一种卫星稳态可用度计算方法与流程

[0001]
本发明涉及一种卫星稳态可用度计算方法，属于卫星总体设计技术领域。


背景技术：

[0002]
对于卫星来说，一般在轨不可修，属于不可修产品，而不可修产品一般强调可靠性而忽视可用性。近年来，随着对外出口型号的增多，对外交流时发现国外(特别是欧空局)比较重视卫星的可用性，比国内更加重视卫星的用户体验。而国内卫星目前还没有可用性指标和相应的计算方法，这在承担对外出口型号时就遇到了很多问题。
[0003]
可用性是指产品在任一随机时刻需要开始使用时，处于工作状态或可使用状态的程度，用概率来度量这种程度就叫可用度。可用度一般有稳态可用度和瞬时可用度之分，瞬时可用度用来表示特定时刻产品处于工作或可使用状态的概率，而稳态可用度用来表示产品在一段时间内处于工作或可用状态的时间占总时间的比例，具体的计算方法有很多种。本发明提出了一种基于安全模式的卫星稳态可用度计算方法。
[0004]
卫星在轨运行时，不可避免地会出现各种各样的问题。发生较严重的问题，而且卫星在轨又无法自主解决时，卫星就会进入安全模式，中断业务从而保证整星的安全。待地面故障排查，确定应对措施和遥控操作后，业务恢复才能正常。可以认为，卫星在轨进入安全模式即业务中断，从安全模式恢复即业务正常。可以通过计算卫星的平均每次进安全模式的中断时间占平均两次进安全模式的间隔时间的比例来计算卫星的在轨稳态可用度。


技术实现要素：

[0005]
本发明要解决的技术问题是：解决国内卫星没有可用性相关指标，没有适用的卫星可用性指标的分析计算方法。提供一种卫星稳态可用度计算方法，根据卫星在轨安全模式的种类，并结合对每个安全模式的故障树分析结果和对底事件发生概率的统计，计算出卫星的进入每个安全模式的概率，进而得到卫星进入每个安全模式的相对发生概率。再统计在轨相似型号的进入每个安全模式的平均持续时间和进入安全模式的平均间隔时间。所有安全模式的相对发生概率乘以平均持续时间然后累加，得到卫星进入一次安全模式的平均中断时间，卫星进入安全模式的平均间隔时间减去卫星进入一次安全模式的平均中断时间再除以进入安全模式的平均间隔时间就得到了卫星的稳态可用度。本方法针对目前国内卫星尚无可用性指标和可用性指标计算方法的情况，解决了对外出口型号用户提出的可用性要求无对应指标和无法分析验证的问题。
[0006]
本发明目的通过以下技术方案予以实现：
[0007]
一种卫星稳态可用度计算方法，包括如下步骤：
[0008]
s1、以卫星在轨安全模式中每个安全模式作为顶事件建立故障树；
[0009]
s2、根据故障树，统计各底事件的发生概率，计算出每个顶事件的发生概率，即每个安全模式的发生概率；
[0010]
s3、根据所有安全模式的发生概率，计算每个安全模式的相对发生概率；
[0011]
s4、基于现有数据中卫星在轨进入安全模式的时间和次数进行统计，获得卫星进入安全模式的平均间隔时间和每个安全模式的平均持续时间；
[0012]
s5、根据每个安全模式的相对发生概率、每个安全模式的平均持续时间，计算卫星进入一次安全模式的平均中断时间；
[0013]
s6、利用卫星进入安全模式的平均间隔时间、卫星进入一次安全模式的平均中断时间，确定卫星的稳态可用度。
[0014]
上述卫星稳态可用度计算方法，优选的，s3中，计算每个安全模式的相对发生概率的方法为：
[0015]
p
si
表示第i个安全模式的相对发生概率，p
i
表示第i个安全模式的发生概率。
[0016]
上述卫星稳态可用度计算方法，优选的，s4中，计算卫星进入安全模式的平均间隔时间的方法为：
[0017]
式中t
i
表示截止当前时间所统计的每颗卫星的累计在轨运行时间，c表示所统计的所有卫星在轨进入安全模式的总次数。
[0018]
上述卫星稳态可用度计算方法，优选的，s4中，计算卫星进入每个安全模式的平均持续时间的方法为：
[0019]
式中t
j
表示每次卫星进入该安全模式的持续时间，d表示截止到当前所有统计的卫星进入该安全模式的次数。
[0020]
上述卫星稳态可用度计算方法，优选的，s5中，计算卫星进入一次安全模式的平均中断时间的方法为：
