熊笑 賈蒙楊 趙海濤 陳雷

(1 北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部，北京 100094)(2 中國空間技術(shù)研究院通信與導(dǎo)航衛(wèi)星總體部，北京 100094)(3 北京跟蹤與通信技術(shù)研究所，北京 100094)

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是提供空間信息和時(shí)間信息的重要基礎(chǔ)設(shè)施。美國、俄羅斯、歐盟先后建設(shè)了GPS、GLONASS、Galileo系統(tǒng)，在經(jīng)濟(jì)、軍事、科技等各領(lǐng)域發(fā)揮了巨大作用。我國于2010年前后啟動(dòng)北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)，2020年7月開通服務(wù)，系統(tǒng)精度、可用性等指標(biāo)已與GPS相當(dāng)，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益[1]。

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的最大風(fēng)險(xiǎn)來自于各類中斷。中斷即導(dǎo)航信號(hào)不可用的狀態(tài)，直接影響衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的可用性、連續(xù)性，決定了導(dǎo)航服務(wù)的質(zhì)量[2]。針對服務(wù)中斷風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與控制，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在研制中面臨了更為巨大的挑戰(zhàn)：其一，北斗系統(tǒng)服務(wù)類型多、軌道類型多，是當(dāng)前最復(fù)雜的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；其二，北斗系統(tǒng)在我國航天領(lǐng)域首次提出可用性和中斷指標(biāo)，且與GPS相當(dāng)；其三，國外技術(shù)封鎖，國內(nèi)技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，有關(guān)技術(shù)方法尚屬空白。

中斷風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與控制的前提和基礎(chǔ)是中斷分析技術(shù)。中斷分析是一種識(shí)別中斷事件及原因，分析中斷影響及其影響程度，并確定中斷關(guān)鍵環(huán)節(jié)的方法。評價(jià)中斷風(fēng)險(xiǎn)的三個(gè)要素為：中斷頻次(或功能中斷率)、中斷影響嚴(yán)重度(一般可分為服務(wù)/信號(hào)/任務(wù)中斷、功能中斷、無影響三類)和中斷恢復(fù)時(shí)間(或中斷持續(xù)時(shí)間)。以往研究主要關(guān)注星座及單星可用性綜合評價(jià)[2-8]，但鮮有文章論述研制階段如何識(shí)別中斷關(guān)鍵環(huán)節(jié)。文獻(xiàn)[9]提出了中斷頻次的分析方法，側(cè)重于中斷指標(biāo)的驗(yàn)證；文獻(xiàn)[10]提出危害時(shí)間模型，但僅聚焦單粒子軟錯(cuò)誤防護(hù)薄弱點(diǎn)的識(shí)別；歐洲航天局提出的中斷分析方法[11]在實(shí)踐中存在適用范圍有限，未解決中斷風(fēng)險(xiǎn)的綜合定量評估等問題。

由此，本文針對導(dǎo)航信號(hào)中斷風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的工程需求，提出并闡述了一種融合危害時(shí)間模型的導(dǎo)航信號(hào)中斷分析方法，從中斷頻次、中斷影響及其影響程度、中斷恢復(fù)時(shí)間、中斷傳播概率等多個(gè)維度綜合評估中斷風(fēng)險(xiǎn)，可適用于導(dǎo)航星座、衛(wèi)星、分系統(tǒng)、設(shè)備等多個(gè)層次。本文方法已應(yīng)用于北斗導(dǎo)航衛(wèi)星。

1 導(dǎo)航信號(hào)中斷的復(fù)雜性

導(dǎo)航信號(hào)中斷因素非常復(fù)雜，并表現(xiàn)為中斷事件的多樣性、中斷機(jī)理的復(fù)雜性、中斷影響的多維性。這些因素包括各種硬件故障、軟件異常、空間單粒子事件、計(jì)劃內(nèi)軌道控制、原子鐘調(diào)頻、故障處置策略、故障檢測方法、單星可靠性和壽命等。其中，既有相對確定的、可預(yù)期的因素，也有不確定的、難以預(yù)估的因素；既有可用性影響為分鐘級(jí)、小時(shí)級(jí)的短期因素，也有影響幾個(gè)月的長期因素。如圖1所示，通?？蓪⑦@些因素歸納為以下4類中斷。

