[发明专利]多层卫星系统可靠性建模方法及设计优化方法

说明书

本发明公开了一种多层卫星系统可靠性建模方法及设计优化方法，该可靠性建模方法包括：系统结构分解：将多层卫星系统的所有元素按照自下而上的顺序构建若干个二层结构模块；寿命信息更新：按照从底层至顶层的顺序，根据经验寿命分布依次对二层结构模块进行更新，获取系统更新寿命分布；可靠性建模：根据系统更新寿命分布，计算系统的可靠性。本发明的多层卫星系统可靠性建模方法，将各层级寿命信息进行充分融合，有效集成多源信息，实现各层级不确定性模型的一致性，从而建立更准确更合理的可靠性模型，为卫星系统的可靠性设计优化提供模型基础。本发明的多层卫星系统可靠性设计优化方法，对设计变量进行优化，减少不必要的资源浪费。

技术领域

本发明涉及卫星系统可靠性分析技术领域，尤其涉及一种多层卫星系统可靠性建模 方法及设计优化方法。

背景技术

随着卫星复杂度和性能要求的不断提高，可靠性成为卫星设计阶段的重要设计因素。在对卫星进行可靠性建模时，系统中往往存在多种寿命分布信息。这些寿命信息大 多来自有经验的专家对系统、子系统及组件的判断，或是根据在轨失效数据进行统计分 析的结果。如何有效融合卫星多源寿命信息并建立更准确的可靠性模型从而实现卫星系 统可靠性设计优化是目前亟需解决的问题。

针对信息融合问题，Poole等提出了贝叶斯融合方法(Bayesian Melding Method，BMM)对系统进行多源信息融合。该方法利用系统的结构关系，将系统层与子系统层的 分布信息融合，从而更新子系统层的分布信息。在该方法的基础上，Guo等提出迭代融 合与更新方法(Iterative updating procedure based on Bayesian Melding Method,I-BMM)。 I-BMM是在BMM得到更新子系统分布的基础上，再次利用系统的结构关系，得到更新 的系统分布，从而将更新后的子系统和系统分布代替初始分布进行迭代更新。

通过分析发现，Guo等人提出的迭代更新方法并不能改变更新分布，而且在不确定性传播过程中，误差不断积累，导致更新后的分布精度并不高。另外，BMM和I-BMM 主要针对二层系统结构，不适用于对复杂的卫星系统进行多源信息融合与更新。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种多层卫星系统可靠性建 模方法及设计优化方法。具体技术方案如下：

第一方面，提供了一种多层卫星系统可靠性建模方法，所述方法包括：

系统结构分解：将多层卫星系统的所有元素按照自下而上的顺序构建若干个二层结 构模块；

寿命信息更新：按照从底层至顶层的顺序，根据经验寿命分布依次对二层结构模块 进行更新，获取系统更新寿命分布；

可靠性建模：根据系统更新寿命分布，计算系统的可靠性。

可选地，系统结构分解中，按照升序从底层至顶层对系统各个层级进行编号，底层为最 小的组件层，编号为Level 1，顶层为系统层，编号为Level N，定义第i层(1≤i≤N)的第j个元素为λ_ij，对于第i层(2≤i≤N)的所有元素，为每个元素λ_ij构建一个两层结构模块，定义为M_ij，该模块包含元素λ_ij及其在i-1层的子元素。

可选地，寿命信息更新中，利用贝叶斯融合过程对二层结构模块进行更新。

可选地，可靠性建模中，通过下述公式获取系统可靠性：

式中，R_s(t)表示系统可靠性，F_s(t)表示寿命的累积分布函数，f_s(t)表示系统更新寿 命分布，T表示寿命的随机变量。

第二方面，提供了一种多层卫星系统可靠性设计优化方法，所述方法包括：