的衛(wèi)星剩余壽命仿真值最大值；b.當(dāng)t0+Tend(k)∈[t0,t0+i*ΔTe]時(shí)，認(rèn)為該顆衛(wèi)星的到壽日期落在第i個(gè)統(tǒng)計(jì)區(qū)間內(nèi)，統(tǒng)計(jì)落在每一個(gè)統(tǒng)計(jì)區(qū)間[t0,t0+i*ΔTe]內(nèi)的衛(wèi)星累積到壽次數(shù)(即失效次數(shù))Fi，i＝1～NDelta，F(xiàn)i表示在Tend(k),k＝1～Ne中，有Fi個(gè)Tend落在統(tǒng)計(jì)區(qū)間[t0,t0+i*ΔTe]內(nèi)；c.計(jì)算衛(wèi)星剩余壽命在統(tǒng)計(jì)區(qū)間[t0,t0+i*ΔTe]的概率：PT(i)＝1-Fi/Ne，i＝1～NDelta，即得到衛(wèi)星的剩余壽命時(shí)間分布；(2)根據(jù)步驟(1)的剩余壽命時(shí)間分布，進(jìn)行衛(wèi)星動(dòng)態(tài)可靠性和失效率的分布統(tǒng)計(jì)。衛(wèi)星的可靠性：在每一個(gè)統(tǒng)計(jì)區(qū)間[t0,t0+i*ΔTe]，i＝1～NDelta得到的衛(wèi)星可靠性RT(i)時(shí)間分布，計(jì)算公式為：RT(i)=PT(i)=1-FiNe---(11)]]>衛(wèi)星的失效率：在每一個(gè)統(tǒng)計(jì)區(qū)間[t0,t0+i*ΔTe]得到的衛(wèi)星失效率fT(i)為：fT(i)=1-RT(i)=FiNe---(12)]]>對(duì)fT(i)進(jìn)行線(xiàn)性擬合，可以得到衛(wèi)星的故障率函數(shù)f(t)和衛(wèi)星的可靠性函數(shù)R(t)＝1-f(t)。以上算法全面考慮了導(dǎo)致衛(wèi)星失效的三種機(jī)理，即隨機(jī)失效、退化失效和消耗失效機(jī)理，基于考慮隨機(jī)失效和退化失效和消耗失效的衛(wèi)星剩余壽命預(yù)測(cè)算法，得到衛(wèi)星的在軌動(dòng)態(tài)可靠性預(yù)計(jì)，該方法彌補(bǔ)了現(xiàn)有推算衛(wèi)星剩余壽命僅考慮推進(jìn)劑消耗的缺陷，同時(shí)將可靠性預(yù)計(jì)方法由原先的固有可靠性統(tǒng)計(jì)提升為動(dòng)態(tài)預(yù)計(jì)，更加符合實(shí)際情況。4、當(dāng)該衛(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)為M時(shí)，重復(fù)步驟1～步驟3得到該衛(wèi)星系統(tǒng)所有衛(wèi)星的故障率f1(t)～fM(t)。二、根據(jù)星座內(nèi)各顆衛(wèi)星的故障率，計(jì)算M顆衛(wèi)星中有k顆衛(wèi)星故障情況下的第n種組合星座故障概率Pk,n(t)。對(duì)于包含M顆衛(wèi)星的星座，用Sk(k＝0,1,…,M)表示星座故障狀態(tài)，S0是沒(méi)有衛(wèi)星故障的狀態(tài)，S1是有1顆衛(wèi)星故障的狀態(tài)，其他依次類(lèi)推。出現(xiàn)k顆衛(wèi)星故障的組合數(shù)為即M中選k的組合數(shù)，在這種組合中的第n種組合下的星座故障概率為Pk,n(t)，fn,m(t)表示第n種組合下第m顆衛(wèi)星的失效率，即為第m顆衛(wèi)星的失效率，fm(t)可根據(jù)需要由動(dòng)態(tài)可靠性估計(jì)模型中步驟(一)中獲取的單星的失效率隨時(shí)間變化曲線(xiàn)得出，采用如下公式計(jì)算Pk,n(t)：Pk,n(t)=Πm=1kfn,m(t)·Πj=1M-k(1-fn,j(t))---(13)]]>式中，fn,m(t)＝fm(t),m＝1～M三、計(jì)算M顆衛(wèi)星中有k顆衛(wèi)星故障時(shí)的第n種組合情況下星座的固有可用性CVk,n值。星座的固有可用性用CV值(星座值)來(lái)表示，可以根據(jù)星座設(shè)計(jì)，計(jì)算星座固有可用性CV值；固有可用性表明星座的設(shè)計(jì)狀態(tài)，如完好系統(tǒng)在服務(wù)區(qū)內(nèi)的CV值大于97％。當(dāng)星座構(gòu)型確定，CV值就可確定。