圖1 導(dǎo)航信號(hào)中斷影響因素

(1)長期計(jì)劃中斷：衛(wèi)星由于燃料、能源、性能退化等工作到規(guī)定壽命或超期服役已經(jīng)不能滿足規(guī)定性能要求。

(2)長期非計(jì)劃中斷：衛(wèi)星發(fā)生永久性故障，不能再提供連續(xù)可用的導(dǎo)航信號(hào)。

(3)短期計(jì)劃中斷：為維持既定的星座構(gòu)型或衛(wèi)星狀態(tài)，進(jìn)行計(jì)劃性維護(hù)操作造成導(dǎo)航信號(hào)短時(shí)間中斷。

(4)短期非計(jì)劃中斷：由于空間環(huán)境效應(yīng)、空間信號(hào)干擾、軟件異常、設(shè)備故障等造成導(dǎo)航信號(hào)短時(shí)間中斷。

以上所有因素均可能引起導(dǎo)航衛(wèi)星服務(wù)中斷；而一顆或幾顆導(dǎo)航衛(wèi)星的中斷是否會(huì)引起衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的信號(hào)中斷又與星座構(gòu)型等相關(guān)。對于導(dǎo)航衛(wèi)星單星而言，計(jì)劃中斷可通過提前給出衛(wèi)星不可用標(biāo)識(shí)而不影響導(dǎo)航信號(hào)連續(xù)性，但非計(jì)劃中斷由于發(fā)生的不確定性，必然對導(dǎo)航信號(hào)的連續(xù)可用造成影響。因此，本文重點(diǎn)針對單星的短期非計(jì)劃中斷說明中斷分析方法及其實(shí)施過程。對其做適應(yīng)性修改即可應(yīng)用于其它中斷類型，也可推廣用于導(dǎo)航星座信號(hào)中斷分析。

2 中斷分析方法

2.1 現(xiàn)有技術(shù)的不足

歐洲航天局在其可用性標(biāo)準(zhǔn)中提出了中斷分析要求[11]，并以填表方式進(jìn)行中斷分析。中斷分析表的分析要素包括：功能影響、故障模式影響及分析(FMEA)參考項(xiàng)目號(hào)、檢測、恢復(fù)策略、中斷恢復(fù)時(shí)間、故障率等。從而能夠在一定程度上檢查電路故障的中斷影響。

但是，這一方法存在以下不足：①分析對象和分析要素僅局限于功能電路的短期非計(jì)劃中斷，未考慮軟件、冗余設(shè)備切換、計(jì)劃性操作等其他中斷事件，也不能直接分析星座系統(tǒng)的中斷風(fēng)險(xiǎn)。例如，北斗導(dǎo)航星座不同位置的衛(wèi)星信號(hào)中斷，對星座可用性的影響是不一樣的；不同衛(wèi)星的計(jì)劃性中斷事件頻次也差異很大。②功能影響較籠統(tǒng)，故障率指標(biāo)不能表征可用性所關(guān)注的電路異常導(dǎo)致功能中斷的概率。③未體現(xiàn)防護(hù)措施，特別是沒能給出如何進(jìn)行多因素綜合定量分析識(shí)別關(guān)鍵環(huán)節(jié)的方法。

因此，在工程研制階段如何科學(xué)地開展中斷分析，識(shí)別中斷關(guān)鍵環(huán)節(jié)是降低導(dǎo)航信號(hào)中斷風(fēng)險(xiǎn)影響的難點(diǎn)，其中需要解決的關(guān)鍵問題包括：

(1)保證中斷分析要素的全面性與相關(guān)性。中斷因素非常復(fù)雜，包括可預(yù)期的、不確定的、長期影響的或短期影響的各類因素及組合。故障不一定導(dǎo)致中斷，同時(shí)傳統(tǒng)衛(wèi)星FMEA往往忽略很多不影響衛(wèi)星可靠性但會(huì)導(dǎo)致衛(wèi)星短期中斷的異常，而中斷考察的要素范圍遠(yuǎn)大于可靠性。

(2)保證中斷分析對象的全面性與相關(guān)性。針對歐洲航天局僅分析功能電路的局限性，需要通過一種簡單有效的方式確定底層中斷事件，剔除與導(dǎo)航信號(hào)中斷無關(guān)的設(shè)備、元器件；同時(shí)，覆蓋所有分析對象(如星座系統(tǒng)中的每一顆衛(wèi)星、星上每臺(tái)設(shè)備等)，針對底層中斷事件列出所有可能的中斷事件、分析中斷原因、分析對服務(wù)/信號(hào)/任務(wù)或功能連續(xù)性的影響。

