CN113988650A - 一种空间频率轨道资源综合效益评估方法 - Google Patents

一种空间频率轨道资源综合效益评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种空间频率轨道资源综合效益评估方法，具体为：确定一级指标空间频率轨道资源综合效益下的各二级指标，包括空间资源的需求一致性指标、战略价值指标、轨位投入使用风险指标、军事效益指标、协调难度指标；分别制定各二级指标下的三级指标体系；采用模糊分析法，构建有层次的结构模型，针对每级指标给定判决矩阵；基于二～四级判决矩阵，分别计算权重向量；生成四级矩阵的评价矩阵，将四级矩阵的模糊满意度和评价矩阵进行运算，得到四级矩阵的评估值，将四级矩阵的评估值作为三级矩阵的评价矩阵，依次类推，得到一级指标的评估值矩阵，从中选取最大值作为一级指标的效能评估值。本发明为空间资源价值评估、投入使用决策提供了支撑。

Description

一种空间频率轨道资源综合效益评估方法
技术领域
本发明涉及卫星频率轨道技术领域，特别是一种空间频率轨道资源综合效益评估方法。
背景技术
近些年来，随着无线通信技术的飞速发展，卫星通信凭借着不可比拟的优势开始受到越来越多的关注，世界各国对卫星发展日益重视，对频率轨道资源的需求也日益增长。但是由于其具有有限性并且申报一个空间频率轨道资源代价较大，所以在当前激烈的频轨资源竞争环境下，提出合理的效能评估方法，有助于我们了解并掌握一个频率轨道资源投入使用的可能性，明确使用价值，对频率轨道资源的使用决策提供可靠依据。
当前没有较为统一的频率轨道资源评估方法，在对频轨资源进行衡量时，多由业内资深专家根据多年申报资料和协调经验来判断，无法进行大规模评估，导致专业人士的工作量巨大，不利于后期工作的开展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种空间频率轨道资源综合效益评估方法，通过对空间频轨资源做较为全面的综合考量，形成可定性定量衡量空间频谱资源效用的完备指标体系，实现频轨资源综合效益的充分评估。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种空间频率轨道资源综合效益评估方法，包括以下步骤：
步骤1、从空间资源的特性出发，针对国际电联收录的空间频轨资源，建立效用指标遵循原则；
步骤2、针对卫星系统对于空间频率轨道资源需求的多样性和空间资源战略性特点，确定一级指标即空间频率轨道资源综合效益A下的各二级指标，二级指标包括空间资源的需求一致性指标A1、战略价值指标A2、轨位投入使用风险指标A3、军事效益指标A4、协调难度指标A5；
步骤3、制定空间资源的需求一致性指标A1下的第一三级指标体系；
步骤4、制定战略价值指标A2下的第二三级指标体系；
步骤5、制定投入使用风险指标A3下的第三三级指标体系；
步骤6、制定军事效益指标A4下的第四三级指标体系；
步骤7、制定协调难度指标A5下的第五三级指标体系；
步骤8、采用模糊分析法，构建有层次的结构模型，包括一级指标、二级指标、三级指标以及三级指标下的四级指标，针对每级指标给定判决矩阵；
步骤9、基于二级、三级和四级判决矩阵，分别计算权重向量；
步骤10、基于权重向量，生成四级矩阵的评价矩阵，将四级矩阵的模糊满意度和评价矩阵进行运算，得到四级矩阵的评估值，将四级矩阵的评估值作为三级矩阵的评价矩阵，依次类推，得到一级指标的评估值矩阵C；
步骤11、选取矩阵C中最大值作为一级指标的效能评估值。
进一步地，步骤1所述从空间资源的特性出发，针对国际电联收录的空间频轨资源，建立效用指标遵循原则，具体如下：
(1.1)客观性原则：评估指标应该由能够定性和定量描述的物理指标为基础，主要指标能够量化度量，客观反映空间资源的价值；
(1.2)可执行度：主要评估指标要能够量化计算，计算过程能够依托专业工具得到；
(1.3)战略性：评估指标里要有部分指标用于评价卫星网络资源的储备价值，要能够结合当前急缺资源和使用急需，客观度量空间资源的应用价值；
(1.4)前瞻性：评估指标里要有部分指标用于评价卫星网络资源的储备价值，要能够顺应卫星系统发展趋势，客观度量空间资源的储备价值。
进一步地，步骤2所述二级指标包括空间资源的需求一致性指标A1、战略价值指标A2、轨位投入使用风险指标A3、军事效益指标A4、协调难度指标A5，具体如下：
(2.1)空间资源的需求一致性指标A1，用于度量所申报空间资源是否可满足卫星系统使用需求的关键指标；
(2.2)战略价值指标A2，用于度量申报空间资源未来战略前景和潜在应用价值，反映申报资源中非急缺资源对于未来潜在需求的支撑度和潜在应用前景；
(2.3)轨位投入使用风险指标A3，用于评估申报资源是否可以成功投入使用的风险，反映空间资源从申报到激活的可行性；
(2.4)军事效益指标A4，用于评估其支持军事系统规划和建设的能力；
(2.5)协调难度指标A5，用于量化协调任务的工作量和迫切程度。
进一步地，步骤3所述制定空间资源的需求一致性指标A1下的第一三级指标体系，具体如下：
确定空间资源的需求一致性指标A1下的二级指标，定义为第一三级指标体系，包括投入使用时间指标A11、平台控制一致性指标A12、工作频率一致性指标A13、业务区一致性指标A14、辐射包络一致性指标A15、业务类型一致性指标A16、解调门限保护要求一致性指标A17，其中：
