[发明专利]一种导航星座备份方法

摘要

本发明提供一种导航星座备份方法，包括根据影响卫星可靠度的因素，定义星座等级；分别定义星座运行期间。处于各选定星座等级的可用度优于设定值的概率要求，得到备份方案设计的设计要求；计算卫星运行的边界条件；建立面向对象的随机petri网分析模型；基于所述随机petri网分析模型，通过蒙特卡洛方法进行仿真，仿真类型包括以下两种地面备份策略仿真；或者，在轨备份和地面备份综合策略仿真，得到备份方案。采用了面向对象的随机petri网的分析模型，模拟真实星座中星座状态随时间的演变过程中的随机性事件，可以使制定的星座备份策略更加贴近设计要求。

主权项

一种导航星座备份方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据影响卫星可靠度的因素，定义星座等级；其中，所述星座等级包括星座有效等级和星座可用等级；步骤2：根据定位精度需求，从所定义的星座等级中选定至少一个星座等级，所选定的星座等级记为选定星座等级；分别定义星座运行期间，处于各选定星座等级的可用度优于设定值的概率要求，得到备份方案设计的设计要求；步骤3：计算卫星运行的边界条件；步骤4：建立面向对象的随机petri网分析模型，该分析模型的输入为步骤3得到的所述边界条件，该分析模型的变迁为星座运行中的各类事件，并定义各类变迁的发生条件和发生时间；步骤5，基于所述随机petri网分析模型，通过蒙特卡洛方法进行仿真，仿真类型包括以下两种：第一种：地面备份策略仿真，步骤如下：S5.1，设定初始参数值，包括：地面备份卫星数量最大值M；每种备份策略的仿真总次数为B；S5.2，当前备份策略为：地面备份卫星数m＝1；S5.3，以地面备份卫星数m作为所述随机petri网分析模型的输入，通过蒙特卡洛方法进行B次仿真，得到星座在不同推进时间点的B个星座状态；然后，执行S5.4；S5.4，通过对得到的B个星座状态进行统计分析，得到每种选定星座等级下，星座在该种备份策略下星座可用度优于设定值的概率，即得到地面备份卫星数为m时的各选定星座等级下，星座可用度优于设定值的概率；S5.5，判断m是否等于M，如果不等于，令m＝m+1；返回S5.3；如果等于，则执行S5.6；S5.6；通过上述循环，分别得到m＝1、2…M时，对应的星座可用度优于设定值的概率；以m值为横坐标，以星座可用度优于设定值的概率为纵坐标，得到仅地面备份情况下，在各种选定星座等级下，星座可用度优于设定值的概率随备份卫星数目的变化曲线；S5.7，对于每一种选定星座等级，均采用以下分析方式：设当前被分析的选定星座等级为选定星座等级j；将S5.6得到的与选定星座等级j对应的变化曲线，记为变化曲线j；将步骤2定义的与选定星座等级j对应的可用度优于设定值的概率要求，记为设计要求j；判断变化曲线j中，是否存在满足设计要求j的曲线段，如果不存在，则得出仅地面备份无法满足设计要求j的结论；然后执行S5.8；如果存在，则该曲线段的最小纵坐标值所对应的横坐标值，即为地面至少需要备份的卫星数量；S5.8，分析变化曲线j与设计要求j的偏离情况，对设计要求j中的可用度优于设定值的概率要求进行调整，得到一个新的设计要求j；然后通过分析变化曲线j，得到符合该新的设计要求j的地面至少需要备份的卫星数量；第二种：在轨备份和地面备份综合策略仿真，步骤如下：S5‑1，设定初始参数值，包括：总备份卫星数量最大值M；每种备份策略的仿真总次数为B；被仿真星座的轨道面数d1；每个轨道面备份卫星数量最大值D；S5‑2，当前备份策略为：每个轨道面备份卫星数量d2＝0；总备份卫星数m＝1；则地面备份卫星数d3＝m‑d2*d1；S5‑3，以d2和d3值作为所述随机petri网分析模型的输入，通过蒙特卡洛方法进行B次仿真，得到星座在不同推进时间点的B个星座状态；然后，执行S5‑4；S5‑4，通过对得到的B个星座状态进行统计分析，得到每种选定星座等级下，星座在该种备份策略下星座可用度优于设定值的概率，即得到每个轨道面备份卫星数量为d2、总备份卫星数为m时，各选定星座等级下，星座可用度优于设定值的概率；S5‑5，判断d2是否等于D，如果不等于，令d2＝d2+1；返回S5‑3；如果等于，则执行S5‑6；S5‑6，判断m是否等于M，如果等于，则执行S5‑7；如果不等于，则令m＝m+1，d2＝0，返回S5‑3，重新执行S5‑3‑S5‑6；S5‑7，通过上述循环，得到m＝1时，分别与d2＝0、1..D对应的D+1个星座可用度优于设定值的概率；得到m＝2时，分别与d2＝0、1..D对应的D+1个星座可用度优于设定值的概率；…直到m＝M时，分别与d2＝0、1..D对应的D+1个星座可用度优于设定值的概率；S5‑8，以m值为横坐标，以星座可用度优于设定值的概率为纵坐标，得到d2＝0、1..D时，在各种选定星座等级下，星座可用度优于设定值的概率随总备份卫星数量的变化曲线；S5‑9，对于每一种选定星座等级，对应D+1条变化曲线，均采用以下分析方式：设当前被分析的选定星座等级为选定星座等级j；将S5‑8得到的与选定星座等级j对应的变化曲线，分别记为：变化曲线1、变化曲线2…变化曲线D+1；将步骤2定义的与选定星座等级j对应的可用度优于设定值的概率要求，记为设计要求j；判断变化曲线1、变化曲线2…变化曲线D+1中，是否存在满足设计要求j的变化曲线，如果不存在，则得出通过地面备份和在轨备份，无法满足设计要求j的结论；然后执行S5‑10；如果存在，则将满足设计要求j的变化曲线记为变化曲线k；其中，k∈(1、2…D+1)；对于变化曲线k，查找到满足设计要求j的曲线段，该曲线段的最小纵坐标值所对应的横坐标值，即为至少需要备份的总卫星数量P；变化曲线k即为d2＝k对应的变化曲线，则：k*d1值为在轨备份卫星数量；地面备份卫星数量＝P‑k*d1；S5‑10，分析变化曲线1、变化曲线2…变化曲线D+1与设计要求j的综合偏离情况，对设计要求j中的可用度优于设定值的概率要求进行调整，得到一个新的设计要求j；然后通过分析变化曲线1、变化曲线2…变化曲线D+1，得到符合该新的设计要求j的至少需要备份的总卫星数量、在轨备份卫星数量和地面备份卫星数量。