將服務(wù)區(qū)分為L(zhǎng)個(gè)網(wǎng)格，在M顆衛(wèi)星中有k顆衛(wèi)星故障時(shí)的第n種組合情況下星座CVk,n值計(jì)算公式為：CVk,n=Σj=0JΣi=1Lbool(DOPt0+j*Δt,ik,n≤DOPmax)×areaiT×Area×100%---(16)]]>式中，T為總仿真時(shí)間，對(duì)應(yīng)整個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)星座回歸周期；Δt為仿真時(shí)間間隔，t0為當(dāng)前時(shí)刻，L為格網(wǎng)個(gè)數(shù)，bool()為布爾函數(shù)，Area為服務(wù)區(qū)域總面積，areai為第i個(gè)網(wǎng)格的面積，J為時(shí)間間隔總數(shù)，t0+j*Δt為第j個(gè)時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，為M顆衛(wèi)星中有k顆衛(wèi)星故障情況下的第n種組合下、t0+j*Δt時(shí)刻、第i個(gè)網(wǎng)格的DOP值，DOPmax為系統(tǒng)可提供服務(wù)的值DOP門(mén)限。例如，可選取總仿真時(shí)間T為7天；仿真時(shí)間間隔Δ為5分鐘；面積劃分精度(經(jīng)緯度)為2°；DOP值選用PDOP值，DOPmax取為5。四、計(jì)算導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的星座服務(wù)可用性A隨時(shí)間變化關(guān)系，計(jì)算公式如下：A(t)=Σk=1MΣn=1MkPk,n(t)·CVk,n---(17)]]>式中，A為考慮星座可用性和星座CV值情況下的服務(wù)可用性；M為星座中的衛(wèi)星數(shù)量；Pk,n(t)表示k顆衛(wèi)星失效情況下的各種組合中第n種情況的星座狀態(tài)概率，由(2)中得出；CVk,n表示有k顆衛(wèi)星失效情況下各種組合中第n種組合的星座CV值，由公式(16)得出。由此，可得到從當(dāng)前時(shí)刻起的星座服務(wù)可用性A隨時(shí)間變化情況。現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)衛(wèi)星星座可用性是基于衛(wèi)星的星座構(gòu)型設(shè)計(jì)，得到的是星座的固有可用性，如星座的精度可用性，CV值等，星座設(shè)計(jì)一旦確認(rèn)，固有可用性不隨時(shí)間變化，無(wú)法實(shí)時(shí)評(píng)估。本發(fā)明根據(jù)星座故障概率Pk,n(t)和星座固有可用性CV值，計(jì)算從當(dāng)前時(shí)刻起的星座服務(wù)可用性隨時(shí)間變化情況，可以根據(jù)該評(píng)估出的星座服務(wù)可用性，查找星座的薄弱環(huán)節(jié)，及時(shí)考慮星座的備份策略。如，隨時(shí)間的推移，受各顆衛(wèi)星固有可用性不斷下降的影響，星座服務(wù)可用性由最初的99％逐漸降低，當(dāng)?shù)陀谀骋婚T(mén)限如90％時(shí)，說(shuō)明星座存在薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)提前考慮備份策略。進(jìn)一步地，還可以通過(guò)對(duì)公式(9)所計(jì)算出來(lái)的Tend求平均，計(jì)算衛(wèi)星的平均在軌剩余壽命：Tend‾=Σk=1NeTend(k)---(10)]]>現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)隨機(jī)失效的考慮僅限于航天器固有可靠性預(yù)計(jì)。可靠性預(yù)計(jì)采用的是統(tǒng)計(jì)方法，但是一顆航天器是不具有統(tǒng)計(jì)意義的，因此，可靠性預(yù)計(jì)不能解決動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)一顆航天器壽命的問(wèn)題。換句話(huà)說(shuō)，可靠性預(yù)計(jì)只能靜態(tài)預(yù)測(cè)具有統(tǒng)計(jì)意義的一批同樣狀態(tài)的航天器的壽命分布，這對(duì)于一顆具體航天器而言是沒(méi)有意義的。本發(fā)明提出了基于蒙特卡羅仿真的一種實(shí)時(shí)算法，能夠動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)一顆具體航天器的剩余壽命，解決了以上問(wèn)題。