[发明专利]基于随机时间Petri网的星座备份策略评估方法及系统

说明书

本申请涉及一种基于随机时间Petri网的星座备份策略评估方法及系统，属于星座运行管理技术领域；方法包括：构建单星STPN模型和轨道面STPN模型，并根据单星STPN模型和轨道面STPN模型建立包含多种备份策略的导航星座STPN模型；根据导航星座STPN模型中的故障卫星数量和星座CV值，建立可用性模型，并根据导航星座STPN模型的运行成本，建立成本模型；采用可用性模型、成本模型对导航星座STPN模型进行评估，并根据评估结果从多种备份策略中确定出目标备份策略。本申请的方法充分评估星座中随机和确定事件对系统造成的冲击，能有效分析不同备份策略对星座运行参数的影响，可为导航星座备份策略设计优化提供量化依据。

技术领域

本申请涉及星座运行管理技术领域，尤其涉及一种基于随机时间Petri网的星座备份策略评估方法及系统。

背景技术

作为一个复杂的空间系统，导航星座的运行管理面临着许多挑战。导航星座运行过程中，卫星由于受到自身寿命和可靠性的限制，以及复杂恶劣的太空环境影响，会发生短期故障(可恢复的故障)或长期故障(不可恢复的故障)，从而造成星座服务性能的下降。因此，为了满足导航星座系统可用性、连续性和完整性的严格要求，需要根据其实际状况采取不同的备份策略，以便星座中卫星发生故障时，尽可能在最短时间内恢复星座的功能。根据全球定位系统(GPS)、全球导航卫星系统(GLONASS)和伽利略(Galileo)三大全球卫星导航系统建设运行的经验，星座备份策略对实现星座连续稳定运行具有十分重要的意义，是全球卫星导航系统星座设计的重要内容。

相关技术中，通过建立模型对星座备份策略进行研究，例如：采用Markov方法建立星座模型对星座备份策略进行研究、利用贝叶斯网络建立星座系统可用性模型，并根据可用性模型的要求提出合理的星座备份策略、针对大型通信卫星利用多级库存理论对星座进行建模，提出了一种基于停泊轨道特性和位置策略的优化备份策略，等等。然而，由于星座系统的复杂性，星座模型的建立面临着状态空间爆炸和资源分配等问题，而相关技术中的研究为了便于问题分析都对星座模型进行简化，同时对于星座备份策略的评估也多采用单一指标，这不利于星座备份策略的优化设计。

发明内容

本申请目的在于提供一种基于随机时间Petri网的星座备份策略评估方法及系统，进而至少在一定程度上克服了相关技术中的星座备份策略的优化设计存在不合理的问题，为星座系统结构的设计和参数选择提供依据。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案如下：

一方面，本申请提供一种基于随机时间Petri网的星座备份策略评估方法，包括：

构建单星STPN模型(Stochastic Timed Petri Nets，基于随机时间Petri网的模型)和轨道面STPN模型，并根据所述单星STPN模型和轨道面STPN模型建立包含多种备份策略的导航星座STPN模型；

根据所述导航星座STPN模型中的故障卫星数量和星座CV值，建立可用性模型，并根据所述导航星座STPN模型的运行成本，建立成本模型；

采用所述可用性模型和成本模型对所述导航星座STPN模型进行评估，并根据评估结果从所述多种备份策略中确定出目标备份策略。

在本申请的一种示例性实施例中，所述单星STPN模型和轨道面STPN模型形成空间子系统，所述方法还包括构建地面子系统；

所述根据所述单星STPN模型和轨道面STPN模型建立导航星座STPN模型，包括：

将所述空间子系统和所述地面子系统通过共享库所的方式进行连接，得到所述导航星座STPN模型；

其中，所述地面子系统是根据投产及发射补网的过程所构建的投产及发射补网模型。

在本申请的一种示例性实施例中，所述构建单星STPN模型和轨道面STPN模型具体包括：