CN114491966A - 一种卫星平台可靠性增长评估方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种卫星平台可靠性增长评估方法和系统，该方法包括：收集已发射卫星的在轨可靠性信息；对已发射卫星进行排序，计算得到卫星平台截止到第i颗已发射卫星的平台累积运行时间、平台累积关联故障次数和平台累积平均故障间隔时间；进行线性拟合得到相关系数，并确定经验公式；根据经验公式，解算得到卫星平台截至到当前时刻的平台瞬时平均故障间隔时间，并采用指数分布假设，评估得到所述待分析卫星平台在典型寿命期的可靠性水平。本发明将卫星平台的不断改进看作是一个无计划的可靠性增长过程，使用可靠性增长模型来评估卫星平台的可靠性，给出卫星平台当前的可靠性水平，解决了传统可靠性评估方法无法应对样本技术状态不断变化的情况。
Description
技术领域
本发明属于卫星总体设计技术领域，尤其涉及一种卫星平台可靠性增长评估方法和系统。
背景技术
对卫星系统的可靠性评估一直都存在评估对象样本不足的问题。除了大型星座系统，一般很少有多颗卫星是完全一样的，即使是同一型号，装备星也会随着质量问题归零和技术升级在首发星的基础上做出适当的改进。样本量小和技术状态持续变化，是卫星系统的普遍状态。
虽然大部分卫星载荷差别很大，但对作为卫星系统中技术状态较为固定的卫星平台来说，基于同一平台的卫星，其平台部分技术状态基本都较为相近。
经典的可靠性评估方法和贝叶斯方法都需要假定被评估样本技术状态稳定不变，故，对于技术状态处于不断改进中的样本来说，经典的可靠性评估方法和贝叶斯方法都不能适用。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种卫星平台可靠性增长评估方法和系统，将卫星平台的不断改进看作是一个无计划的可靠性增长过程，使用可靠性增长模型来评估卫星平台的可靠性，给出卫星平台当前的可靠性水平，解决了传统可靠性评估方法无法应对样本技术状态不断变化的情况。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种卫星平台可靠性增长评估方法，包括：
收集卫星平台上所有已发射卫星的在轨可靠性信息，确定各已发射卫星的累积运行时间和累积关联故障次数；
按照各已发射卫星的发射时间的先后顺序，对卫星平台上所有已发射卫星进行排序并重新编号：1,2,...,i,...,K；其中，K表示卫星平台上所有已发射卫星的总数量；
根据确定的各已发射卫星的累积运行时间和累积关联故障次数，计算得到卫星平台截止到第i颗已发射卫星的平台累积运行时间Ti、平台累积关联故障次数Ni和平台累积平均故障间隔时间MTBF∑i；
对Ti和MTBF∑i取自然对数后进行线性拟合，得到相关系数ρ，并确定第一经验公式和第二经验公式；
根据第一经验公式和第二经验公式，解算得到卫星平台截至到当前时刻的平台瞬时平均故障间隔时间；
根据解算得到的卫星平台截至到当前时刻的平台瞬时平均故障间隔时间，采用指数分布假设，评估得到所述待分析卫星平台在典型寿命期的可靠性水平。
在上述卫星平台可靠性增长评估方法中，卫星平台截止到第i颗已发射卫星的平台累积运行时间Ti为：
其中，tj表示第j颗已发射卫星的累积运行时间，j＝1,2,...,i。
在上述卫星平台可靠性增长评估方法中，卫星平台截止到第i颗已发射卫星的平台累积关联故障次数Ni为：
其中，nj表示第j颗已发射卫星的累积关联故障次数。
在上述卫星平台可靠性增长评估方法中，卫星平台截止到第i颗已发射卫星的平台累积平均故障间隔时间MTBF∑i为：
在上述卫星平台可靠性增长评估方法中，相关系数ρ的解算公式如下：
在上述卫星平台可靠性增长评估方法中，
第一经验公式表示如下：
其中，
表示卫星平台截至到当前时刻
