標(biāo)校系統(tǒng)運(yùn)行性能與評估模型分析?

孔維，馬煦，樂四海，陶春燕

標(biāo)校系統(tǒng)運(yùn)行性能與評估模型分析?

孔維，馬煦，樂四海，陶春燕

（北京市5136信箱，北京100094）

為了準(zhǔn)確掌握標(biāo)校系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，確保BD-1衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的服務(wù)性能，利用模糊綜合評價(jià)方法建立了一套標(biāo)校系統(tǒng)評估模型，在分析影響標(biāo)校系統(tǒng)運(yùn)行性能因素的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了分類等級和評價(jià)指標(biāo)，并對指標(biāo)權(quán)值的確定和檢驗(yàn)方法進(jìn)行了詳細(xì)論述，最后用實(shí)例驗(yàn)證了評估模型的合理性和有效性，達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。

“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)；標(biāo)校系統(tǒng)；運(yùn)行性能；模糊綜合評價(jià)；評估模型

1 引言

BD-1標(biāo)校系統(tǒng)由分布在服務(wù)區(qū)內(nèi)若干已知點(diǎn)上的各類標(biāo)校站組成，其用途可分為測軌、定位、測高、定時(shí)和中心5類。標(biāo)校系統(tǒng)是我國衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的重要組成部分，其設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及其數(shù)據(jù)質(zhì)量直接影響B(tài)D-1衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和服務(wù)質(zhì)量。由于標(biāo)校系統(tǒng)能夠在第一時(shí)間反映BD-1系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，因此對標(biāo)校系統(tǒng)運(yùn)行狀況進(jìn)行評估，對于掌握BD-1系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)具有重要意義，通過合理建立評估模型不僅可以隨時(shí)掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)能夠達(dá)到及時(shí)對標(biāo)校系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和完善的目的。

BD-1標(biāo)校系統(tǒng)評估系統(tǒng)建模可采用模糊綜合評價(jià)［1，2］方法對標(biāo)校系統(tǒng)的整體運(yùn)行狀況進(jìn)行評估。本文針對影響標(biāo)校系統(tǒng)運(yùn)行的因素建立評價(jià)等級和評價(jià)指標(biāo)，并對指標(biāo)的確定方法進(jìn)行了詳細(xì)描述和驗(yàn)證。

2 系統(tǒng)評價(jià)方法

模糊綜合評價(jià)法是應(yīng)用模糊集理論對系統(tǒng)進(jìn)行綜合評價(jià)的一種方法，也就是根據(jù)給定的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和具體的評價(jià)值經(jīng)過模糊變換后，對事物作出評價(jià)的一種方法。

模糊綜合評價(jià)先把要評價(jià)某一事物的多種因素按照其屬性分為若干類大因素，然后對每一類大因素進(jìn)行初級的評價(jià)，最后對初級評價(jià)的結(jié)果進(jìn)行較高一級的綜合評價(jià)。在確定評價(jià)因素、因子的評價(jià)等級標(biāo)準(zhǔn)和權(quán)值的基礎(chǔ)上，運(yùn)用模糊集合變換原理，以隸屬度描述各因素及因子的模糊界線，構(gòu)造模糊評判矩陣，通過多層的復(fù)合運(yùn)算，最終確定評價(jià)對象所屬等級，評價(jià)方法流程如圖1所示。

設(shè)有n個(gè)評價(jià)等級，m個(gè)一級評價(jià)指標(biāo)（因素），每個(gè)一級指標(biāo)又包含多個(gè)二級指標(biāo)（因子），并用U、V、Vi等符號(hào)表示，即：等級論域U=，因素論域，因子論域

由于U與V之間存在模糊關(guān)系R，可表示為模糊矩陣形式：

式中，rij表示第i個(gè)評價(jià)因素Vi對第j個(gè)等級的隸屬度，它依賴于Vi所包含的各個(gè)因子對各等級的隸屬度及各因子對因素的權(quán)重，設(shè)Vi所包含的第p個(gè)因子對第q個(gè)等級的隸屬度為，第p個(gè)因子對該因素的權(quán)重為，則