(3)保證中斷分析識(shí)別的準(zhǔn)確性。可靠性技術(shù)中通常以故障率排序得到關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但故障不等同于設(shè)備功能中斷，設(shè)備功能中斷也不一定導(dǎo)致衛(wèi)星或星座不可用。同時(shí)，故障率排序或者功能中斷率排序均未體現(xiàn)中斷后果和中斷恢復(fù)時(shí)間兩個(gè)重要因素。因此，在識(shí)別全部底層中斷事件的基礎(chǔ)上，須采用恰當(dāng)?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方法找出中斷最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，使中斷風(fēng)險(xiǎn)控制的效益最大化。

綜上，需要一種全層級(jí)、多維度的中斷分析方法，解決衛(wèi)星(或星座)中斷關(guān)鍵環(huán)節(jié)識(shí)別全面性和準(zhǔn)確性問題。

2.2 融合危害時(shí)間的中斷分析方法

借鑒FMEA和歐洲航天局的中斷分析方法，針對上述3個(gè)關(guān)鍵問題，本文提出分析要素更全、分析范圍更廣的中斷影響分析方法，3種方法的比對詳見表1。典型的星座系統(tǒng)/衛(wèi)星中斷分析表格包括以下要素：項(xiàng)目名稱和功能、可能的中斷事件、中斷原因、中斷影響(星座系統(tǒng)需逐級(jí)考慮對衛(wèi)星信號(hào)、星座服務(wù)的影響，衛(wèi)星需逐級(jí)考慮對設(shè)備、分系統(tǒng)、整星的影響)、嚴(yán)重度、防護(hù)措施、中斷頻次、恢復(fù)策略、中斷恢復(fù)時(shí)間、危害時(shí)間等。

表1 本文方法與FMEA、歐洲航天局中斷分析方法對比

2.3 定性分析

對于計(jì)劃中斷，可直接確定分析項(xiàng)目和中斷事件，填寫中斷分析表完成定性分析。

對于非計(jì)劃中斷，首先需要解決的是如何獲得中斷分析表中的分析對象(表中“項(xiàng)目名稱和功能”)。因此，本文提出利用多級(jí)矩陣圖和相關(guān)性分析的中斷定性分析方法。以衛(wèi)星非計(jì)劃中斷為例，其分析過程如下。

步驟1：獲取衛(wèi)星軟硬件配置情況，為快速確定分系統(tǒng)、設(shè)備和導(dǎo)航衛(wèi)星中斷的關(guān)系，結(jié)合衛(wèi)星功能分析、信息流分析建立中斷相關(guān)性線索表。導(dǎo)航信號(hào)短期非計(jì)劃中斷相關(guān)性線索見表2。

表2 短期非計(jì)劃中斷相關(guān)性線索表

步驟2：從功能維度建立分系統(tǒng)中斷相關(guān)性矩陣圖/表，根據(jù)分系統(tǒng)功能結(jié)合表2確定各分系統(tǒng)與短期非計(jì)劃中斷的相關(guān)性。

步驟3：對步驟2得到的短期非計(jì)劃中斷相關(guān)分系統(tǒng)，進(jìn)一步按組成建立設(shè)備級(jí)的中斷相關(guān)性矩陣圖/表。

步驟4：重復(fù)步驟3可得到所有與短期非計(jì)劃中斷相關(guān)的設(shè)備清單。

步驟5：針對某個(gè)設(shè)備，可繼續(xù)利用矩陣圖分析模塊/器件的中斷相關(guān)性。

綜上，結(jié)合功能、信息流設(shè)計(jì)信息，利用相關(guān)性矩陣圖/表可快速定位所有可能導(dǎo)致衛(wèi)星中斷的底層單元。

2.4 定量分析

前文已經(jīng)明確中斷風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的三個(gè)要素，對這些要素及其影響的定量評價(jià)則是當(dāng)前研究的核心內(nèi)容。在定量評價(jià)模型中，影響后果是進(jìn)行定量評價(jià)的約束條件，即不同嚴(yán)重程度的后果需要分別評價(jià)；中斷頻次和持續(xù)時(shí)間是兩個(gè)決定性參數(shù)，中斷頻次需要考慮中斷影響傳播過程的所有環(huán)節(jié)，持續(xù)時(shí)間需要考慮單粒子影響恢復(fù)過程的所有環(huán)節(jié)。

