求j中的可用度優(yōu)于設(shè)定值的概率要求進(jìn)行調(diào)整，得到一個(gè)新的設(shè)計(jì)要求j ;然后通過分析變化曲線1、變化曲線2...變化曲線D+1，得到符合該新的設(shè)計(jì)要求j的至少需要備份的總衛(wèi)星數(shù)量、在軌備份衛(wèi)星數(shù)量和地面?zhèn)浞菪l(wèi)星數(shù)量。
[0049]優(yōu)選的，步驟1具體為:
[0050]根據(jù)影響衛(wèi)星可靠度的因素，將衛(wèi)星劃分為三類:
[0051]失效衛(wèi)星:衛(wèi)星出現(xiàn)長期故障；其中，長期故障指災(zāi)難性的故障，需要地面發(fā)射一顆衛(wèi)星進(jìn)行替換；
[0052]有效衛(wèi)星:衛(wèi)星未出現(xiàn)長期故障；其中，未出現(xiàn)長期故障指:正常狀態(tài)、或出現(xiàn)短期故障、或調(diào)整衛(wèi)星的運(yùn)控操作；其中，短期故障是指可以通過更換衛(wèi)星硬件設(shè)備進(jìn)行維修的故障；
[0053]可用衛(wèi)星:衛(wèi)星當(dāng)前處于提供服務(wù)的狀態(tài)。
[0054]所述星座有效等級按從高到低的順序，依次記為:R0、R1、R2…Rm ;并且，R0等級星座的有效衛(wèi)星數(shù)量> R1等級星座的有效衛(wèi)星數(shù)量>吣> Rm等級星座的有效衛(wèi)星數(shù)量；所述星座可用等級按從高到低的順序，依次記為:P0、P1、P2…Pn ;并且，P0等級星座的可用衛(wèi)星數(shù)量> P1等級星座的可用衛(wèi)星數(shù)量>吣> Pn等級星座的可用衛(wèi)星數(shù)量。
[0055]優(yōu)選的，步驟3中，所述邊界條件包括:衛(wèi)星可靠度、衛(wèi)星操作維持平均間隔、衛(wèi)星操作維持平均持續(xù)時(shí)間、可恢復(fù)故障平均間隔、可恢復(fù)故障平均修復(fù)時(shí)間、平均應(yīng)急發(fā)射時(shí)間、發(fā)射成功率、軌道轉(zhuǎn)移平均時(shí)間、軌道轉(zhuǎn)移成功率、最大同時(shí)測試發(fā)射數(shù)量、最大同時(shí)軌道轉(zhuǎn)移數(shù)量。
[0056]優(yōu)選的，所述衛(wèi)星可靠度通過以下方法計(jì)算:
[0057]根據(jù)單星故障服從指數(shù)分布假設(shè)，衛(wèi)星故障的概率正比于工作時(shí)間，由于衛(wèi)星狀態(tài)具有一致性，同時(shí)假定衛(wèi)星在壽命末期的可靠度為常數(shù)，則在衛(wèi)星壽命期間，衛(wèi)星可靠度變化為:
[0058]f (t) = eln(a)Xt/L (1)
[0059]其中:
[0060]a:為衛(wèi)星壽命末期的可靠度，為常數(shù)；
[0061]t:為衛(wèi)星的壽命區(qū)間；
[0062]L:為衛(wèi)星的設(shè)計(jì)壽命。
[0063]優(yōu)選的，步驟5之后，還包括:
[0064]步驟6:當(dāng)給出在軌備份衛(wèi)星數(shù)目之后，還進(jìn)行在軌備份軌道選擇和設(shè)計(jì)的步驟，即:
[0065]確定在軌備份軌道高度；該在軌備份軌道高度為工作軌道高度；或者，與工作軌道高度有一定偏差的停泊軌道。
[0066]本發(fā)明提供的導(dǎo)航星座備份方法，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0067]采用了面向?qū)ο蟮碾S機(jī)petri網(wǎng)的分析模型，模擬真實(shí)星座中星座狀態(tài)隨時(shí)間的演變過程中的隨機(jī)性事件，例如衛(wèi)星操作維持平均間隔、衛(wèi)星操作維持平均持續(xù)時(shí)間、可恢復(fù)故障平均間隔、可恢復(fù)故障平均修復(fù)時(shí)間，可以使制定的星座備份策略更加貼近設(shè)計(jì)要求。
【附圖說明】