投入使用时间指标A11，用于判断卫星正式投入使用的时间裕量；
平台控制一致性指标A12，要求空间资源的卫星电台所申报的定点能力满足不高于实际平台控制经度；
工作频率一致性指标A13和业务区一致性指标A14，要求卫星网络的波束属性满足实际卫星波束的要求，申报的频率需覆盖实际系统；业务区也需要包含实际提供服务的区域；
辐射包络一致性指标A15，要求卫星网络的频率指配信息的信号辐射包络包含实际卫星系统载波的最大辐射能力；辐射包络一致性指标A15下的二级指标，定义为第一四级指标体系，包括下行辐射包络一致性指标A151、上行辐射包络一致性指标A152和星间辐射包络一致性指标A153；
业务类型一致性指标A16，应用属性申报时包含卫星系统的业务应用，以确保频率指配应用的合法性；业务类型一致性指标A16下的二级指标，定义为第二四级指标体系，包括空间站业务一致性指标A161、地球站业务一致性指标A162；
解调门限保护要求一致性指标A17，要求频率指配对应的载波属性反映解调的实际要求。
进一步地，步骤4所述制定战略价值指标A2下的第二三级指标体系，具体如下：
确定战略价值指标A2下的二级指标，定义为第二三级指标体系，包括覆盖区必要性指标A21、频段稀缺性指标A22、有效频率指配数指标A23、可支持地球站指标A24、可利用度指标A25、与其他系统的合作度指标A26，其中：
覆盖区必要性指标A21，用于评估空间资源支撑国家和卫星系统规划所申报资源的综合性战略价值；
频段稀缺性指标A22，用于评估所申报资源的综合性战略价值；
有效频率指配数指标A23和可支持地球站指标A24，是空间资源数据库申报时的参数，反映卫星网络可用资源数的量化指标；
可利用度指标A25，用于评估价值资源投入使用的可行性；
与其他系统的合作度指标A26，用于衡量储备资源用于资源合作的价值。
进一步地，步骤5所述制定投入使用风险指标A3下的第三三级指标体系，具体如下：
确定投入使用风险指标A3下的二级指标，定义为第三三级指标体系，包括在轨卫星风险度指标A31、已投入使用资料风险度指标A32、协调资料风险度指标A33，其中：
在轨卫星风险度指标A31下的二级指标，定义为第三四级指标体系，包括实际卫星数量指标A311、实际在轨卫星最小间隔指标A312、实际在轨卫星最差链路干扰指标A313、最小间隔的实际在轨卫星链路干扰指标A314；
已投入使用资料风险度指标A32下的二级指标，定义为第四四级指标体系，包括已占用卫星数量指标A321、已占用卫星最小间隔指标A322、已占用卫星最差链路干扰指标A323、最小间隔的已占用卫星链路干扰指标A324；
协调资料风险度指标A33下的二级指标，定义为第五四级指标体系，包括待协调卫星数量指标A331、待协调卫星最小间隔指标A332、待协调卫星最差链路干扰指标A333、最小间隔的待协调卫星链路干扰指标A334。
进一步地，步骤6所述制定军事效益指标A4下的第四三级指标体系，具体如下：
确定军事效益指标A4下的二级指标，定义为第四三级指标体系，包括军事覆盖区满足度指标A41、军用频率覆盖度指标A42、业务支持度指标A43、可支持地球站指标A44、应用有效覆盖度指标A45、与现有军用系统的合作关系指标A46，其中：
军事覆盖区满足度指标A41、军用频率覆盖度指标A42，是支持军事系统规划、建设和使用的主要指标；
业务支持度指标A43、可支持地球站指标A44，从规则层面确保军事应用的合理性；
应用有效覆盖度指标A45，分为上行和下行分别计算，用于评估空间资源载波的有效度；
与现有军用系统的合作关系指标A46，用于衡量该资料对军用系统的扩展能力。
进一步地，步骤7所述制定协调难度指标A5下的第五三级指标体系，具体如下：
确定协调难度指标A5下的二级指标，定义为第五三级指标体系，包括卫星系统使用前可协调时间指标A51、地位优先的卫星网络协调资料数量指标A52、地位优先的卫星网络待协调N资料数量指标A53、地位优先的卫星网络待协调运营商数量指标A54、地位优先的军用卫星网络数量指标A55、地位优先的传统运营商网络数量指标A56。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)结合卫星网络的多方面属性特点，并考虑当前社会以及未来一段时间内的使用需求，对空间频轨资源做了较为全面的综合考量，形成可定性定量衡量空间频谱资源效用的完备指标体系，实现了频轨资源综合效益的充分评估；(2)节省了人力物力，为空间资源价值评估、投入使用决策提供了数据支撑，对频率轨道资源的评估更加客观全面，便于进行大规模评估。
附图说明
图1是需求一致性评估指标体系示意图。
图2是战略价值评估指标体系示意图。
图3是投入使用风险评估指标体系示意图。
图4是军事效益评估指标体系示意图。
图5是协调难度评估指标体系示意图。
图6是有层次的结构模型示意图。
图7是指标函数示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明空间频率轨道资源综合效益评估方法，包括以下步骤：
步骤1、从空间资源的特性出发，针对国际电联收录的空间频轨资源，建立效用指标遵循原则；