這樣就確定了模糊關(guān)系矩陣。

記一級評價(jià)因素的權(quán)重為

則綜合評價(jià)結(jié)果為

若bk=max（b1，b2，…，bn），則評價(jià)對象屬于第k類。

3 標(biāo)校系統(tǒng)評估模型

3.1 等級分類

根據(jù)不同類型標(biāo)校站在系統(tǒng)中發(fā)揮的作用，以及標(biāo)校站發(fā)生故障時(shí)對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響程度，將BD-1標(biāo)校系統(tǒng)性能評估分為三級：優(yōu)良、合格和不合格。

（1）優(yōu)良狀態(tài)即為標(biāo)校站運(yùn)行正常穩(wěn)定，設(shè)備工況正常穩(wěn)定；定位偏差一檔概率每4 h統(tǒng)計(jì)大于等于98%；

（2）合格狀態(tài)為標(biāo)校站運(yùn)行一般正常，設(shè)備工況基本穩(wěn)定；平均每小時(shí)存在不大于3次的跳波束現(xiàn)象或超時(shí)報(bào)警現(xiàn)象，并且標(biāo)校站的定位偏差一檔概率每4 h統(tǒng)計(jì)大于等于90%且小于98%；

（3）不合格狀態(tài)為標(biāo)校站運(yùn)行不正常，設(shè)備工況不穩(wěn)定；平均每小時(shí)統(tǒng)計(jì)有3次以上失鎖現(xiàn)象或跳波束現(xiàn)象，標(biāo)校站的定位偏差一檔概率每4 h統(tǒng)計(jì)小于90%。

根據(jù)以上評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，把所有標(biāo)校站的評價(jià)狀態(tài)結(jié)果經(jīng)模糊數(shù)學(xué)算法處理后綜合得出整個(gè)標(biāo)校系統(tǒng)的運(yùn)行等級狀態(tài)。

3.2 系統(tǒng)評價(jià)指標(biāo)

BD-1標(biāo)校系統(tǒng)的入站數(shù)據(jù)包括接收電平、入站偽距、通道載噪比、位置偏差等信息，其中接收電平反映了標(biāo)校機(jī)響應(yīng)出站信號(hào)的強(qiáng)弱程度，通道載噪比可以反映標(biāo)校機(jī)形成入站信號(hào)的強(qiáng)弱程度，位置偏差能夠反映標(biāo)校機(jī)的定位精度。

標(biāo)校系統(tǒng)評價(jià)指標(biāo)［3，4］的設(shè)計(jì)既要盡可能全面地反映出標(biāo)校系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，又要盡量簡單，便于操作。依據(jù)標(biāo)校站的不同類別、重要性和分布，定義了3個(gè)一級評價(jià)指標(biāo)和10個(gè)二級評價(jià)指標(biāo)，如表1所示。

3.2.1 指標(biāo)權(quán)值確定方法

在一般情況下，至多需要7個(gè)標(biāo)度點(diǎn)來區(qū)分事物之間質(zhì)的差別或重要程度的不同。本評估系統(tǒng)研究中引入1～7比率標(biāo)度法［5］表示任意兩指標(biāo)之間的相對重要程度，該方法將調(diào)查結(jié)果用1～7表示，判斷矩陣標(biāo)度及含義如表2所示。采用方根法近似求出各指標(biāo)的權(quán)值，并作一致性檢驗(yàn)，所求權(quán)值如果不符合一致性要求，就適當(dāng)調(diào)整判斷矩陣，直到符合要求為止。以評價(jià)因素為例，經(jīng)兩兩比較，構(gòu)造得到一級指標(biāo)判斷矩陣，見表3。經(jīng)檢驗(yàn)，CR＜0.1滿足一致性要求，同理可得到最終確定的二級權(quán)值，見表4。

3.2.2 一致性檢驗(yàn)計(jì)算方法

（1）計(jì)算一致性

首先需要計(jì)算矩陣最大特征根λmax，除了可以采用特征根方法，還可以采用下列公式：

（2）計(jì)算一致性指標(biāo)（CI）

（3）查找相應(yīng)平均隨機(jī)一致性指標(biāo)（RI）

表5給出了1～15階正互反矩陣計(jì)算1 000次得到的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)［6］，通過表5可以查詢相關(guān)矩陣的一致性指標(biāo)。