[0068]圖1為本發(fā)明提供的導(dǎo)航星座備份方法的流程示意圖；
[0069]圖2為本發(fā)明提供的為地面?zhèn)浞萸闆r下，星座可用度隨備份衛(wèi)星數(shù)目的變化曲線圖；
[0070]圖3為本發(fā)明提供的地面?zhèn)浞莺驮谲墏浞萸闆r下，星座可用度隨備份衛(wèi)星數(shù)目的變化曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0071]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0072]本發(fā)明提供一種導(dǎo)航星座地面?zhèn)浞莺驮谲墏浞莸脑O(shè)計(jì)方法，該方法包括以下步驟:
[0073]步驟1:根據(jù)影響衛(wèi)星可靠度的因素，定義星座等級；其中，所述星座等級為時(shí)間的函數(shù)，隨著星座運(yùn)行，星座等級發(fā)生動(dòng)態(tài)變化；所述星座等級包括星座有效等級和星座可用等級；
[0074]具體的，根據(jù)影響衛(wèi)星可靠度的因素，將衛(wèi)星劃分為三類:
[0075]失效衛(wèi)星:衛(wèi)星出現(xiàn)長期故障；
[0076]有效衛(wèi)星:衛(wèi)星未出現(xiàn)長期故障；
[0077]可用衛(wèi)星:衛(wèi)星當(dāng)前處于提供服務(wù)的狀態(tài)；
[0078]其中，長期故障指災(zāi)難性的故障，需要地面發(fā)射一顆衛(wèi)星進(jìn)行替換；未出現(xiàn)長期故障指:正常狀態(tài)、或出現(xiàn)短期故障、或調(diào)整衛(wèi)星的運(yùn)控操作；其中，短期故障是指可以通過更換衛(wèi)星硬件設(shè)備進(jìn)行維修的故障；由于運(yùn)控操作和短期故障的存在，部分未失效的衛(wèi)星也可能暫時(shí)無法提供服務(wù)，因此星座可用衛(wèi)星數(shù)不大于有效衛(wèi)星數(shù)。
[0079]所述星座有效等級按從高到低的順序，依次記為:R0、R1、R2…Rm ;并且，R0等級星座的有效衛(wèi)星數(shù)量> R1等級星座的有效衛(wèi)星數(shù)量>吣> Rm等級星座的有效衛(wèi)星數(shù)量；所述星座可用等級按從高到低的順序，依次記為:P0、P1、P2…Pn ;并且，P0等級星座的可用衛(wèi)星數(shù)量> P1等級星座的可用衛(wèi)星數(shù)量>吣> Pn等級星座的可用衛(wèi)星數(shù)量；
[0080]即:對于由多個(gè)衛(wèi)星構(gòu)成的星座，根據(jù)星座中處于不同狀態(tài)衛(wèi)星的數(shù)量，并考慮用戶實(shí)際需求，可靈活將星座劃分為不同的有效等級或可用等級。
[0081]例如，對于Walker 24/3/1星座，用戶根據(jù)實(shí)際需求，可定義以下星座有效等級:
[0082]R0:全部24顆ΜΕ0衛(wèi)星均有效，此時(shí)可以提供正常星座的全部性能。
[0083]R1:至少23顆ΜΕ0衛(wèi)星有效。
[0084]R2:三個(gè)軌道面上均至少有7顆ΜΕ0衛(wèi)星有效。
[0085]R3:星座至少有21顆衛(wèi)星有效。與R2相比，該等級可能出現(xiàn)同一軌道面有多顆ΜΕ0衛(wèi)星失效的情況。
[0086]可定義以下星座可用等級:
[0087]P0:全部24顆ΜΕ0衛(wèi)星均可用，此時(shí)可以提供正常星座的全部性能。
[0088]P1:至少23顆ΜΕ0衛(wèi)星可用。
[0089]P2:三個(gè)軌道面上均至少有7顆ΜΕ0衛(wèi)星可用。
[0090]P3:星座至少有21顆衛(wèi)星可用。
[0091]由于運(yùn)行階段各衛(wèi)星的狀態(tài)在不斷變化，因此星座的等級是隨衛(wèi)星狀態(tài)不斷發(fā)生變化的，是時(shí)間的函數(shù)。
[0092]顯然，考慮到星座的維持操作及故障狀態(tài)，星座可用等級比星座有效等級的要求更嚴(yán)格。如果當(dāng)前時(shí)刻星座處于某個(gè)可用等級，如P1等級，則其一定處于對應(yīng)的有效等級，即R1
[0093]步驟2:根據(jù)定位精度需求，從所定義的星座等級中選定至少一個(gè)星座等級，所選定的星座等級記為選定星座等級；
[0094]分別定義星座運(yùn)行期間。處于各選定星座等級的可用度優(yōu)于設(shè)定值的概率要求，得到備份方案設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求；
[0095]仍以Walker 24/3/1星座為例，用戶具體的定位精度需求為:在考慮星座可能發(fā)生故障、操作維護(hù)等情況下，導(dǎo)航系統(tǒng)整個(gè)服務(wù)區(qū)達(dá)到roop〈4的平均可用性大于0.95。
[0096]根據(jù)星座設(shè)計(jì)論證計(jì)算結(jié)果，星座等級只要優(yōu)于P3等級均可以滿足整個(gè)服務(wù)區(qū)達(dá)到H)0P〈4的指標(biāo)要求。P3等級下，星座只能保證可用衛(wèi)星數(shù)目不少于21顆，僅能滿足提供服務(wù)的最低要求。為留有余量，在分析中也對星座P2可用度進(jìn)行了分析?？紤]到R0等級為ΜΕ0星座的標(biāo)稱狀態(tài)，在運(yùn)行階段保持ΜΕ0滿星座運(yùn)行也是期望的。這一等級下星座的各項(xiàng)都經(jīng)過了詳細(xì)的論證，可以認(rèn)為能夠確保星座的可用性。因此可以選擇R0可用度作為備份方案設(shè)計(jì)的最高要求。由此分析出，選定星座等級分別為P3等級、P2等級和R0等級。
[0097]P3等級僅能滿足星座提供服務(wù)的最低要求，一旦無法滿足，星座提供達(dá)到導(dǎo)航性能指標(biāo)的可能性就會很低，因此備份方案設(shè)計(jì)必須保證運(yùn)行階段星座以很高的概率滿足星座的P3等級優(yōu)于95%的要求。為此提出備份方案設(shè)計(jì)的第一個(gè)層次的要求:運(yùn)行期間星座P3可用度優(yōu)于95%的概率不低于98%。
[0098]同樣P2、R0等級下系統(tǒng)還有一定冗余，即使星座暫時(shí)不能達(dá)到等級要求，依然可能提供導(dǎo)航性能，因此其概率要求可以有所降低。
[0099]通過上述分析，備份方案設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求如下:
[0100]設(shè)計(jì)要求1:運(yùn)行期間星座P3可用度優(yōu)于95%的概率不低于98% ；
[0101]設(shè)計(jì)要求2:運(yùn)行期間星座P2可用度優(yōu)于95%的概率不低于90% ；
[0102]設(shè)計(jì)要求3:運(yùn)行期間星座R0可用度優(yōu)于95%的概率不低于70%。
[0103]步驟3:計(jì)算衛(wèi)星運(yùn)行的邊界條件；所述邊界條件包括衛(wèi)星可靠度、衛(wèi)星操作維持平均間隔、衛(wèi)星操作維持平均持續(xù)時(shí)間、可恢復(fù)故障平均間隔、可恢復(fù)故障平均修復(fù)時(shí)間、平均應(yīng)急發(fā)射時(shí)間、發(fā)射成功率、軌道轉(zhuǎn)移平均時(shí)間、軌道轉(zhuǎn)移成功率、最大同時(shí)測試發(fā)射數(shù)量、最大同時(shí)軌道轉(zhuǎn)移數(shù)量。
[0104](1)對于衛(wèi)星可靠度，通過以下公式計(jì)算:
[0105]根據(jù)單星故障服從指數(shù)分布假設(shè)，衛(wèi)星故障的概率正比于工作時(shí)間，由于衛(wèi)星狀態(tài)一致性非常好，同時(shí)假定衛(wèi)星在壽命末期的可靠度為常數(shù)，則在衛(wèi)星壽命期間，衛(wèi)星可靠度變化為:
[0106]f (t) = eln(a)Xt/L (1)
[0107]其中:
[0108]a:為衛(wèi)星壽命末期的可靠度，為常數(shù)；
[0109]t:為衛(wèi)星