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Research on Satellite Support Satisfaction Rate of TT & C Network Based on Time Division Multiplexing
DOI: 10.12677/JAST.2021.94017, PDF, HTML, XML, 下载: 110  浏览: 329

Abstract: The satisfaction rate of ground TT & C resources to satellite support is the evaluation criterion for the efficient operation of TT & C network and an important embodiment of the comprehensive ability of Aerospace TT & C network. When the number of satellites supported by the TT & C network exceeds a certain limit, the requirements of satellites for TT & C resources will conflict, and the TT & C requirements of some satellites will not be met. At this time, there will be a gap in ground TT & C Resources in the TT & C network. Based on the operation of a measurement and control network, this paper carries out a comprehensive analysis, combs out various influencing factors of ground measurement and control resources, establishes a demand constraint system, quantitatively evaluates the indicators in the system, and comprehensively analyzes the use of ground station resources through a combination of qualitative and quantitative research, From this, we can preliminarily calculate the satisfaction rate of ground TT & C resources to satellite support in the future, and put forward reasonable suggestions on the development planning of ground TT & C resources.

1. 引言

2. 卫星需求约束体系设计

Figure 1. Constraints on the use of ground TT & C Resources

2.1. 测控任务约束

2.1.1. 卫星实时发射任务资源需求

2.1.2. 卫星在轨管理任务资源需求

1) 低轨卫星任务资源需求

Figure 2. Schematic diagram of satellite coverage in low inclination circular orbit (solar synchronous orbit)

$\stackrel{¯}{Q}=\left(\underset{t=0,n=0}{\overset{t=T,n=N}{\sum }}{Q}_{t,n}\right)/T/N$

2) 中高轨卫星任务资源需求

$\stackrel{¯}{S}=\left(\underset{t=0,n=0}{\overset{t=T,n=N}{\sum }}{S}_{t,n}\right)/\left(T×24×N\right)$

2.2. 设备约束

$L=\left\{{l}_{1},{l}_{2},\cdots ,{l}_{i},\cdots ,{l}_{M}\right\}$

① 重大任务保障。根据某一测控网运行情况分析，全年重大任务保障中频繁占用地基资源等情况。通过折算分析，部分型号卫星需要提高测控需求，每颗星每天平均可见8圈，则：

${l}_{1}=\left(\underset{k=1}{\overset{155}{\sum }}{q}_{k}\right)/40\approx x\cdot \left(8-4\right)/40$

② 设备维护。按照测控网运行规范，每套测控设备每年2次半年维护(各7天)、每套设备每月维护1次(各1天)，则设备每天约损耗为

${l}_{2}=\left(S×{T}_{y}+S×{T}_{m}\right)/365$

③ 设备测试对接、故障、测试、恶劣天气等退网。根据某一测控网运行情况统计分析，按照任务分布，按照1.5倍前期情况考虑。

${l}_{3}=1.5×0.04=0.06$

④ 重大任务设备预留。在重大任务保障期间，指定区域方向需预留0.5~1套设备进行保障。

${l}_{4}=1.5\left(3\right)$

3. 评价标准设计

① 调度目标完成情况。航天测控资源调度中，调度目标完成情况是调度者或决策者判断调度结果是否满意的最直观和最重要的评价指标。

② 任务需求满足情况。包括总的需求满足指标，以及如冲突度、单星被测控支持情况、各类型集合下的航天器需求满足情况等。

③ 测控资源利用情况。包括测控网服务能力、资源利用效率、资源配置合理程度等主要指标，以及其他如应急任务支持能力、资源可靠性等辅指标。

Table 1. Evaluation criteria

4. 资源支持满足率分析

4.1. 定性分析

4.2. 定量分析

1) 全功能设备跟踪能力

2) 中高轨卫星占用损耗

$\stackrel{¯}{S}=\left(\underset{t=0,n=0}{\overset{t=T,n=N}{\sum }}{S}_{t,n}\right)/\left(T×24×N\right)\approx 0.5套/天$

3) 非长管地面资源占用损耗

$L={l}_{1}+{l}_{2}+\cdots +{l}_{5}\approx 8.41套/天$

4) 地面资源使用紧张度分析

5. 结论

1) 航天测控网卫星测控支持满足率是一个复杂过程，既需要历史经验数据的积累，也需要对测控需求发展趋势的梳理，还要测控网测控支持满足率分析度量模型的支持，才能科学合理的预估各影响因子的数值用于地面站网资源紧张度分析评估工作。

2) 测控网内地面站网设备的支持能力取决于设备的功能、点位部署，本文主要分析的全功能设备的跟踪接收能力取决于卫星运行轨道以及设备的点位部署，点位部署越分散支持的卫星弧段就越多，就现有分布布局，通过调度系统仿真计算和数值统计外推，得到每套设备的跟踪能力约为60圈次/天。

3) 测控网内设备支持能力的制约因素比较复杂，包含设备维护维修、联调对接、转场停机、应急故障等，主要特点为发生的不确定性和占用时间长，导致建模分析中无法对具体的时刻开展数据分析建模工作，只能基于历史数据外推一段时间内的平均数值。

4) 定性分析方法侧重宏观层面及系统性分析，分析方法简单、结果较为直观，高度依赖历史统计数据和经验数值，适用于设备冗余度高、卫星数量少且测控需求单一的地面站网测控支持满足率分析；定量分析方法更侧重建模计算，分析结果较为全面，但高度依赖外推数据和分析模型，分析结果需要在大量的试验数据中统计获得，可信度较高，但设备不可用情况难以反映到某一时刻的具体分析结果中，只能反映出某段时间内的平均数值。

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