[发明专利]一种针对导航下行信号功能中断的PHM设计方法

说明书

一种针对导航下行信号功能中断的PHM设计方法，第一步，建立导航下行信号功能中断故障树是分析和计算的前提，通过对导航卫星下行信号功能的分析，得到引起功能中断的单机和故障模式。第二步，建立故障树后，要针对故障树的底事件进行PHM初步设计，确保导航下行信号功能中断发生后能够及时恢复，降低中断对导航服务的影响。第三步，根据PHM设计，建立导航下行信号功能中断模型，收集基础数据，进行中断概率和恢复时间计算，判断整星设计是否满足要求。第四步，当整星设计不满足要求时，对故障底事件按顺序进行软件或硬件改进，完成最终的PHM设计。

技术领域

本发明涉及一种针对导航下行信号功能中断的PHM设计方法，属于导航系统服务性能评估领域。

背景技术

北斗卫星导航系统是我国自主研制、独立运行的全球卫星导航系统，需要为广大用户提供全天时、全天候、不间断的导航服务。单粒子软错误是航天器在轨运行中常见的空间辐射效应之一，为满足导航信号和信息处理要求，现有北斗导航卫星的载荷设计中大量采用DSP、FPGA、单片机、处理器、I/O及总线控制器等器件，由于这些器件的固有特性，易受单粒子效应的影响，存在因单粒子事件导致北斗导航卫星导航下行信号功能中断影响系统不间断连续稳定服务。为了保障北斗导航系统服务指标要求，在北斗系统设计中，对每颗卫星导航下行信号功能中断的次数和中断后恢复时间提出了定量要求。

以往下行信号功能中断主要靠定性分析保证，这种分析难以对定量的指标要求进行评估。为了检验导航卫星设计满足下行信号指标要求，必须研究定量分析和计算方法，更好的指导和优化北斗卫星系统层面设计，提升我国导航卫星在轨连续服务的能力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种针对导航下行信号功能中断的PHM设计方法，第一步，建立导航下行信号功能中断故障树是分析和计算的前提，通过对导航卫星下行信号功能的分析，得到引起功能中断的单机和故障模式。第二步，建立故障树后，要针对故障树的底事件进行PHM初步设计，确保导航下行信号功能中断发生后能够及时恢复，降低中断对导航服务的影响。第三步，根据PHM设计，建立导航下行信号功能中断模型，收集基础数据，进行中断概率和恢复时间计算，判断整星设计是否满足要求。第四步，当整星设计不满足要求时，对故障底事件按顺序进行软件或硬件改进，完成最终的PHM设计。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：

一种针对导航下行信号功能中断的PHM设计方法，包括如下步骤：

S1、建立导航下行信号功能中断故障树，确定故障树的底事件，包括工作原子钟产品失效或性能异常、导航任务处理机软故障、导航任务处理机硬故障、上变频器故障、功率放大器硬故障、基准频率合成器软故障、基准频率合成器硬故障；

S2、对导航下行信号功能中断故障，对工作原子钟产品失效或性能异常、导航任务处理机软故障、导航任务处理机硬故障、上变频器故障、功率放大器硬故障、基准频率合成器软故障、基准频率合成器硬故障进行初步PHM设计；

S3、基于每个底事件的平均故障间隔时间，计算导航下行信号中断概率和中断平均恢复时间；

S4、如果S3中的导航下行信号中断概率不满足预设指标时，按照导航任务处理机软故障和基准频率合成器软故障的先后顺序，依次对一个故障底事件涉及的FPGA或DSP采取三模冗余和定时刷新方法，然后重新计算导航下行信号中断概率，当满足预设指标转入S7；

S5、如果S4中的导航下行信号中断概率不满足预设指标时，按照基准频率合成器硬故障、上变频器故障、导航任务处理机硬故障、功率放大器硬故障的先后顺序，依次对一个故障底事件涉及的单机，改为选用更高等级的元器件，然后重新计算导航下行信号中断概率，当满足预设指标转入S7；