[發(fā)明專利]基于隨機時間Petri網(wǎng)的星座備份策略評估方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010551432.7
• 申請日: 2020-06-16
• 公開（公告）號: CN111795690B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡敏;王許煜;李強;李玖陽;李菲菲;趙玉龍;張銳;武暾
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍戰(zhàn)略支援部隊航天工程大學(xué)
• 主分類號: G01C21/02
• 分類號: G01C21/02;G01C21/24
• 代理公司: 北京元周律知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11540
• 代理人: 王惠

1.一種基于隨機時間Petri網(wǎng)的星座備份策略評估方法，其特征在于，包括：

構(gòu)建單星STPN模型和軌道面STPN模型，并根據(jù)所述單星STPN模型和所述軌道面STPN模型建立包含多種備份策略的導(dǎo)航星座STPN模型；

根據(jù)所述導(dǎo)航星座STPN模型中的故障衛(wèi)星數(shù)量和星座CV值，建立可用性模型，并根據(jù)所述導(dǎo)航星座STPN模型的運行成本，建立成本模型；

采用所述可用性模型和所述成本模型對所述導(dǎo)航星座STPN模型進(jìn)行評估，并根據(jù)評估結(jié)果從所述多種備份策略中確定出目標(biāo)備份策略；

所述運行成本包括固有成本、補給成本、存儲成本和短缺成本；

根據(jù)所述導(dǎo)航星座STPN模型的運行成本，建立成本模型：

其中，固有成本Q為：K·x+3·(y+S·x+S·z)，補給成本R為：s·x+h·y+l·z，假設(shè)t_k時刻系統(tǒng)發(fā)生衛(wèi)星生產(chǎn)變遷，t_k-1時刻發(fā)生衛(wèi)星發(fā)射變遷，則相應(yīng)的儲存成本為：K_k-1·(t_k-t_k-1)·v,k＝1,2,...n，假設(shè)t_i時刻系統(tǒng)發(fā)生衛(wèi)星替換變遷，t_i-1時刻發(fā)生衛(wèi)星故障變遷，則相應(yīng)的短缺成本為：M_i-1·(t_i-t_i-1)·c,i＝1,2,...j；

其中，x為衛(wèi)星成本，y為運載火箭成本，z為單星發(fā)射成本，v為每小時單星的儲存成本，c為每小時單星的短期成本，t₀為運行初始時刻，t₀時刻地面?zhèn)浞菪l(wèi)星數(shù)為K，t₀時刻每個軌道面的在軌備份衛(wèi)星數(shù)S，s為衛(wèi)星生產(chǎn)數(shù)量，h為運載火箭生產(chǎn)數(shù)量，l為發(fā)射衛(wèi)星總數(shù)量，第k個衛(wèi)星生產(chǎn)或發(fā)射時刻t_k，t_k時刻地面?zhèn)浞菪l(wèi)星數(shù)為K_k，n為衛(wèi)星生產(chǎn)和發(fā)射事件的總數(shù)，k＝1,2,...n，第n個衛(wèi)星生產(chǎn)或發(fā)射時刻t_n，t_n時刻地面?zhèn)浞菪l(wèi)星數(shù)為K_n，第i個衛(wèi)星替換或故障時刻t_i，t_i時刻星座故障衛(wèi)星數(shù)M_i，j為衛(wèi)星替換和故障事件的總數(shù)，T為系統(tǒng)運行時間。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述單星STPN模型和軌道面STPN模型形成空間子系統(tǒng)，所述方法還包括：

根據(jù)投產(chǎn)及發(fā)射補網(wǎng)過程構(gòu)建地面子系統(tǒng)；

所述建立導(dǎo)航星座STPN模型具體包括：

將所述空間子系統(tǒng)和所述地面子系統(tǒng)通過共享庫所的方式進(jìn)行連接，得到所述導(dǎo)航星座STPN模型。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述構(gòu)建單星STPN模型和軌道面STPN模型具體包括：

基于導(dǎo)航星座系統(tǒng)的實際運行信息，預(yù)設(shè)所述導(dǎo)航星座STPN模型的初始化階段信息和運行維護(hù)階段信息；

確定衛(wèi)星壽命期間發(fā)生的故障及修復(fù)方式，根據(jù)所述修復(fù)方式以及所述初始化階段信息和所述運行維護(hù)階段信息，構(gòu)建單星STPN模型；

根據(jù)軌道中在軌備份衛(wèi)星替換故障衛(wèi)星的方式及所述軌道向地面系統(tǒng)發(fā)送發(fā)射需求的方式，構(gòu)建所述軌道面STPN模型；

其中，所述軌道面STPN模型中包括預(yù)設(shè)數(shù)量的工作衛(wèi)星和在軌備份衛(wèi)星，在所述工作衛(wèi)星失效時，所述在軌備份衛(wèi)星對所述工作衛(wèi)星進(jìn)行替換。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，確定衛(wèi)星壽命期間發(fā)生的故障及修復(fù)方式，包括：

當(dāng)所述衛(wèi)星發(fā)生短期故障或維護(hù)故障時，進(jìn)行衛(wèi)星修復(fù)；

當(dāng)所述衛(wèi)星發(fā)生長期故障時，則進(jìn)行備份衛(wèi)星替換。