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。
[0049]优选的，步骤1具体为:
[0050]根据影响卫星可靠度的因素，将卫星划分为三类:
[0051]失效卫星:卫星出现长期故障；其中，长期故障指灾难性的故障，需要地面发射一颗卫星进行替换；
[0052]有效卫星:卫星未出现长期故障；其中，未出现长期故障指:正常状态、或出现短期故障、或调整卫星的运控操作；其中，短期故障是指可以通过更换卫星硬件设备进行维修的故障；
[0053]可用卫星:卫星当前处于提供服务的状态。
[0054]所述星座有效等级按从高到低的顺序，依次记为:R0、R1、R2…Rm ;并且，R0等级星座的有效卫星数量> R1等级星座的有效卫星数量>吣> Rm等级星座的有效卫星数量；所述星座可用等级按从高到低的顺序，依次记为:P0、P1、P2…Pn ;并且，P0等级星座的可用卫星数量> P1等级星座的可用卫星数量>吣> Pn等级星座的可用卫星数量。
[0055]优选的，步骤3中，所述边界条件包括:卫星可靠度、卫星操作维持平均间隔、卫星操作维持平均持续时间、可恢复故障平均间隔、可恢复故障平均修复时间、平均应急发射时间、发射成功率、轨道转移平均时间、轨道转移成功率、最大同时测试发射数量、最大同时轨道转移数量。
[0056]优选的，所述卫星可靠度通过以下方法计算:
[0057]根据单星故障服从指数分布假设，卫星故障的概率正比于工作时间，由于卫星状态具有一致性，同时假定卫星在寿命末期的可靠度为常数，则在卫星寿命期间，卫星可靠度变化为:
[0058]f (t) = eln(a)Xt/L (1)
[0059]其中:
[0060]a:为卫星寿命末期的可靠度，为常数；
[0061]t:为卫星的寿命区间；
[0062]L:为卫星的设计寿命。
[0063]优选的，步骤5之后，还包括:
[0064]步骤6:当给出在轨备份卫星数目之后，还进行在轨备份轨道选择和设计的步骤，即:
[0065]确定在轨备份轨道高度；该在轨备份轨道高度为工作轨道高度；或者，与工作轨道高度有一定偏差的停泊轨道。
[0066]本发明提供的导航星座备份方法，具有以下优点:
[0067]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，例如卫星操作维持平均间隔、卫星操作维持平均持续时间、可恢复故障平均间隔、可恢复故障平均修复时间，可以使制定的星座备份策略更加贴近设计要求。
【附图说明】
[0068]图1为本发明提供的导航星座备份方法的流程示意图；
[0069]图2为本发明提供的为地面备份情况下，星座可用度随备份卫星数目的变化曲线图；
[0070]图3为本发明提供的地面备份和在轨备份情况下，星座可用度随备份卫星数目的变化曲线图。
【具体实施方式】
[0071]以下结合附图对本发明进行详细说明:
[0072]本发明提供一种导航星座地面备份和在轨备份的设计方法，该方法包括以下步骤:
[0073]步骤1:根据影响卫星可靠度的因素，定义星座等级；其中，所述星座等级为时间的函数，随着星座运行，星座等级发生动态变化；所述星座等级包括星座有效等级和星座可用等级；
[0074]具体的，根据影响卫星可靠度的因素，将卫星划分为三类:
[0075]失效卫星:卫星出现长期故障；
[0076]有效卫星:卫星未出现长期故障；
[0077]可用卫星:卫星当前处于提供服务的状态；
[0078]其中，长期故障指灾难性的故障，需要地面发射一颗卫星进行替换；未出现长期故障指:正常状态、或出现短期故障、或调整卫星的运控操作；其中，短期故障是指可以通过更换卫星硬件设备进行维修的故障；由于运控操作和短期故障的存在，部分未失效的卫星也可能暂时无法提供服务，因此星座可用卫星数不大于有效卫星数。
[0079]所述星座有效等级按从高到低的顺序，依次记为:R0、R1、R2…Rm ;并且，R0等级星座的有效卫星数量> R1等级星座的有效卫星数量>吣> Rm等级星座的有效卫星数量；所述星座可用等级按从高到低的顺序，依次记为:P0、P1、P2…Pn ;并且，P0等级星座的可用卫星数量> P1等级星座的可用卫星数量>吣> Pn等级星座的可用卫星数量；
[0080]即:对于由多个卫星构成的星座，根据星座中处于不同状态卫星的数量，并考虑用户实际需求，可灵活将星座划分为不同的有效等级或可用等级。
[0081]例如，对于Walker 24/3/1星座，用户根据实际需求，可定义以下星座有效等级:
[0082]R0:全部24颗ΜΕ0卫星均有效，此时可以提供正常星座的全部性能。
[0083]R1:至少23颗ΜΕ0卫星有效。
[0084]R2:三个轨道面上均至少有7颗ΜΕ0卫星有效。
[0085]R3:星座至少有21颗卫星有效。与R2相比，该等级可能出现同一轨道面有多颗ΜΕ0卫星失效的情况。
[0086]可定义以下星座可用等级:
[0087]P0:全部24颗ΜΕ0卫星均可用，此时可以提供正常星座的全部性能。
[0088]P1:至少23颗ΜΕ0卫星可用。
[0089]P2:三个轨道面上均至少有7颗ΜΕ0卫星可用。
[0090]P3:星座至少有21颗卫星可用。
[0091]由于运行阶段各卫星的状态在不断变化，因此星座的等级是随卫星状态不断发生变化的，是时间的函数。
[0092]显然，考虑到星座的维持操作及故障状态，星座可用等级比星座有效等级的要求更严格。如果当前时刻星座处于某个可用等级，如P1等级，则其一定处于对应的有效等级，即R1
[0093]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；
[0094]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；
[0095]仍以Walker 24/3/1星座为例，用户具体的定位精度需求为:在考虑星座可能发生故障、操作维护等情况下，导航系统整个服务区达到roop〈4的平均可用性大于0.95。
[0096]根据星座设计论证计算结果，星座等级只要优于P3等级均可以满足整个服务区达到H)0P〈4的指标要求。P3等级下，星座只能保证可用卫星数目不少于21颗，仅能满足提供服务的最低要求。为留有余量，在分析中也对星座P2可用度进行了分析。考虑到R0等级为ΜΕ0星座的标称状态，在运行阶段保持ΜΕ0满星座运行也是期望的。这一等级下星座的各项都经过了详细的论证，可以认为能够确保星座的可用性。因此可以选择R0可用度作为备份方案设计的最高要求。由此分析出，选定星座等级分别为P3等级、P2等级和R0等级。
[0097]P3等级仅能满足星座提供服务的最低要求，一旦无法满足，星座提供达到导航性能指标的可能性就会很低，因此备份方案设计必须保证运行阶段星座以很高的概率满足星座的P3等级优于95%的要求。为此提出备份方案设计的第一个层次的要求:运行期间星座P3可用度优于95%的概率不低于98%。
[0098]同样P2、R0等级下系统还有一定冗余，即使星座暂时不能达到等级要求，依然可能提供导航性能，因此其概率要求可以有所降低。
[0099]通过上述分析，备份方案设计的设计要求如下:
[0100]设计要求1:运行期间星座P3可用度优于95%的概率不低于98% ；
[0101]设计要求2:运行期间星座P2可用度优于95%的概率不低于90% ；
[0102]设计要求3:运行期间星座R0可用度优于95%的概率不低于70%。
[0103]步骤3:计算卫星运行的边界条件；所述边界条件包括卫星可靠度、卫星操作维持平均间隔、卫星操作维持平均持续时间、可恢复故障平均间隔、可恢复故障平均修复时间、平均应急发射时间、发射成功率、轨道转移平均时间、轨道转移成功率、最大同时测试发射数量、最大同时轨道转移数量。
[0104](1)对于卫星可靠度，通过以下公式计算:
[0105]根据单星故障服从指数分布假设，卫星故障的概率正比于工作时间，由于卫星状态一致性非常好，同时假定卫星在寿命末期的可靠度为常数，则在卫星寿命期间，卫星可靠度变化为:
[0106]f (t) = eln(a)Xt/L (1)
[0107]其中:
[0108]a:为卫星寿命末期的可靠度，为常数；
[0109]t:为卫星