步骤2、针对卫星系统对于空间频率轨道资源需求的多样性和空间资源战略性特点，确定一级指标即空间频率轨道资源综合效益A下的各二级指标，二级指标包括空间资源的需求一致性指标A1、战略价值指标A2、轨位投入使用风险指标A3、军事效益指标A4、协调难度指标A5；
步骤3、制定空间资源的需求一致性指标A1下的第一三级指标体系；
步骤4、制定战略价值指标A2下的第二三级指标体系；
步骤5、制定投入使用风险指标A3下的第三三级指标体系；
步骤6、制定军事效益指标A4下的第四三级指标体系；
步骤7、制定协调难度指标A5下的第五三级指标体系；
步骤8、采用模糊分析法，构建有层次的结构模型，包括一级指标、二级指标、三级指标以及三级指标下的四级指标，针对每级指标给定判决矩阵；
步骤9、基于二级、三级和四级判决矩阵，分别计算权重向量；
步骤10、基于权重向量，生成四级矩阵的评价矩阵，将四级矩阵的模糊满意度和评价矩阵进行运算，得到四级矩阵的评估值，将四级矩阵的评估值作为三级矩阵的评价矩阵，依次类推，得到一级指标的评估值矩阵C；
步骤11、选取矩阵C中最大值作为一级指标的效能评估值。
进一步地，步骤1具体为：从空间资源的特性出发，针对国际电联收录的空间频轨资源，结合空间频率轨道资源工作基础性、前瞻性特点，提出效用指标遵循原则：
(1.1)客观性原则：评估指标应该由可以定性和定量描述的物理指标为基础，主要指标能够量化度量，客观反映空间资源的价值。
(1.2)可执行度：主要评估指标要可以量化计算，计算过程可以依托专业化工具得到。
(1.3)战略性：评估指标里要有部分指标用于评价卫星网络资源的储备价值，要可以结合当前急缺资源和使用急需，客观度量空间资源的应用价值。
(1.4)前瞻性：评估指标里要有部分指标用于评价卫星网络资源的储备价值，要可以顺应卫星系统发展趋势，客观度量空间资源的储备价值。
进一步地，步骤2具体为：结合所支撑卫星系统的各种需求，确定空间频率轨道资源综合效益一级指标下的各二级指标，构建可定性定量衡量空间频谱资源效用的较完备指标体系，具体包括空间资源的需求一致性指标A1、战略价值指标A2、轨位投入使用风险指标A3、军事效益指标A4、协调难度指标A5，具体如下：
(2.1)空间资源的需求一致性指标A1，用于度量所申报空间资源是否可满足卫星系统使用需求的关键指标；
(2.2)战略价值指标A2，用于度量申报空间资源未来战略前景和潜在应用价值，反映申报资源中非急缺资源对于未来潜在需求的支撑度和潜在应用前景；
(2.3)轨位投入使用风险指标A3，用于评估申报资源是否可以成功投入使用的风险，反映空间资源从申报到激活的可行性；
(2.4)军事效益指标A4，用于评估其支持军事系统规划和建设的能力；
(2.5)协调难度指标A5，用于量化协调任务的工作量和迫切程度。
进一步地，步骤3具体为：针对空间资源的需求一致性二级指标，提出三级指标如表1所示，由6项指标组成，其中每个二级指标都可以通过软判决和硬判决两种方式进行评估。
确定空间资源的需求一致性指标A1下的二级指标，定义为第一三级指标体系，包括投入使用时间指标A11、平台控制一致性指标A12、工作频率一致性指标A13、业务区一致性指标A14、辐射包络一致性指标A15、业务类型一致性指标A16、解调门限保护要求一致性指标A17，其中：
投入使用时间指标A11，用于判断卫星正式投入使用的时间裕量；
平台控制一致性指标A12，空间资源的卫星电台所申报的定点能力满足不高于实际平台控制经度；
工工作频率一致性指标A13和业务区一致性指标A14，要求卫星网络的波束属性满足实际卫星波束的要求，申报的频率需覆盖实际系统，业务覆盖区也需要包含实际提供服务的区域；
辐射包络一致性指标A15，要求卫星网络的频率指配信息的信号辐射包络包含实际卫星系统载波的最大辐射能力；辐射包络一致性指标A15下的二级指标，定义为第一四级指标体系，包括下行辐射包络一致性指标A151、上行辐射包络一致性指标A152和星间辐射包络一致性指标A153；
业务类型一致性指标A16，应用属性申报时包含卫星系统的业务应用，以确保频率指配应用的合法性；业务类型一致性指标A16下的二级指标，定义为第二四级指标体系，包括空间站业务一致性指标A161、地球站业务一致性指标A162；
解调门限保护要求一致性指标A17，要求频率指配对应的载波属性反映解调的实际要求。
表1需求一致性的二级指标
序号 一致性二级指标 判决标准 数据类型
1 投入使用时间 软/硬 datetime
2 平台控制需求 软/硬 float
3 工作频率需求 软/硬 float
4 业务区需求 软/硬 float
5 辐射包络需求 软/硬 float
6 业务类型需求 软/硬 float
7 解调门限保护要求一致性 软/硬 float
其中，在判决标准上，对于每项指标，若待评估资源满足评估标准为1，不满足为0，则为硬判决，否则需要计算满足的程度则为软判决。如图1所示，为需求一致性下的评估指标体系。
进一步地，步骤4具体为：针对战略价值二级指标，提出相应的三级指标，如表2所示，由6项指标组成。与空间资源的需求一致性一级指标不同，战略价值的指标均为软判决。具体地，覆盖区必要性用于评估空间资源支撑国家和卫星系统规划所申报资源的综合性战略价值；频段稀缺性用于评估所申报资源的综合性战略价值；频率指配数和可支持地球站是空间资源数据库申报时的参数，是反映卫星网络可用资源数的量化指标；可利用度用于评估价值资源投入使用的可行性；与其他系统的合作度用于衡量储备资源用于资源合作的价值。