進(jìn)一步地，定義出現(xiàn)k顆衛(wèi)星故障的概率值為星座狀態(tài)概率Pk(t)，即Sk出現(xiàn)的概率值為星座狀態(tài)概率Pk(t)，可根據(jù)步驟(一)中得到的星座內(nèi)各顆衛(wèi)星的故障率f1(t)～fM(t)，計(jì)算星座狀態(tài)概率，即在整個(gè)星座中存在某幾顆衛(wèi)星失效的概率，并推算從當(dāng)前時(shí)刻起星座狀態(tài)概率隨時(shí)間的變化情況；星座狀態(tài)概率與失效的衛(wèi)星數(shù)相關(guān)，還與衛(wèi)星已在軌工作的時(shí)間相關(guān)(與單星故障率相關(guān))，如，在完成組網(wǎng)5.5年時(shí)出現(xiàn)最多2顆衛(wèi)星失效的概率約為98％。從當(dāng)前時(shí)刻起的星座狀態(tài)概率Pk(t)隨時(shí)間變化情況為：Pk(t)=Σn=1Mk[Pk,n(t)]---(14)]]>Pk(t)=Σn=1Mk[Πm=1kfn,m(t)·Πj=1M-k(1-fn,j(t))]---(15)]]>以下通過(guò)具體實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明通過(guò)蒙特卡羅仿真獲得三種失效機(jī)理決定的衛(wèi)星剩余壽命時(shí)間，比較獲得衛(wèi)星剩余壽命，通過(guò)多次仿真獲得衛(wèi)星實(shí)時(shí)可靠性并可動(dòng)態(tài)更新：實(shí)施例已知某衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命y為10年，衛(wèi)星預(yù)計(jì)的可靠度R為0.6(10年)。目前，衛(wèi)星已在軌工作5年，星上一切正常；當(dāng)前剩余推進(jìn)劑為105kg，衛(wèi)星每年消耗推進(jìn)劑10kg～15kg,衛(wèi)星不可使用的推進(jìn)劑殘留量、離軌再捕獲推進(jìn)劑消耗量和計(jì)算誤差量之和為20kg；當(dāng)前功率為2480W，太陽(yáng)電池陣年衰減率為50W～80W，功率下限為2000W。退化失效中，僅考慮太陽(yáng)電池陣衰減因素。基于當(dāng)前狀態(tài)對(duì)該衛(wèi)星剩余壽命及分布預(yù)測(cè)如下。1)定義仿真次數(shù)為10萬(wàn)次，統(tǒng)計(jì)區(qū)間間隔為1個(gè)月。考慮當(dāng)前推進(jìn)劑剩余量，設(shè)置仿真時(shí)間為10年。2)假設(shè)衛(wèi)星服從指數(shù)分布，仿真得到衛(wèi)星隨機(jī)失效時(shí)間T1。由已知條件，衛(wèi)星失效率λ=-ln0.610×365×24=5.831×10-6]]>該衛(wèi)星在一次仿真中的隨機(jī)失效時(shí)間：T1=-1λln(1-η1)/(365×24)]]>式中，η1為隨機(jī)數(shù)，0<η1<1。2)假設(shè)推進(jìn)劑消耗服從均勻分布，仿真得到衛(wèi)星剩余壽命T2。由已知條件，推進(jìn)劑決定的衛(wèi)星剩余壽命為：T2＝(Tax+η2(Tbx-Tax))×8760式中，η2為隨機(jī)數(shù)，0<η2<1。3)假設(shè)太陽(yáng)電池陣剩余壽命服從均勻分布，仿真得到衛(wèi)星剩余壽命T3。由已知條件，由太陽(yáng)電池陣衰減決定的衛(wèi)星剩余壽命為：T3＝(Taw+η3(Tbw-Taw))×8760式中，η3為隨機(jī)數(shù)，0<η3<1。4)求整星剩余壽命。將T1與T0比較，如果T1小于等于T0，則舍棄本組數(shù)據(jù)；T1大于T0，則記為一次有效仿真。一次有效仿真中，該衛(wèi)星剩余壽命為T(mén)end＝min(T1-T0,T2,T3)。執(zhí)行10萬(wàn)次仿真后，可得到衛(wèi)星剩余壽命預(yù)測(cè)值即仿真得到的剩余壽命均值為5.75年。5)求整星可靠性預(yù)計(jì)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)設(shè)置條件，共有120個(gè)統(tǒng)計(jì)區(qū)間，通過(guò)統(tǒng)計(jì)在10萬(wàn)次仿真中每一個(gè)時(shí)間區(qū)間內(nèi)的衛(wèi)星失效次數(shù)，可得到該顆衛(wèi)星在軌可靠性曲線(xiàn)分布如圖2所示。本發(fā)明說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3