通過定性分析得到了引起中斷的薄弱環(huán)節(jié)清單，為準(zhǔn)確識(shí)別中斷關(guān)鍵環(huán)節(jié)，優(yōu)先針對中斷影響最大的環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)，需要建立一種包含以上要素的普適性的評價(jià)模型。本文綜合考察中斷發(fā)生頻次、中斷恢復(fù)時(shí)間，特別引入中斷傳播概率，研究提出了危害時(shí)間模型，通過對中斷事件影響的累積危害時(shí)間的歸一化處理，實(shí)現(xiàn)中斷關(guān)鍵環(huán)節(jié)的量化識(shí)別。危害時(shí)間從可用性角度綜合反映了某一中斷事件對衛(wèi)星的影響程度。

對應(yīng)導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)中斷后果，危害時(shí)間Tcij表示第i個(gè)對象第j個(gè)中斷事件在任務(wù)周期內(nèi)引起衛(wèi)星信號(hào)中斷的累計(jì)持續(xù)時(shí)間，其評估模型定義為

Tcij=fijβijTmiToij

(1)

式中：fij是第i個(gè)對象第j個(gè)中斷事件的發(fā)生率，例如某設(shè)備FPGA的功能中斷率，單位為次/h；βij是第i個(gè)對象第j個(gè)中斷事件引起衛(wèi)星信號(hào)中斷的傳播概率，無量綱；Tmi是第i個(gè)對象的任務(wù)時(shí)間，單位為h；則fijβijTmi是第i個(gè)對象在任務(wù)周期內(nèi)發(fā)生影響衛(wèi)星信號(hào)中斷的中斷事件次數(shù)；Toij是第i個(gè)對象第j個(gè)中斷事件對應(yīng)的平均中斷恢復(fù)時(shí)間，單位為h/次。

危害時(shí)間模型的提出，既可以從衛(wèi)星系統(tǒng)層面識(shí)別星座中斷關(guān)鍵的設(shè)備、器件和計(jì)劃性操作事件，也可以通過計(jì)算整星危害時(shí)間評價(jià)衛(wèi)星中斷設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)控制水平。

3 中斷分析實(shí)施過程

3.1 分析流程

在工程實(shí)施中，中斷分析包括定性分析和定量分析。通過定性分析全面識(shí)別中斷薄弱環(huán)節(jié)，作為中斷底層單元，分析中斷事件及影響；利用中斷傳播示意圖或中斷樹分析等方法，表征中斷底層單元對單星(或星座)的服務(wù)中斷影響的傳播路徑，基于危害時(shí)間模型進(jìn)行定量評估，從而準(zhǔn)確地獲得中斷薄弱環(huán)節(jié)關(guān)鍵程度排序，有針對性的進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)。導(dǎo)航信號(hào)中斷分析流程如圖2所示。

圖2 導(dǎo)航信號(hào)中斷分析流程圖

3.2 分析實(shí)施的關(guān)鍵技術(shù)

3.2.1 中斷底層單元的確定

根據(jù)2.3節(jié)，結(jié)合導(dǎo)航衛(wèi)星功能分析、信息流分析等獲得中斷線索表，再利用相關(guān)性分析方法，自上而下快速縮小分析范圍。分系統(tǒng)與短期非計(jì)劃中斷的相關(guān)性矩陣圖示例如圖3(a)所示，分析得到的短期非計(jì)劃中斷相關(guān)分系統(tǒng)。圖3(b)以“分系統(tǒng)1”為例，建立設(shè)備中斷相關(guān)性矩陣圖，重復(fù)本步驟可得到所有與短期非計(jì)劃中斷相關(guān)的設(shè)備清單。針對某個(gè)設(shè)備，也可繼續(xù)利用矩陣圖分析模塊/器件的中斷相關(guān)性。

注：◎表示密切相關(guān)；○表示相關(guān)；△表示可能相關(guān)；×表示不相關(guān)。

3.2.2 中斷傳播概率的確定

中斷底層單元引起導(dǎo)航衛(wèi)星中斷是一個(gè)故障傳播過程，由于從器件、設(shè)備到分系統(tǒng)、整星均有一定的防護(hù)措施，而且不同設(shè)備在導(dǎo)航信號(hào)生成與播發(fā)過程中的功能不同，因此需將中斷傳播概率納入分析過程。底層單元的中斷傳播概率β表示底層單元導(dǎo)致頂事件(衛(wèi)星中斷)發(fā)生的可能性，為各層級(jí)傳播概率之積，其計(jì)算公式如下。