的平台累积平均故障间隔时间，a和m为待求解参数；
第二经验公式表示如下：
其中，
表示卫星平台截至到当前时刻
的平台瞬时平均故障间隔时间。
在上述卫星平台可靠性增长评估方法中，确定第一经验公式和第二经验公式，包括：
对Ti和MTBF∑i的自然对数ln(Ti)和ln(MTBF∑i)进行多点最小二乘法拟合，得到待求解参数a和m的值；
将得到的待求解参数a和m的值分别代入公式(2)和(3)，即可得到第一经验公式和第二经验公式。
在上述卫星平台可靠性增长评估方法中，待求解参数a和m的解算公式如下：
在上述卫星平台可靠性增长评估方法中，在轨可靠性信息，包括：发射时间、在轨关联故障的发生次数和每次在轨关联故障发生时间；其中，经证实是未按规定的条件使用而引起的故障，或已经证实仅属某项将不采用的设计所引起的故障统称为在轨非关联故障，否则就是在轨关联故障。
相应的，本发明还公开了一种卫星平台可靠性增长评估系统，包括：
数据获取模块，用于收集卫星平台上所有已发射卫星的在轨可靠性信息，确定各已发射卫星的累积运行时间和累积关联故障次数；
排序模块，用于按照各已发射卫星的发射时间的先后顺序，对卫星平台上所有已发射卫星进行排序并重新编号：1,2,...,i,...,K；其中，K表示卫星平台上所有已发射卫星的总数量；
第一计算模块，用于根据确定的各已发射卫星的累积运行时间和累积关联故障次数，计算得到卫星平台截止到第i颗已发射卫星的平台累积运行时间Ti、平台累积关联故障次数Ni和平台累积平均故障间隔时间MTBF∑i；
第二计算模块，用于对Ti和MTBF∑i取自然对数后进行线性拟合，得到相关系数ρ，并确定第一经验公式和第二经验公式；
第三计算模块，根据第一经验公式和第二经验公式，解算得到卫星平台截至到当前时刻的平台瞬时平均故障间隔时间；
评估模块，根据解算得到的卫星平台截至到当前时刻的平台瞬时平均故障间隔时间，采用指数分布假设，评估得到所述待分析卫星平台在典型寿命期的可靠性水平。
本发明具有以下优点：
本发明公开了一种卫星平台可靠性增长评估方案，将卫星平台的不断改进看作是一个无计划的可靠性增长过程，使用可靠性增长模型来评估卫星平台的可靠性，给出卫星平台当前的可靠性水平，解决了传统可靠性评估方法无法应对样本技术状态不断变化的情况。其次，通过本发明评估出的可靠性增长率可用来评估卫星平台的可靠性改进提升情况。
附图说明
图1是本发明实施例中一种卫星平台可靠性增长评估方法的步骤流程图；
图2是本发明实施例中一种某卫星平台ln(Ti)与ln(MTBF∑i)的线性拟合图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
如图1，在本实施例中，该卫星平台可靠性增长评估方法，包括：
步骤101，收集卫星平台上所有已发射卫星的在轨可靠性信息，确定各已发射卫星的累积运行时间和累积关联故障次数。
在本实施例中，轨可靠性信息包括但不仅限于：发射时间、在轨关联故障的发生次数和每次在轨关联故障发生时间；其中，经证实是未按规定的条件使用而引起的故障，或已经证实仅属某项将不采用的设计所引起的故障统称为在轨非关联故障，否则就是在轨关联故障。
步骤102，按照各已发射卫星的发射时间的先后顺序，对卫星平台上所有已发射卫星进行排序并重新编号：1,2,...,i,...,K。
在本实施例中，K表示卫星平台上所有已发射卫星的总数量。例如，排序并重新编号的已发射卫星表示如下：
| 序号 | 卫星 | 关联故障数 | 已运行时间 |
| 1 | 卫星1 | 6 | 9年8个月 |
| 2 | 卫星2 | 0 | 7年7个月 |
| 3 | 卫星3 | 0 | 7年1个月 |
| 4 | 卫星4 | 0 | 5年8个月 |
| 5 | 卫星5 | 0 | 5年8个月 |
| … | … | … | … |
表1，已发射卫星排序表