表2战略价值的二级指标
序号 战略价值二级指标 数据类型
1 覆盖区必要性 数值
2 频段稀缺性 数值
3 有效频率指配数 数值
4 可支持的地球站 字符/数值
5 可利用度 数值
6 与其他系统的合作前景 字符
不同于需求一致性中二级指标绝大多数为硬判决指标，战略价值下的二级指标均为软判决指标，如图2所示，为战略价值指标下的评估指标体系。
战略价值指标A2下的二级指标，定义为第二三级指标体系，包括覆盖区必要性指标A21、频段稀缺性指标A22、有效频率指配数指标A23、可支持地球站指标A24、可利用度指标A25、与其他系统的合作度指标A26，其中：
覆盖区必要性指标A21，用于评估空间资源支撑国家和卫星系统规划所申报资源的综合性战略价值；
频段稀缺性指标A22，用于评估所申报资源的综合性战略价值；
有效频率指配数指标A23和可支持地球站指标A24，是空间资源数据库申报时的参数，反映卫星网络可用资源数的量化指标；
可利用度指标A25，用于评估价值资源投入使用的可行性；
与其他系统的合作度指标A26，用于衡量储备资源用于资源合作的价值。
该指标用于评估系统满足实际需求以外的资源，需要在原有资料的基础上删掉所有满足实际需求的频率指配组。
进一步地，步骤5具体为：针对投入使用风险二级指标，提出二级指标如表2所示。一方面，在轨卫星干扰风险指标是对来自邻近轨位的在轨卫星存在实际干扰风险的评估。另一方面，后续实际可能面临的风险来自已投入使用资源风险和协调资料导致风险两部分。
表3投入使用风险的二级指标
序号 投入使用风险二级指标 数据类型 备注
1 在轨卫星干扰风险度 float 综合性指标
2 已投入使用资料导致的风险度 float 综合性指标
3 协调资料导致的风险度 float 综合性指标
如表4所示，为轨位投入使用风险的三级指标，从不同角度评估在轨卫星、已投入使用资料和协调资料。
表4投入使用风险的三级指标
序号 投入使用风险三级指标 数据类型
1 邻近范围内地位优先的卫星网络资料数量 int
2 邻近范围内地位优先的卫星网络资料的轨位最小间隔 float
3 邻近范围内地位优先的卫星网络资料最差链路干扰 float
4 地位优先的具有最小间隔的卫星网络资料链路干扰 float
轨位投入使用风险的三级指标从四个方面对三类资源的邻近范围进行评估，如图3所示，投入使用风险评估指标体系。
投入使用风险指标A3下的二级指标，定义为第三三级指标体系，包括在轨卫星风险度指标A31、已投入使用资料风险度指标A32、协调资料风险度指标A33，其中：
在轨卫星风险度指标A31下的二级指标，定义为第三四级指标体系，包括实际卫星数量指标A311、实际在轨卫星最小间隔指标A312、实际在轨卫星最差链路干扰指标A313、最小间隔的实际在轨卫星链路干扰指标A314；
已投入使用资料风险度指标A32下的二级指标，定义为第四四级指标体系，包括已占用卫星数量指标A321、已占用卫星最小间隔指标A322、已占用卫星最差链路干扰指标A323、最小间隔的已占用卫星链路干扰指标A324；
协调资料风险度指标A33下的二级指标，定义为第五四级指标体系，包括待协调卫星数量指标A331、待协调卫星最小间隔指标A332、待协调卫星最差链路干扰指标A333、最小间隔的待协调卫星链路干扰指标A334。
实际卫星数量从卫星系统层面反映了周边的风险；实际卫星最小间隔是评估同频卫星最大威胁的主要指标；最差链路干扰和最小间隔链路干扰联合起来，用于集总卫星干扰的评估。
进一步地，步骤6具体为：针对军事效益二级指标，提出二级指标如表5所示。该指标需要提供一份军用的使用表，具体包括军用频率、军用业务区、军用业务和军用地球站类型等。
表5军事效益二级指标
序号 二级指标 数据类型
1 军用频率覆盖区度 float
2 军事业务区覆盖度 float
3 业务支持度 float
4 可支持地球站 float
5 应用有效覆盖度 float
6 与现有军用系统的补充关系 float
具体的，在二级指标的基础上，构建了三级指标用于细化，如图4所示，军事效益评估指标体系。
军事效益指标A4下的二级指标，定义为第四三级指标体系，包括军事覆盖区满足度指标A41、军用频率覆盖度指标A42、业务支持度指标A43、可支持地球站指标A44、应用有效覆盖度指标A45、与现有军用系统的合作关系指标A46，其中：
军事覆盖区满足度指标A41、军用频率覆盖度指标A42，是支持军事系统规划、建设和使用的主要指标；
业务支持度指标A43、可支持地球站指标A44，从规则层面确保军事应用的合理性；
应用有效覆盖度指标A45，分为上行和下行分别计算，用于评估空间资源载波的有效度；
与现有军用系统的合作关系指标A46，用于衡量该资料对军用系统的扩展能力。
军事业务区覆盖度和军用频率覆盖度是支持军事系统规划、建设和使用的主要指标；业务支持度和可支持地球站两个指标从规则层面确保军事应用的合理性；应用有效覆盖度分为上行和下行分别计算，用于评估空间资源载波的有效度；此外，与现有军用系统的补充关系用于衡量该资料对军用系统的扩展能力。
进一步地，步骤7具体为：针对协调难度二级指标，提出三级指标如表6所示。该指标主要反映了协调任务的工作量和迫切程度。
表6协调难度二级指标
序号 第二级指标 数据类型
1 卫星系统使用前可协调时间 datetime
2 地位优先的卫星网络协调资料数量 int