(2)

式中：βk為單位時(shí)間內(nèi)本級(jí)事件造成上一級(jí)事件中斷的次數(shù)與本級(jí)事件發(fā)生次數(shù)之比，其取值范圍在[0,1]之間，可以通過地面故障注入測試、仿真分析、在軌數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等方法獲得。

3.2.3 獲取底層單元基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

底層單元可分為硬故障和軟故障兩類。硬故障的發(fā)生頻次可以近似采用硬件失效率轉(zhuǎn)換為單位時(shí)間的故障次數(shù)得到。軟故障主要關(guān)注FPGA的單粒子功能異常率，即FPGA在軌發(fā)生單粒子軟錯(cuò)誤后引起規(guī)定功能中斷的頻次。FPGA單粒子功能異常率既和器件的單粒子本征翻轉(zhuǎn)率有關(guān)，也和軌道條件、器件資源使用情況、單粒子防護(hù)設(shè)計(jì)情況等有關(guān)。目前，常見的方法是進(jìn)行地面輻照試驗(yàn)或者故障注入仿真來獲得單粒子功能異常率的數(shù)據(jù)，以及利用相似器件在軌數(shù)據(jù)的快速預(yù)估方法[8]。

中斷恢復(fù)時(shí)間取決于恢復(fù)策略、產(chǎn)品設(shè)計(jì)特性和衛(wèi)星運(yùn)行的固有特性。常見的恢復(fù)策略類型包括自主復(fù)位、遙控復(fù)位、加斷電、切換到備份、系統(tǒng)重構(gòu)等?；謴?fù)時(shí)間對應(yīng)在軌故障的恢復(fù)過程，包括故障檢測、執(zhí)行故障恢復(fù)措施、衛(wèi)星恢復(fù)正常工作狀態(tài)的過程，不考慮地面保障資源和管理相關(guān)的延誤時(shí)間。恢復(fù)時(shí)間一般是給出平均值或最大值。

3.2.4 中斷關(guān)鍵環(huán)節(jié)的評價(jià)

基于本文提出的基于危害時(shí)間模型的定量分析方法，中斷關(guān)鍵環(huán)節(jié)的量化評價(jià)步驟為：

(1)對應(yīng)任務(wù)中斷或功能中斷的影響后果，利用式(1)評估每一個(gè)中斷事件軟錯(cuò)誤的危害時(shí)間Tcij。

(2)評估每個(gè)器件或設(shè)備的所有中斷事件軟錯(cuò)誤累計(jì)危害時(shí)間Tci。

(3)由于Tci反映了器件或設(shè)備i對航天器系統(tǒng)的影響程度，對Tci進(jìn)行排序，識(shí)別關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

4 中斷分析案例

4.1 某導(dǎo)航衛(wèi)星簡介

某導(dǎo)航衛(wèi)星的基本任務(wù)是：接收地面控制系統(tǒng)注入的導(dǎo)航電文，并存儲(chǔ)、處理生成導(dǎo)航信號(hào)，向地面控制系統(tǒng)和用戶發(fā)送。衛(wèi)星包括有效載荷和平臺(tái)兩部分。有效載荷的基本構(gòu)成包括導(dǎo)航、天線分系統(tǒng)，平臺(tái)的基本構(gòu)成包括控制、推進(jìn)、綜合電子、測控、供配電、熱控和結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)。

4.2 確定中斷底層單元

首先，依據(jù)衛(wèi)星功能分析、信息流及冗余設(shè)計(jì)情況，分析各分系統(tǒng)和導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)中斷的相關(guān)性。經(jīng)分析，分系統(tǒng)A的故障會(huì)引起導(dǎo)航衛(wèi)星中斷，其中分系統(tǒng)A由3個(gè)子系統(tǒng)組成。進(jìn)一步依據(jù)分系統(tǒng)A的設(shè)計(jì)信息，依據(jù)表2分析各設(shè)備和導(dǎo)航信號(hào)生成與播發(fā)的相關(guān)性，確定可能導(dǎo)致導(dǎo)航衛(wèi)星中斷的底層單元，分析結(jié)果見表3。