步骤103，根据确定的各已发射卫星的累积运行时间和累积关联故障次数，计算得到卫星平台截止到第i颗已发射卫星的平台累积运行时间Ti、平台累积关联故障次数Ni和平台累积平均故障间隔时间MTBF∑i。
在本实施例中，按照各已发射卫星的发射时间的先后顺序，卫星平台截止到第i颗已发射卫星的平台累积运行时间Ti、平台累积关联故障次数Ni和平台累积平均故障间隔时间MTBF∑i的解算公式分别如下：
其中，tj表示第j颗已发射卫星的累积运行时间，nj表示第j颗已发射卫星的累积关联故障次数，j＝1,2,...,i。
优选的，基于表1可知，tj和nj与Ti、Ni和MTBF∑i的关系如表2所示：
| 卫星 | t<sub>j</sub>(h) | n<sub>j</sub>(次) | T<sub>i</sub>(h) | N<sub>i</sub>(次) | MTBF<sub>∑i</sub> |
| 卫星1 | 85032 | 6 | 85032 | 6 | 14172 |
| 卫星2 | 151464 | 6 | 236496 | 12 | 19708 |
| 卫星3 | 213840 | 6 | 450336 | 18 | 25018.6 |
| 卫星4 | 263880 | 6 | 714216 | 24 | 29759 |
| 卫星5 | 313920 | 6 | 1028136 | 30 | 34271.2 |
| … | … | … | … |
表2，tj和nj与Ti、Ni和MTBF∑i的关系示意表
步骤104，对Ti和MTBF∑i取自然对数后进行线性拟合，得到相关系数ρ，并确定第一经验公式和第二经验公式。
在本实施例中，相关系数ρ的解算公式如下：
第一经验公式表示如下：
其中，
表示卫星平台截至到当前时刻
的平台累积平均故障间隔时间；a和m为待求解参数，
用于表征卫星平台的初始MTBF水平，m表示卫星平台的MTBF增长率。
第二经验公式表示如下：
其中，
表示卫星平台截至到当前时刻
的平台瞬时平均故障间隔时间。
对Ti和MTBF∑i的自然对数ln(Ti)和ln(MTBF∑i)进行多点最小二乘法拟合，得到待求解参数a和m的值：
将通过公式(4)和(5)解算得到的待求解参数a和m的值分别代入公式(2)和(3)，即可得到第一经验公式和第二经验公式。
步骤105，根据第一经验公式和第二经验公式，解算得到卫星平台截至到当前时刻的平台瞬时平均故障间隔时间。
步骤106，根据解算得到的卫星平台截至到当前时刻的平台瞬时平均故障间隔时间，采用指数分布假设，评估得到所述待分析卫星平台在典型寿命期的可靠性水平。
在上述实施例的基础上，下面以一个具体实例进行说明。
(1)收集卫星平台上所有已发射卫星的在轨可靠性信息。
某卫星平台在2004年～2014年的10年间累积发射入轨卫星20颗，截至2014年5月23日，该平台卫星累积运行75.42星*年。该卫星平台经过不断的改进和完善，目前技术成熟度和在轨可靠性都非常高。
(2)按照各已发射卫星的发射时间的先后顺序，对卫星平台上所有已发射卫星进行排序并重新编号：1,2,...,i,...,K。
按照各已发射卫星的发射时间的先后顺序，对2004年～2014年(截至2014-05-23)该卫星平台发射入轨的20颗卫星进行排序，得到下表3：
| 卫星 | t<sub>j</sub>(h) | n<sub>j</sub>(次) |
| 卫星1 | 85032 | 6 |
| 卫星2 | 66432 | 0 |
| 卫星3 | 62376 | 0 |
| 卫星4 | 50040 | 0 |
| 卫星5 | 50040 | 0 |
| 卫星6 | 48864 | 0 |
| 卫星7 | 39672 | 1 |
| 卫星8 | 36960 | 0 |
| 卫星9 | 36960 | 0 |