3 地位优先卫星网络待协调N资料数量 int
4 地位优先卫星网络待协调运营商数量 int
5 地位优先军用卫星网络数量 int
6 地位优先传统运营商网络数量 int
如图5所示，协调难度评估指标体系，协调难度指标A5下的二级指标，定义为第五三级指标体系，包括卫星系统使用前可协调时间指标A51、地位优先的卫星网络协调资料数量指标A52、地位优先的卫星网络待协调N资料数量指标A53、地位优先的卫星网络待协调运营商数量指标A54、地位优先的军用卫星网络数量指标A55、地位优先的传统运营商网络数量指标A56。
卫星系统使用前可协调时间是衡量协调难易程度的关键指标，与卫星系统实际建设和使用计划密切相关；对于地位优先的卫星网络协调资料，从总体数量、国家数量和运营商数量三个层级评估了协调的任务量；此外，针对军用卫星网络的特殊性和对传统运营商的重视性，将二者的卫星网络数量分别进行查找计算。
进一步地，步骤8具体为：采用模糊分析法，构建有层次的结构模型，如图6所示，一级、二级、三级和四级指标分别如步骤2～步骤7所示。之后对于每级指标，给定判决矩阵，如表7所示。
表7二级指标判决矩阵
需求一致性 战略价值 投入使用风险 军事效益 协调难度
需求一致性
战略价值
投入使用风险
军事效益
协调难度
进一步地，步骤9具体为：对于二级、三级和四级判决矩阵，分别计算权重向量。首先将矩阵每一列的值进行归一化，之后按行求和，将每行的和再次归一化得到一组向量
Figure BDA0003330419310000111
即为权重向量。之后计算四级指标的模糊满意度，设置5个等级，即A、B、C、D和E，并由专家给出各等级的边界值，即图7中的a1,b2,a2,b3,a3,b4,a4,b5。
进一步地，步骤10具体为：将具体的卫星网络资料通过四级指标的计算方式进行计算，获取的值进一步进行计算模糊度向量，生成评价矩阵，计算如下：
令i分别为1,2,3,4,5，将四级指标的值依次代入公式(1)、公式(2)和公式(3)，得到一个一行五列的评价矩阵r，即四级指标的评价矩阵；
Figure BDA0003330419310000112
Figure BDA0003330419310000121
Figure BDA0003330419310000122
将四级指标的模糊满意度与评价矩阵进行计算，得到四级指标的评估值，将其作为三级指标的评价矩阵，继续计算评价矩阵，依次类推，得到一级指标的评估值矩阵C。
进一步地，步骤11具体为：选取矩阵C中最大值作为一级指标的效能评估值。
实施例
以待评估频率轨道资源的网络资料ID为90500037为例，其卫星网络名称为PALAPA-B1，轨位为108°E，使用频段范围为3700～4200MHz和5925～6425MHz，评估过程如下。
步骤1、结合所支撑卫星系统的各种需求，确定空间频率轨道资源综合效益一级指标下的各二级指标，包括空间资源的需求一致性、战略价值、投入使用风险、军事效益和协调难度六项；
步骤2、针对空间资源的需求一致性二级指标，提出三级指标如表1.1所示，
表1.1需求一致性的二级指标
序号 一致性二级指标 判决标准 数据类型
1 投入使用时间 软/硬 datetime
2 平台控制需求 软/硬 float
3 工作频率需求 软/硬 float
4 业务区需求 软/硬 float
5 辐射包络需求 软/硬 float
6 业务类型需求 软/硬 float
7 解调门限保护要求一致性 软/硬 float
本次实施例选择硬评估计算方式。经过查找计算，三级各指标的值分别如下：
1、计算投入使用时间，由于该资料为N资料，因此该指标为1；
2、计算平台控制需求，用户输入to_east_con＝0.01、tol_west_con＝0.03，经过查找，该网络的tol_east和tol_west均为0.05，因此该指标为0；
3、计算工作频率一致性，该资料的频率范围为3700～4200MHz和5925～6425MHz，需求频段为2500～3500MHz、4000～4600MHz和6000～6400MHz，经过计算，该指标为1；
4、计算业务区一致性，该资料共有34个转发器组，目标覆盖区为中国，经过将该资料的业务区与中国区域做比较，该指标为0；
5、计算辐射包络一致性，将该资料所有的转发器依次判断类型，共有一个上行波束和一个下行波束。门限值为10.1，经过计算，上行波束最大值为-7.5，下行波束最大值为-1.5，因此该指标为1；
6、计算业务类型一致性，该资料共有3种空间站业务类型，分别为EC、ER、ED，需求空间站业务类型包括EJ、EC、EM、ET，该资料共有3种地球站类型，分别为TC、TR和TD，需求地球站业务类型包括UO、TC、TM和UT，因此该指标为0。
步骤3、针对战略价值二级指标，提出相应的三级指标如表1.2所示，由6项指标组成。
表1.2战略价值的二级指标
序号 战略价值二级指标 数据类型
1 覆盖区必要性 数值
2 频段稀缺性 数值
3 有效频率指配数 数值
4 可支持的地球站 字符/数值
5 可利用度 数值
6 与其他系统的合作前景 字符
经过查找计算，三级各指标的值分别如下：
1、计算覆盖区必要性，首先确定该资料的所有覆盖区，并记录目标覆盖区，经过计算重复率，得到该指标为0.28；