表3 分系統(tǒng)A各設(shè)備和導(dǎo)航衛(wèi)星中斷的相關(guān)性分析

4.3 確定中斷傳播路徑

根據(jù)2.2節(jié)，各設(shè)備中斷事件及影響如表4所示。

表4 設(shè)備中斷事件及影響分析

利用圖4表征中斷傳播路徑和底層單元到整星的中斷傳播概率，圖中βm-n表示可能的中斷事件m導(dǎo)致上一級(jí)中斷事件n的中斷傳播概率。

圖4 某導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)中斷傳播示意圖

根據(jù)式(2)計(jì)算各底層單元的中斷傳播概率。以中斷事件(底層單元)X1為例，X1導(dǎo)致導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)中斷T0的中斷傳播概率為

βX1-T0=βX1-E1×βE1-T0=0.6

(3)

同理，可求得中斷事件X2～X7導(dǎo)致導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)中斷的中斷傳播概率。

4.4 獲取底層單元基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

圖4中底層單元的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如表5所示，其中發(fā)生頻次由以下兩類數(shù)據(jù)組成。

(1)設(shè)備A2、A3、A4的軟故障頻次，即由于單粒子事件引起功能中斷的頻次，與軟故障中斷間隔時(shí)間互為倒數(shù)。

(2)設(shè)備A2、A3、A4、A5的硬件失效率。

若所有設(shè)備的任務(wù)時(shí)間均為1年，將中斷發(fā)生頻次、中斷傳播概率和中斷持續(xù)時(shí)間對應(yīng)數(shù)據(jù)代入式(1)，可得各中斷事件的危害時(shí)間，結(jié)果見表5。

表5 中斷樹各底層單元的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和危害時(shí)間

4.5 定量判定中斷關(guān)鍵環(huán)節(jié)

如圖5(a)所示，若根據(jù)故障率/功能中斷率識(shí)別薄弱環(huán)節(jié)，不僅會(huì)將中斷事件X3對應(yīng)的主要影響衛(wèi)星上注功能的設(shè)備A3作為薄弱點(diǎn)，還會(huì)忽略對導(dǎo)航信號(hào)影響較大的設(shè)備A4的中斷事件X6。

如圖5(b)所示，利用本文提出的融合危害時(shí)間模型的中斷關(guān)鍵環(huán)節(jié)識(shí)別方法，可客觀的將中斷事件X5和X6對應(yīng)的設(shè)備A4識(shí)別為薄弱點(diǎn)；同時(shí)，將主要影響上注功能的設(shè)備A3篩選出來，明確其并不是信號(hào)中斷需重點(diǎn)關(guān)注的薄弱環(huán)節(jié)，這與導(dǎo)航衛(wèi)星實(shí)際運(yùn)行情況是一致的。

圖5 導(dǎo)航衛(wèi)星中斷關(guān)鍵環(huán)節(jié)定量判定

同時(shí)，可獲得設(shè)備A2～A5的危害時(shí)間分別為1.66×10-2h/年、1.86×10-4h/年、1.32×10-2h/年和2.0×10-4h/年，從而得到設(shè)備危害時(shí)間排序。從而判定設(shè)備A2為最需關(guān)注的中斷關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

5 結(jié)束語

全面且準(zhǔn)確識(shí)別引起中斷的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是有效降低中斷風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)的前提和基礎(chǔ)，是保證衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的基本途徑。本文基于中斷評估三要素，融合危害時(shí)間模型，提出了一套完整的中斷分析方法。通過本文案例和工程實(shí)踐表明：

(1)中斷風(fēng)險(xiǎn)的定量判定，不僅需要考慮中斷發(fā)生頻次，還需考慮中斷所關(guān)注中斷持續(xù)時(shí)間和故障傳播引起整星中斷存在的不確定性(即中斷傳播概率)。

(2)利用相關(guān)性分析，可快速確定中斷底層單元。

(3)相比傳統(tǒng)技術(shù)通過故障率排序得到薄弱環(huán)節(jié)，基于危害時(shí)間模型進(jìn)行中斷風(fēng)險(xiǎn)定量評估，可準(zhǔn)確判定中斷風(fēng)險(xiǎn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

本文方法適用于星座中斷關(guān)鍵環(huán)節(jié)識(shí)別，也適用于短期非計(jì)劃中斷、短期計(jì)劃中斷、長期中斷等各類中斷風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)識(shí)別,可推廣應(yīng)用于下一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、通信星座系統(tǒng)等。