| 卫星10 | 36960 | 1 |
| 卫星11 | 31800 | 0 |
| 卫星12 | 25248 | 2 |
| 卫星13 | 24696 | 1 |
| 卫星14 | 13056 | 0 |
| 卫星15 | 13056 | 0 |
| 卫星16 | 13056 | 0 |
| 卫星17 | 7488 | 0 |
| 卫星18 | 6312 | 0 |
| 卫星19 | 6312 | 0 |
| 卫星20 | 6312 | 0 |
表3
(3)计算得到卫星平台截止到第i颗已发射卫星的平台累积运行时间Ti、平台累积关联故障次数Ni和平台累积平均故障间隔时间MTBF∑i，如表4所示：
表4
(4)对Ti和MTBF∑i取自然对数后进行线性拟合，得到相关系数ρ，并确定第一经验公式和第二经验公式。
对Ti和MTBF∑i取自然对数后进行线性拟合，如图2所示，得到相关系数ρ＝0.0940。
对表4中的数据ln(Ti)和ln(MTBF∑i)进行多点最小二乘法拟合，得到m＝0.6126，a＝0.0548。
第一经验公式表示如下：
第二经验公式表示如下：
将m＝0.6126，a＝0.0548代入式(2)和式(3)可得：
(5)根据第一经验公式和第二经验公式，解算得到卫星平台截至到当前时刻的平台瞬时平均故障间隔时间。
通过计算，卫星平台截至到2014-5-23的平台瞬时平均故障间隔时间为173126.2h，记作：MTBFnow＝173126.2h。
(6)根据解算得到的卫星平台截至到当前时刻的平台瞬时平均故障间隔时间，采用指数分布假设，评估得到所述待分析卫星平台在典型寿命期的可靠性水平。
对该卫星平台的可靠性增长水平进行分析，如下表5所示：
表5
在开展有计划的可靠性增长试验时，一般取m＝0.3～0.7。当m＝0.l时，说明在增长过程中基本没有采取改进措施；当m＝0.6～0.7时，说明在增长过程中采取了强有力的故障分析和改进措施，取得了较大的增长效果。虽然本方法只是将卫星平台的不断改进看作是一个无计划的可靠性增长过程，但具体实施例的分析结果说明了该卫星平台的可靠性增长显著。
在上述实施例的基础上，本发明还公开了一种卫星平台可靠性增长评估系统，包括：数据获取模块，用于收集卫星平台上所有已发射卫星的在轨可靠性信息，确定各已发射卫星的累积运行时间和累积关联故障次数；排序模块，用于按照各已发射卫星的发射时间的先后顺序，对卫星平台上所有已发射卫星进行排序并重新编号：1,2,...,i,...,K；第一计算模块，用于根据确定的各已发射卫星的累积运行时间和累积关联故障次数，计算得到卫星平台截止到第i颗已发射卫星的平台累积运行时间Ti、平台累积关联故障次数Ni和平台累积平均故障间隔时间MTBF∑i；第二计算模块，用于对Ti和MTBF∑i取自然对数后进行线性拟合，得到相关系数ρ，并确定第一经验公式和第二经验公式；第三计算模块，根据第一经验公式和第二经验公式，解算得到卫星平台截至到当前时刻的平台瞬时平均故障间隔时间；评估模块，根据解算得到的卫星平台截至到当前时刻的平台瞬时平均故障间隔时间，采用指数分布假设，评估得到所述待分析卫星平台在典型寿命期的可靠性水平。
对于系统实施例而言，由于其与方法实施例相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例部分的说明即可。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
Claims (10)
1.一种卫星平台可靠性增长评估方法，其特征在于，包括：
收集卫星平台上所有已发射卫星的在轨可靠性信息，确定各已发射卫星的累积运行时间和累积关联故障次数；
按照各已发射卫星的发射时间的先后顺序，对卫星平台上所有已发射卫星进行排序并重新编号：1,2,...,i,...,K；其中，K表示卫星平台上所有已发射卫星的总数量；