[0021]
mdt＝∑(mdt
i
×
p
si
)，mdt表示卫星进入一次安全模式的平均中断时间，mdt
i
表示卫星进入一次第i安全模式的平均中断时间，p
si
表示第i安全模式的相对发生概率。
[0022]
上述卫星稳态可用度计算方法，优选的，s6中，卫星稳态可用度的计算方法为：
[0023]
a表示卫星的稳态可用度，mdt表示卫星进入一次安全模式的平均中断时间，mtbsm表示卫星进入安全模式的平均间隔时间。
[0024]
一种卫星稳态可用度计算装置，包括概率计算模块1、概率计算模块2、统计模块、平均中断时间计算模块、稳态可用度计算模块；
[0025]
所述概率计算模块1根据故障树统计各底事件的发生概率，计算出每个顶事件的发生概率，即每个安全模式的发生概率；
[0026]
所述概率计算模块2根据所有安全模式的发生概率，计算每个安全模式的相对发生概率；
[0027]
所述统计模块统计现有数据中卫星在轨进入安全模式的时间和次数，获得卫星进入安全模式的平均间隔时间和每个安全模式的平均持续时间；
[0028]
所述平均中断时间计算模块根据每个安全模式的相对发生概率、每个安全模式的平均持续时间，计算卫星进入一次安全模式的平均中断时间；
[0029]
所述稳态可用度计算模块利用卫星进入安全模式的平均间隔时间、卫星进入一次安全模式的平均中断时间，确定卫星的稳态可用度。
[0030]
上述卫星稳态可用度计算装置，优选的，计算卫星进入安全模式的平均间隔时间的方法为：
[0031]
式中t
i
表示截止当前时间所统计的每颗卫星的累计在轨运行时间，c表示所统计的所有卫星在轨进入安全模式的总次数；
[0032]
计算卫星进入每个安全模式的平均持续时间的方法为：
[0033]
式中t
j
表示每次卫星进入该安全模式的持续时间，d表示截止到当前所有统计的卫星进入该安全模式的次数。
[0034]
上述卫星稳态可用度计算装置，优选的，计算卫星进入一次安全模式的平均中断时间的方法为：
[0035]
mdt＝∑(mdt
i
×
p
si
)，mdt表示卫星进入一次安全模式的平均中断时间，mdt
i
表示卫星进入一次第i安全模式的平均中断时间，p
si
表示第i安全模式的相对发生概率。
[0036]
上述卫星稳态可用度计算装置，优选的，卫星稳态可用度的计算方法为：
[0037]
a表示卫星的稳态可用度，mdt表示卫星进入一次安全模式的平均中断时间，mtbsm表示卫星进入安全模式的平均间隔时间。
[0038]
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
[0039]
(1)提出了使用稳态可用度作为卫星在轨运行时的可用性指标，解决了国内卫星目前还没有可用性指标的问题。
[0040]
(2)通过卫星进出安全模式来统计卫星的在轨平均中断时间，较为方便统计数据和分析计算。
[0041]
(3)通过计算卫星进入每个安全模式的相对发生概率来表征卫星在轨每次进入安全模式是特定安全模式的概率，从而可以计算卫星进入一次安全模式的平均中断时间。
[0042]
(4)通过计算卫星在平均两次进安全模式之间的间隔时间内的稳态可用度来表征卫星整个在轨期间的稳态可用度，降低了分析计算的难度，使分析计算具有很好的实际可操作性。
[0043]
(5)利用大量已经在轨运行的相似型号的统计数据来计算卫星平均进入一次安全模式的中断时间，进入安全模式的平均间隔时间，使分析计算结果更接近真实情况，更准确。
附图说明
[0044]
图1为本发明的方法流程图。
[0045]
图2为实施例第一个安全模式的故障树分析图。
具体实施方式
[0046]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施
方式作进一步详细描述。
[0047]
一种卫星稳态可用度计算方法，包括如下步骤：
[0048]
s1、以卫星在轨安全模式中每个安全模式作为顶事件建立故障树；
[0049]
s2、根据故障树，统计各底事件的发生概率，计算出每个顶事件的发生概率，即每个安全模式的发生概率；
[0050]
s3、根据所有安全模式的发生概率，计算每个安全模式的相对发生概率；
[0051]
s4、基于现有数据中卫星在轨进入安全模式的时间和次数进行统计，获得卫星进入安全模式的平均间隔时间和每个安全模式的平均持续时间；
[0052]
s5、根据每个安全模式的相对发生概率、每个安全模式的平均持续时间，计算卫星进入一次安全模式的平均中断时间；
[0053]
s6、利用卫星进入安全模式的平均间隔时间、卫星进入一次安全模式的平均中断时间，确定卫星的稳态可用度。
[0054]
一种卫星稳态可用度计算装置，包括概率计算模块1、概率计算模块2、统计模块、平均中断时间计算模块、稳态可用度计算模块；
[0055]
所述概率计算模块1根据故障树统计各底事件的发生概率，计算出每个顶事件的发生概率，即每个安全模式的发生概率；
[0056]
所述概率计算模块2根据所有安全模式的发生概率，计算每个安全模式的相对发生概率；
[0057]
所述统计模块统计现有数据中卫星在轨进入安全模式的时间和次数，获得卫星进入安全模式的平均间隔时间和每个安全模式的平均持续时间；
[0058]
所述平均中断时间计算模块根据每个安全模式的相对发生概率、每个安全模式的平均持续时间，计算卫星进入一次安全模式的平均中断时间；
[0059]
所述稳态可用度计算模块利用卫星进入安全模式的平均间隔时间、卫星进入一次安全模式的平均中断时间，确定卫星的稳态可用度。
[0060]
作为本发明的一种优选方案，计算每个安全模式的相对发生概率的方法为：
[0061]
p
si
表示第i个安全模式的相对发生概率，p
i
表示第i个安全模式的发生概率。
[0062]
作为本发明的一种优选方案，计算卫星进入安全模式的平均间隔时间的方法为：
[0063]
式中t
i
表示截止当前时间所统计的每颗卫星的累计在轨运行时间，c表示所统计的所有卫星在轨进入安全模式的总次数。
[0064]
作为本发明的一种优选方案，计算卫星进入每个安全模式的平均持续时间的方法为：
[0065]
式中t
j
表示每次卫星进入该安全模式的持续时间，d表示截止到当前所有统计的卫星进入该安全模式的次数。
[0066]
作为本发明的一种优选方案，计算卫星进入一次安全模式的平均中断时间的方法为：
[0067]
mdt＝∑(mdt
i
×
p
si
)，mdt表示卫星进入一次安全模式的平均中断时间，mdt
i
表示卫星进入一次第i安全模式的平均中断时间，p
si
表示第i安全模式的相对发生概率。
[0068]
作为本发明的一种优选方案，卫星稳态可用度的计算方法为：
[0069]
a表示卫星的稳态可用度，mdt表示卫星进入一次安全模式的平均中断时间，mtbsm表示卫星进入安全模式的平均间隔时间。
[0070]
实施例：
[0071]
图1所示为本发明的方法流程图，本发明提供的一种卫星稳态可用度计算方法，具体步骤如下：
[0072]
(1)在卫星在轨安全模式中依次选择一个安全模式作为顶事件进行故障树分析，底事件分析到可以统计其发生概率为止；
[0073]
(2)根据故障树分析结果，统计各底事件的发生概率，计算顶事件的发生概率p
i
，即卫星在轨进入该安全模式的概率。如果没有充足的底事件统计数据，可以使用可靠性预计中的故障率数据来计算其发生概率；
[0074]
(3)依次计算所有安全模式的发生概率，按照下面的公式计算每个安全模式的相对发生概率p
si
：
[0075][0076]
(4)统计相似型号在轨进入安全模式的时间和次数，按照下面的公式计算卫星进入安全模式的平均间隔时间mtbsm：
[0077][0078]
式中t
i
表示截止当前时间所统计的每颗卫星的累计在轨运行时间，c表示所统计的所有卫星在轨进入安全模式的总次数。
[0079]
按照下面的公式计算卫星进入每个安全模式的平均持续时间mdt
i
：
[0080][0081]
式中t
j
表示卫星进入一次该安全模式的持续时间，d表示截止到当前所统计的所有卫星进入该安全模式的次数。
[0082]
(5)根据每个安全模式的相对发生概率p
si
以及每个安全模式的平均持续时间mdt
