PDF《孙海燕,谢彦民,郎治国,张蕊》

文章编号:1001 - 893X( 2012)

08 -

1364 -

04 模糊贝叶斯网络模型在卫星导航时频系统 可靠性分析中的应用 孙海燕,谢彦民,郎治国,张蕊 ( 北京环球信息应用开发中心,北京100094) 摘要 : 利用模糊贝叶斯网络方法对卫星导航系统的时间频率分系统的可靠性进行建模和分析.

在 对时间频率系统故障汇总分析的基础上建立时间频率系统的可靠性模型,并对引发故障的事件进行模糊描述.通 过对时频系统发生故障的概率进行计算,可以对系统发生故障的风险进行评估.模 糊贝叶斯网络模型提高了故障概率描述的精确性,对系统的可靠性分析更加准确可靠.仿 真结果验证了该方法的正确性和可行性.关键词:卫星导航系统;

时间频率系统;

贝叶斯网络;

风险评估中图分类号:TN96 文献标志码:Adoi: 10.3969 / j. issn.1001 - 893x.2012.08.029 Application of Fuzzy Bayesian Network Model in Satellite Navigation System Time and Frequency Subsystem′s Reliability Analysis SUN Haiyan,XIE Yanmin,LANG Zhiguo,ZHANG Rui ( Beijing Global Information Center of Application and Exploration, Beijing 100094, China) Abstract: The reliability of time and frequency subsystem of satellite navigation system is modeled and evaluated using fuzzy Bayesian network method. The model of time and frequency is built by analysing the fault of time and frequency subsystem,and the matters resulting in the fault are described. By calculating the probability of the fault,the risk of system going wrong can be evaluated. Fuzzy Bayesian network model improves the accuracy for describing the fault probability,which results in more exactly and more reliably analysing the system reliabil ity. The result of simulation shows that the method is validity and feasible for time and frequency subsystem. Key words: satellite navigation system;

time and frequency subsystem;

Bayesian network;

risk evaluation

1 引言 目前, 北斗 、GPS、 GLONASS 等卫星导航系统提供的精确定位和授时服务在通信、电力、轨道交通、金融等支撑国民经济发展的重要行业以及手机定位和授时信息服务等与人们生活息息相关的领域正发挥着越来越大的作用.作 为卫星导航系统的时间频率分系统用于产生和保持系统时间并为其他分系统提供时间频率信号.该 系统保持的时间精度直接决定了卫星导航系统定位和授时精度,因此时间频率分系统必须稳定、可靠.为 了保证在线运行的时间频率分系统稳定可靠,需要对其进行可靠性分析,通过量化分析找到引发系统故障的失效致因,即对可靠性影响较大的薄弱环节,为指导下一步制定改进措施提供依据,以提高系统的稳定性和可靠性.对卫星导航时间频率系统的可靠性评估方法主・4631・第52 卷第8期2012 年8月电讯技术Telecommunication Engineering Vol.52 No.8 Aug.

2012 收稿日期:2012 -

02 - 20;

修回日期:2012 -

05 -

02 要有安全查表法、故障树分析法、贝叶斯网络法等.但这些方法都基于假设导致系统故障的部件状态是确定性的[1-2] .然而,卫星导航时间频率系统中部分事件是不确定的.例 如,导致氢钟故障的真空系统微漏气、钛板老化、温度变化超限都存在一个从 正常 到 故障 的渐变过程,存在中间过程的模糊状态.因 此,用模糊函数来描述故障部件的模糊状态,称为 模态部件 [3] , 能够更为精确地描述时间频率系统的部件状态.本文利用三角模糊数法描述导致系统故障的事件发生概率,并基于模糊贝叶斯网络模型对卫星导航系统时间频率分系统的可靠性进行深入分析,找到影响系统可靠性的薄弱环节,对系统可靠性进行风险评估.2模糊贝叶斯网络模型对于导致系统故障的底事件x( 部件或环境因素)可以采用模糊数表示发生概率.模 糊描述有三角模糊数、梯形模糊数和正态模糊数等,其中三角模糊数描述简洁、直观,因此采用三角模糊数描述底事件发生概率f(x,a,b,c) . 模糊数的定义[4] : 如果是实数域R上的正常模糊集,且对于任意0≤λ ≤1, 其截集A是一个闭区间,则称A是一个模糊数.三角形模糊函数对x的先验概率f(x,a,b,c) 描述为f(x,a,b,c)= 0, x≤a x - a b - a , a≤x≤b c - x c - b , b≤x≤c 0, c≤ ? ? ? ? ? ? ? ? ? x ( 1) 针对三角型模糊数f(x,a,b,c) 的λ1和λ2截集有λ1=f(x1,a,b,c)= x1 - a b - a ,a≤x1≤b ( 2) λ