2、计算频段稀缺性，针对该资料的两个频段，分别赋予稀缺性经验值、投入使用风险和权重，如表1.3所示。目标频段为3000～5000MHz，因此频段重复率为0.4，令每个频段的稀缺性价值＝(稀缺性经验值*权重+投入使用风险*1)/(权重+1)，该指标＝0.4*稀缺性价值＝1.5；
表3频段稀缺性价值表
序号 频段最低值 频段最高值 稀缺性经验值 投入使用风险 权重
1 3400 4200 3 0.3 0.4
2 5925 5425 2 0.7 0.6
3、计算频率指配数，该指标为34；
4、计算可支持地球站数，该指标为16；
5、计算可利用度，针对该资料的不同频段，查找具有风险的周边轨位占有情况。经过查找，针对3700～4200MHz频段，周边实际在轨卫星的最小间隔为2.1，已占用卫星的最小间隔为1.5，针对5925～6425MHz频段，周边实际在轨卫星的最小间隔为4，已占用卫星的最小间隔为6.1。通过风险判断，两个频段的可利用度分别为0.125和0.503，取均值后，该指标为0.314；
6、计算与其他系统的合作度，首先对其他系统进行建模，之后与以上步骤相同，从覆盖区、频段、频率指配数、可支持地球站等方面分别计算，得到该指标为0.584。
步骤4、针对投入使用风险二级指标，提出相应的三级指标和四级指标如表1.4和表1.5所示。
表1.4投入使用风险的二级指标
序号 投入使用风险二级指标 数据类型 备注
1 在轨卫星干扰风险度 float 综合性指标
2 已投入使用资料导致的风险度 float 综合性指标
3 协调资料导致的风险度 float 综合性指标
表1.5投入使用风险的三级指标
序号 投入使用风险三级指标 数据类型
1 邻近范围内地位优先的卫星网络资料数量 int
2 邻近范围内地位优先的卫星网络资料的轨位最小间隔 float
3 邻近范围内地位优先的卫星网络资料最差链路干扰 float
4 地位优先的具有最小间隔的卫星网络资料链路干扰 float
三级和四级指标计算过程如下：
1、根据周边卫星的状态，分别建立在轨卫星库、已投入使用库和协调资料库；
2、查找每个库的卫星网络资料数量，经过查找，在轨卫星库和已投入使用库、协调资料库的数量分别为7、23和29；
3、计算每个库中的卫星网络资料与待评估资料的最小间隔，经过计算，在轨卫星库和已投入使用库、协调资料库的最小间隔分别为0.21、0.5和0.2；
4、计算每个库内的卫星网络资料与待评估资料的链路干扰，一方面查找最差的链路干扰值，分别为4.8、1.8和3.1，另一方面查找具有最小间隔的卫星与待评估卫星的链路干扰值，分别为2.1、0.8和1.3。
步骤5、针对军事效益二级指标，提出三级指标如表1.6所示。
表1.6军事效益二级指标
序号 二级指标 数据类型
1 军用频率覆盖度 float
2 军事业务区覆盖度 float
3 业务支持度 float
4 可支持地球站 float
5 应用有效覆盖度 float
6 与现有军用系统的补充关系 float
经过查找计算，三级各指标的值分别如下：
1、计算军用频率覆盖度，该资料的频率范围为3700～4200MHz和5925～6425MHz，需求频段为200～400MHz、7900～8400MHz、7250～7750MHz、30000～31000MHz和20200～21200MHz，经过计算，该指标为0；
2、计算军事业务区覆盖度，首先确定该资料的覆盖区，并记录军事覆盖区，经过计算重复率，得到该指标为0.31；
3、计算业务支持度，该资料共有3种空间站业务类型，分别为EC、ER、ED，军用所需业务包括EB、EC、EF、EJ、EN、EI和EW，因此该指标为0.143；
4、计算可支持地球站，该资料共有3种地球站类型，分别为TC、TR和TD，需求地球站业务类型包括UO、TC、TM和UT，因此该指标为0.25；
5、计算应用有效覆盖度，首先根据频率值、天线增益和辐射半径等计算卫星的实际覆盖面积，之后与该资料申报时提交的覆盖区做，计算重叠率，得到该指标为0.571；
6、计算与现有军用系统的补充关系，首先对军用系统进行建模，之后与以上步骤相同，从军用频率、业务区覆盖等方面分别计算，得到该指标为0.280。
步骤6、针对协调难度二级指标，提出三级指标如表1.7所示。
表1.7协调难度二级指标
序号 第二级指标 数据类型
1 卫星系统使用前可协调时间 datetime
2 地位优先的卫星网络协调资料数量 int
3 地位优先卫星网络待协调N资料数量 int
4 地位优先卫星网络待协调运营商数量 int
5 地位优先军用卫星网络数量 int
6 地位优先传统运营商网络数量 int
经过查找计算，三级各指标的值分别如下：
1、计算卫星系统使用前可协调时间，经过查找得到资料申报时的预计投入时间，与实际时间作比较，计算时间差与7年的比值，得到该指标为2366/2555；
2、计算地位优先的卫星网络协调资料数量，经过查找，该指标为890；
3、计算地位优先卫星网络待协调N资料数量，经过查找，该指标为104；
4、计算地位优先卫星网络待协调运营商数量，经过查找，该指标为71；
5、计算地位优先军用卫星网络数量，经过查找，该指标为43；
6、计算地位优先传统运营商网络数量，经过查找，该指标为78。
步骤7、针对所有的对于二级、三级和四级指标，给定判决矩阵，如表1.8至表1.14所示。
表1.8二级指标判决矩阵
需求一致性 战略价值 投入使用风险 军事效益 协调难度