（4）計(jì)算一致性比例（CR）

CR＜0.1時(shí)，認(rèn)為判斷矩陣一致性是可以接受的。

4 應(yīng)用實(shí)例

某日BD-1標(biāo)校系統(tǒng)運(yùn)行過程中，經(jīng)分析統(tǒng)計(jì)，中心標(biāo)校站、定軌標(biāo)校站和定位標(biāo)校站工作狀態(tài)如表6所示。

由表6顯示的標(biāo)校站運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)，根據(jù)式（1）求模糊關(guān)系矩陣，可得

由式（3）求得模糊綜合評價(jià)結(jié)果：

評價(jià)結(jié)果中，第三個(gè)指標(biāo)值最大，所以當(dāng)前標(biāo)校系統(tǒng)的等級屬于不合格。

5 結(jié)論

通過分析BD-1標(biāo)校系統(tǒng)運(yùn)行指標(biāo)，成功地建立了合理的標(biāo)校系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)評估模型。在實(shí)際應(yīng)用中，達(dá)到了快速有效評判系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)評估內(nèi)容及時(shí)對系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)的目的，提高了BD -1地面應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性，確保了用戶定位的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，有極高的軍事意義和經(jīng)濟(jì)效益。此外，該評估模型經(jīng)驗(yàn)還可以推廣到其它廣域分布的實(shí)時(shí)監(jiān)測站運(yùn)行狀態(tài)的評估研究中。

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SHIChang-ying.Study on Sustainable UtilizationWater Resources AssessmentMethod and Its Application of River Basin［D］.Xi′an：Xi′an University of Technology，2009：25-41.（in Chinese）

KONGWeiwas born in Nanyang，Henan Province，in 1980. She is now an engineer with the M.S.degree.Her research concerns satellite navigation and differential reference station.

Email：kwnancy＠126.com

馬煦（1968—），男，河北秦皇島人，碩士，高級工程師，長期從事衛(wèi)星導(dǎo)航定位工作及差分基準(zhǔn)站研究；

MA Xu was born in Qinhuangdao，HebeiProvince，in 1968.He is now a senior engineer with the M.S.degree.His research concerns satellite navigation，positioning and differential reference station.

Email：greatmaxu＠126.com

樂四海（1974—），男，湖北洪湖人，碩士，工程師，主要從事衛(wèi)星導(dǎo)航定位及差分基準(zhǔn)站研究方面的工作；

YUE Si-haiwas born in Honghu，Hubei Province，in 1974. He isnow an engineerwith theM.S.degree.His research concerns satellite navigation and differential reference station.

陶春燕（1975—），女，山東菏澤人，工程師，主要從事衛(wèi)星導(dǎo)航定位及差分基準(zhǔn)站研究方面的工作。

TAO Chun-yan was born in Heze，Shandong Province，in 1975.She isnow an engineer.Her research concerns satellite navigation，positioning and differential reference stat ion.

Analysis of Operation Indicators and Evaluation Model for the BD-1 Calibration System

KONGWei，MAXu，YUE Si-hai，TAO Chun-yan
（P.O.Box 5136，Beijing 100094，China）

In order to accurately keep informed on the operation state of the calibration system and ensure service performance of the BD-1 satellite navigation system，a calibration system evaluationmodel based on the fuzzy comprehensive evaluationmethod is proposed.According to the effect factors of the calibration system performance，the classification level and evaluation are designed，the weight indicators and testingmethods are discussed.The practical operation proves that themodel is reasonable and effective，so the design objectives are achieved.

Beidou satellite navigation system；calibration system；operation performance；fuzzy comprehensive evaluation；evaluationmodel

TN96；TP393

A

10.3969／j.issn.1001-893x.2011.10.002

孔維（1980—），女，河南南陽人，碩士，工程師，主要從事衛(wèi)星導(dǎo)航定位及差分基準(zhǔn)站研究方面的工作；

1001-893X（2011）10-0006-05

2011-04-11；

2011-09-02