i
，按照下面的公式计算卫星进入一次安全模式的平均中断时间mdt：
[0083]
mdt＝∑(mdt
i
×
p
si
)。
[0084]
s6、按照下面的公式计算卫星的稳态可用度a：
[0085][0086]
具体的，以航天东方红卫星有限公司基于cast-2000平台的某光学遥感卫星为例：
[0087]
(1)在该卫星在轨安全模式中依次选择一个安全模式作为顶事件进行故障树分析，底事件分析到可以统计发生概率为止。该卫星的全部在轨安全模式如表1所示。
[0088]
表1
[0089]
序号在轨安全模式名称1能源安全模式2有效载荷安全模式3姿控安全模式4bapta堵转安全模式5整星侧摆异常安全模式6整星节省燃料安全模式7星敏感器定姿异常模式8星务主机安全模式9总线通信异常安全模式10cfi设备异常安全模式
[0090]
以表1中第一个安全模式为例，故障树分析图如图2所示。
[0091]
(2)根据故障树分析结果，统计各底事件的发生概率，计算顶事件的发生概率p
i
，即卫星在轨进入该安全模式的概率。以第一个安全模式为例，根据图2的分析结果，统计的各底事件发生概率如表2所示。
[0092]
表2
[0093]
序号底事件名称发生概率1母线电压过低0.0001382蓄电池组电压过低0.0001403蓄电池组当前电量过低0.0001564蓄电池组温度过高0.000155
[0094]
根据图2的故障树逻辑关系，假设各底事件相互独立，各底事件之间是一种并联关系，则顶事件的发生概率p
i
计算如下：
[0095]
p
i
＝1-(1-p
母线电压过低
)
×
(1-p
蓄电池组电压过低
)
×
(1-p
蓄电池组当前电量过低
)
×
(1-p
蓄电池组温度过高
)＝0.000589
[0096]
(3)依次计算所有安全模式的发生概率。按照下面的公式计算每个安全模式的相对发生概率p
si
：
[0097][0098]
其他各安全模式的分析计算过程略，所有安全模式分析完成后，各安全模式的发生概率p
i
和相对发生概率p
si
汇总如表3所示。
[0099]
表3
[0100][0101]
(4)统计相似型号在轨进入安全模式的时间和次数，按照下面的公式计算卫星进入安全模式的平均间隔时间mtbsm：
[0102][0103]
根据统计，目前cast-2000平台光学遥感卫星的mtbsm为75.147天，合1803.529小时。
[0104]
按照下面的公式计算卫星进入每种安全模式的平均持续时间mdt
i
：
[0105][0106]
根据统计，得到cast-2000平台光学遥感卫星在轨卫星进入每个安全模式的平均持续时间如表4所示。
[0107]
表4
[0108]
序号在轨安全模式名称平均持续时间1能源安全模式57.6小时2有效载荷安全模式38.4小时3姿控安全模式67.2小时4bapta堵转安全模式134.4小时5整星侧摆异常安全模式60小时6整星节省燃料安全模式244.8小时7星敏感器定姿异常模式76.8小时8星务主机安全模式24小时9总线通信异常安全模式28.8小时10cfi设备异常安全模式12小时
[0109]
(5)根据每个安全模式的相对发生概率p
si
以及每个安全模式的平均持续时间mdt
i
，按照下面的公式计算卫星进入一次安全模式的平均中断时间mdt：
[0110]
mdt＝∑(mdt
i
×
p
si
)。根据以上分析和统计的数据，得到该卫星进入一次安全模式
的平均中断时间mdt为45.90799小时，如表5所示。
[0111]
表5
[0112][0113][0114]
(6)按照下面的公式计算卫星的稳态可用度a：
[0115][0116]
经过计算，该卫星的稳态可用度为：
[0117]
a＝1-45.90799/1803.529＝0.974545≈97.45％。
[0118]
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
[0119]
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。