需求一致性 1 2/3 1 1/3 2/3
战略价值 3/2 1 3/2 1/2 1
投入使用风险 1 2/3 1 1/3 2/3
军事效益 3 2 3 1 2
协调难度 3/2 1 3/2 1/2 1
表1.9需求一致性下的三级指标判决矩阵
Figure BDA0003330419310000161
表1.10战略价值下的三级指标判决矩阵
Figure BDA0003330419310000171
表1.11投入使用风险下的三级指标判决矩阵
Figure BDA0003330419310000172
表1.12投入使用风险下的四级指标判决矩阵
Figure BDA0003330419310000173
表1.13军事效益下的三级指标判决矩阵
Figure BDA0003330419310000174
表1.14协调难度下的三级指标矩阵
Figure BDA0003330419310000181
步骤8、对于二级、三级和四级判决矩阵，分别计算权重向量。首先将矩阵每一列的值进行归一化，之后按行求和，将每行的和再次归一化得到一组向量
Figure BDA0003330419310000182
即为权重向量。之后计算三级指标的模糊满意度，设置5个等级，即A、B、C、D和E，并由专家给出各等级的边界值，即图7中的a1,b2,a2,b3,a3,b4,a4,b5。
步骤9、将具体的卫星网络资料通过四级指标的计算方式进行计算，获取的值进一步进行计算模糊度向量，生成评价矩阵，计算如下：
令i分别为1,2,3,4,5，将四级指标的值依次代入公式(1)、公式(2)和公式(3)，得到一个一行五列的评价矩阵r，即四级指标的评价矩阵；
Figure BDA0003330419310000183
Figure BDA0003330419310000184
Figure BDA0003330419310000191
将四级指标的模糊满意度与评价矩阵进行计算，得到四级指标的评估值，将其作为三级指标的评价矩阵，继续计算评价矩阵，依次类推，得到二级指标的模糊度向量为B＝[0.25,0.546,0.625,0.084,0.473]，基于二级指标权重
Figure BDA0003330419310000192
计算一级指标的评估值矩阵C＝[0.125,0.188,0.125,0.375,0.188]。
步骤10、选取矩阵C中最大值作为一级指标的效能评估值，因此PALAPA-B1卫星网络的综合效益评估值为0.375。
本发明结合卫星网络的多方面属性特点，并考虑当前社会以及未来一段时间内的使用需求，对空间频轨资源做了较为全面的综合考量，形成可定性定量衡量空间频谱资源效用的完备指标体系，实现了频轨资源综合效益的充分评估。

Claims (8)

1.一种空间频率轨道资源综合效益评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、从空间资源的特性出发，针对国际电联收录的空间频轨资源，建立效用指标遵循原则；
步骤2、针对卫星系统对于空间频率轨道资源需求的多样性和空间资源战略性特点，确定一级指标即空间频率轨道资源综合效益A下的各二级指标，二级指标包括空间资源的需求一致性指标A1、战略价值指标A2、轨位投入使用风险指标A3、军事效益指标A4、协调难度指标A5；
步骤3、制定空间资源的需求一致性指标A1下的第一三级指标体系；
步骤4、制定战略价值指标A2下的第二三级指标体系；
步骤5、制定投入使用风险指标A3下的第三三级指标体系；
步骤6、制定军事效益指标A4下的第四三级指标体系；
步骤7、制定协调难度指标A5下的第五三级指标体系；
步骤8、采用模糊分析法，构建有层次的结构模型，包括一级指标、二级指标、三级指标以及三级指标下的四级指标，针对每级指标给定判决矩阵；
步骤9、基于二级、三级和四级判决矩阵，分别计算权重向量；
步骤10、基于权重向量，生成四级矩阵的评价矩阵，将四级矩阵的模糊满意度和评价矩阵进行运算，得到四级矩阵的评估值，将四级矩阵的评估值作为三级矩阵的评价矩阵，依次类推，得到一级指标的评估值矩阵C；
步骤11、选取矩阵C中最大值作为一级指标的效能评估值。
2.根据权利要求1所述的空间频率轨道资源综合效益评估方法，其特征在于，步骤1所述从空间资源的特性出发，针对国际电联收录的空间频轨资源，建立效用指标遵循原则，具体如下：
(1.1)客观性原则：评估指标应该由能够定性和定量描述的物理指标为基础，主要指标能够量化度量，客观反映空间资源的价值；
(1.2)可执行度：主要评估指标要能够量化计算，计算过程能够依托专业工具得到；
(1.3)战略性：评估指标里要有部分指标用于评价卫星网络资源的储备价值，要能够结合当前急缺资源和使用急需，客观度量空间资源的应用价值；
(1.4)前瞻性：评估指标里要有部分指标用于评价卫星网络资源的储备价值，要能够顺应卫星系统发展趋势，客观度量空间资源的储备价值。
3.根据权利要求1所述的空间频率轨道资源综合效益评估方法，其特征在于，步骤2所述二级指标包括空间资源的需求一致性指标A1、战略价值指标A2、轨位投入使用风险指标A3、军事效益指标A4、协调难度指标A5，具体如下：
(2.1)空间资源的需求一致性指标A1，用于度量所申报空间资源是否可满足卫星系统使用需求的关键指标；
(2.2)战略价值指标A2，用于度量申报空间资源未来战略前景和潜在应用价值，反映申报资源中非急缺资源对于未来潜在需求的支撑度和潜在应用前景；
(2.3)轨位投入使用风险指标A3，用于评估申报资源是否可以成功投入使用的风险，反映空间资源从申报到激活的可行性；
(2.4)军事效益指标A4，用于评估其支持军事系统规划和建设的能力；
(2.5)协调难度指标A5，用于量化协调任务的工作量和迫切程度。
4.根据权利要求1所述的空间频率轨道资源综合效益评估方法，其特征在于，步骤3所述制定空间资源的需求一致性指标A1下的第一三级指标体系，具体如下：
确定空间资源的需求一致性指标A1下的二级指标，定义为第一三级指标体系，包括投入使用时间指标A11、平台控制一致性指标A12、工作频率一致性指标A13、业务区一致性指标A14、辐射包络一致性指标A15、业务类型一致性指标A16、解调门限保护要求一致性指标A17，其中：
投入使用时间指标A11，用于判断卫星正式投入使用的时间裕量；
平台控制一致性指标A12，要求空间资源的卫星电台所申报的定点能力满足不高于实际平台控制经度；
工作频率一致性指标A13和业务区一致性指标A14，要求卫星网络的波束属性满足实际卫星波束的要求，申报的频率需覆盖实际系统；业务区也需要包含实际提供服务的区域；
辐射包络一致性指标A15，要求卫星网络的频率指配信息的信号辐射包络包含实际卫星系统载波的最大辐射能力；辐射包络一致性指标A15下的二级指标，定义为第一四级指标体系，包括下行辐射包络一致性指标A151、上行辐射包络一致性指标A152和星间辐射包络一致性指标A153；
业务类型一致性指标A16，应用属性申报时包含卫星系统的业务应用，以确保频率指配应用的合法性；业务类型一致性指标A16下的二级指标，定义为第二四级指标体系，包括空间站业务一致性指标A161、地球站业务一致性指标A162；
解调门限保护要求一致性指标A17，要求频率指配对应的载波属性反映解调的实际要求。
5.根据权利要求1所述的空间频率轨道资源综合效益评估方法，其特征在于，步骤4所述制定战略价值指标A2下的第二三级指标体系，具体如下：
确定战略价值指标A2下的二级指标，定义为第二三级指标体系，包括覆盖区必要性指标A21、频段稀缺性指标A22、有效频率指配数指标A23、可支持地球站指标A24、可利用度指标A25、与其他系统的合作度指标A26，其中：
覆盖区必要性指标A21，用于评估空间资源支撑国家和卫星系统规划所申报资源的综合性战略价值；
频段稀缺性指标A22，用于评估所申报资源的综合性战略价值；
有效频率指配数指标A23和可支持地球站指标A24，是空间资源数据库申报时的参数，反映卫星网络可用资源数的量化指标；
可利用度指标A25，用于评估价值资源投入使用的可行性；
与其他系统的合作度指标A26，用于衡量储备资源用于资源合作的价值。
6.根据权利要求1所述的空间频率轨道资源综合效益评估方法，其特征在于，步骤5所述制定投入使用风险指标A3下的第三三级指标体系，具体如下：
确定投入使用风险指标A3下的二级指标，定义为第三三级指标体系，包括在轨卫星风险度指标A31、已投入使用资料风险度指标A32、协调资料风险度指标A33，其中：
在轨卫星风险度指标A31下的二级指标，定义为第三四级指标体系，包括实际卫星数量指标A311、实际在轨卫星最小间隔指标A312、实际在轨卫星最差链路干扰指标A313、最小间隔的实际在轨卫星链路干扰指标A314；
已投入使用资料风险度指标A32下的二级指标，定义为第四四级指标体系，包括已占用卫星数量指标A321、已占用卫星最小间隔指标A322、已占用卫星最差链路干扰指标A323、最小间隔的已占用卫星链路干扰指标A324；
协调资料风险度指标A33下的二级指标，定义为第五四级指标体系，包括待协调卫星数量指标A331、待协调卫星最小间隔指标A332、待协调卫星最差链路干扰指标A333、最小间隔的待协调卫星链路干扰指标A334。
7.根据权利要求1所述的空间频率轨道资源综合效益评估方法，其特征在于，步骤6所述制定军事效益指标A4下的第四三级指标体系，具体如下：
确定军事效益指标A4下的二级指标，定义为第四三级指标体系，包括军事覆盖区满足度指标A41、军用频率覆盖度指标A42、业务支持度指标A43、可支持地球站指标A44、应用有效覆盖度指标A45、与现有军用系统的合作关系指标A46，其中：
军事覆盖区满足度指标A41、军用频率覆盖度指标A42，是支持军事系统规划、建设和使用的主要指标；
业务支持度指标A43、可支持地球站指标A44，从规则层面确保军事应用的合理性；
应用有效覆盖度指标A45，分为上行和下行分别计算，用于评估空间资源载波的有效度；
与现有军用系统的合作关系指标A46，用于衡量该资料对军用系统的扩展能力。
8.根据权利要求1所述的空间频率轨道资源综合效益评估方法，其特征在于，步骤7所述制定协调难度指标A5下的第五三级指标体系，具体如下：
确定协调难度指标A5下的二级指标，定义为第五三级指标体系，包括卫星系统使用前可协调时间指标A51、地位优先的卫星网络协调资料数量指标A52、地位优先的卫星网络待协调N资料数量指标A53、地位优先的卫星网络待协调运营商数量指标A54、地位优先的军用卫星网络数量指标A55、地位优先的传统运营商网络数量指标A56。
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