根据确定的各已发射卫星的累积运行时间和累积关联故障次数，计算得到卫星平台截止到第i颗已发射卫星的平台累积运行时间Ti、平台累积关联故障次数Ni和平台累积平均故障间隔时间MTBF∑i；
对Ti和MTBF∑i取自然对数后进行线性拟合，得到相关系数ρ，并确定第一经验公式和第二经验公式；
根据第一经验公式和第二经验公式，解算得到卫星平台截至到当前时刻的平台瞬时平均故障间隔时间；
根据解算得到的卫星平台截至到当前时刻的平台瞬时平均故障间隔时间，采用指数分布假设，评估得到所述待分析卫星平台在典型寿命期的可靠性水平。
2.根据权利要求1所述的卫星平台可靠性增长评估方法，其特征在于，卫星平台截止到第i颗已发射卫星的平台累积运行时间Ti为：
其中，tj表示第j颗已发射卫星的累积运行时间，j＝1,2,...,i。
3.根据权利要求2所述的卫星平台可靠性增长评估方法，其特征在于，卫星平台截止到第i颗已发射卫星的平台累积关联故障次数Ni为：
其中，nj表示第j颗已发射卫星的累积关联故障次数。
4.根据权利要求3所述的卫星平台可靠性增长评估方法，其特征在于，卫星平台截止到第i颗已发射卫星的平台累积平均故障间隔时间MTBF∑i为：
5.根据权利要求4所述的卫星平台可靠性增长评估方法，其特征在于，相关系数ρ的解算公式如下：
6.根据权利要求5所述的卫星平台可靠性增长评估方法，其特征在于，
第一经验公式表示如下：
其中，
表示卫星平台截至到当前时刻
的平台累积平均故障间隔时间，a和m为待求解参数；
第二经验公式表示如下：
其中，
表示卫星平台截至到当前时刻
的平台瞬时平均故障间隔时间。
7.根据权利要求6所述的卫星平台可靠性增长评估方法，其特征在于，确定第一经验公式和第二经验公式，包括：
对Ti和MTBF∑i的自然对数ln(Ti)和ln(MTBF∑i)进行多点最小二乘法拟合，得到待求解参数a和m的值；
将得到的待求解参数a和m的值分别代入公式(2)和(3)，即可得到第一经验公式和第二经验公式。
8.根据权利要求7所述的卫星平台可靠性增长评估方法，其特征在于，待求解参数a和m的解算公式如下：
9.根据权利要求1所述的卫星平台可靠性增长评估方法，其特征在于，在轨可靠性信息，包括：发射时间、在轨关联故障的发生次数和每次在轨关联故障发生时间；其中，经证实是未按规定的条件使用而引起的故障，或已经证实仅属某项将不采用的设计所引起的故障统称为在轨非关联故障，否则就是在轨关联故障。
10.一种卫星平台可靠性增长评估系统，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于收集卫星平台上所有已发射卫星的在轨可靠性信息，确定各已发射卫星的累积运行时间和累积关联故障次数；
排序模块，用于按照各已发射卫星的发射时间的先后顺序，对卫星平台上所有已发射卫星进行排序并重新编号：1,2,...,i,...,K；其中，K表示卫星平台上所有已发射卫星的总数量；
第一计算模块，用于根据确定的各已发射卫星的累积运行时间和累积关联故障次数，计算得到卫星平台截止到第i颗已发射卫星的平台累积运行时间Ti、平台累积关联故障次数Ni和平台累积平均故障间隔时间MTBF∑i；
第二计算模块，用于对Ti和MTBF∑i取自然对数后进行线性拟合，得到相关系数ρ，并确定第一经验公式和第二经验公式；
第三计算模块，根据第一经验公式和第二经验公式，解算得到卫星平台截至到当前时刻的平台瞬时平均故障间隔时间；
评估模块，根据解算得到的卫星平台截至到当前时刻的平台瞬时平均故障间隔时间，采用指数分布假设，评估得到所述待分析卫星平台在典型寿命期的可靠性水平。
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant |