[发明专利]卫星控制系统可重构性薄弱环节识别方法

说明书

技术领域

本发明属航空航天领域，涉及一种基于功能树最小路集的卫星可重构性薄弱环节识别方法。

背景技术

随着科技发展，卫星已在国防军事、通信、气象等各个领域发挥着不可替代的作用。为了应对卫星在轨可能发生的各种故障，提高运行质量，必须确保在故障发生后，及时采取有效措施使故障影响降至最低，这是从系统层面克服产品固有可靠性不足，提高卫星运行可靠性和延长寿命的有效手段。由于卫星无法在轨维修，一般只能采用重构的方式恢复系统功能，因此要提高卫星的故障处理能力，需要在设计阶段引入可重构性设计。在卫星可重构性设计中，需要分析卫星对故障的容忍能力，识别系统的薄弱环节，进而对薄弱环节进行硬件冗余或功能冗余设计，保证其一旦发生故障后能够实现切换或系统重构。

目前，在卫星研制过程中，主要依靠可靠性计算、FMEA和设计人员的经验来确定系统的薄弱环节。但上述方法不能从重构角度对系统的薄弱环节进行分析，无法指导卫星的可重构性设计。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于功能树最小路集分析的卫星控制系统可重构性薄弱环节识别方法，从而为卫星控制系统的可重构性设计提供依据。

本发明的技术解决方案是：卫星控制系统可重构性薄弱环节识别方法，步

骤如下：

(1)构建卫星控制系统功能树，功能树的树根为卫星控制系统的总功能，总功能包括姿态控制、轨道控制、帆板控制三个功能，每个功能分为测量功能、控制器和执行机构三个子功能，子功能作为功能树的树干，实现子功能的部件作为功能树的树叶，功能树的不同层次之间根据卫星控制系统的功能实现方式采用与门或或门进行连接；

(2)根据功能树不同层次间的与或关系，采用下行法或者上行法确定功能树的路集族R，所述路集族中的元素为路集，路集中的所有部件都失效时，卫星控制系统总功能丧失；

(3)将步骤(2)中确定的路集族R进行简化吸收，得到功能树的最小路集族R_min；所述的简化吸收为：

(3.1)选取路集族R中包含部件最少的路集r_min，并将r_min移入最小路集族R_min，判断其余路集中是否包含r_min中的所有部件，若包含所有部件，则从路集族R中剔除包含r_min所有部件的路集，若不包含，转步骤(3.2)；

(3.2)在路集族R中重新选取包含部件最少的路集r_min，从步骤(3.1)循环执行，直至路集族R变为空集；

(4)确定卫星控制系统的故障容忍度T_i，即

T_i＝min(|r_i|)-1  r_i∈R_min且i＝1，2，...，|R_min|

其中，r_i表示该功能树的第i个最小路集，|r_i|表示路集r_i中元素数，|R_min|表示功能树的最小路集族R_min中包含的最小路集的个数，min(|r_i|)表示取|r_i|中的最小值；

(5)将最小的T_i对应路集实现的功能作为卫星控制系统可重构性薄弱环节。

所述步骤(2)中下行法确定功能树的路集族R步骤如下：

从系统的总功能开始，顺次将上层功能置换为下层子功能，遇到与门，将与门的输入竖向串列写出，遇到或门则将或门的输入横向写出，直到全部门都置换到最低层的部件为止，则功能树的路集族R的路集为最终写出的各分枝的部件集合。

所述步骤(2)中上行法确定功能树的路集族R步骤如下：

(1)确定功能树中最底层的每个子功能的路集，即如果子功能通过或门实现，则或门输入端的所有部件的集合为子功能的路集；如果子功能通过与门实现，则与门输入端的每个部件均为子功能的一个路集；

(2)利用功能树中上下层子功能之间的与门和或门关系确定上层子功能的路集；

对于与门的情况，上层子功能的路集族为与门所有输入端的子功能的路集组成的集合，即：

其中n为与门的输入端个数。

对于或门的情况，上层子功能的路集族为与门每个输入端子功能的任一路集相并组成的路集集合，即：