標校系統運行性能與評估模型分析?

孔維，馬煦，樂四海，陶春燕

標校系統運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）

為了準確掌握標校系統的運行狀態，確保BD-1衛星導航定位系統的服務性能，利用模糊綜合評價方法建立了一套標校系統評估模型，在分析影響標校系統運行性能因素的基礎上設計了分類等級和評價指標，并對指標權值的確定和檢驗方法進行了詳細論述，最后用實例驗證了評估模型的合理性和有效性，達到了設計目標。

“北斗”衛星導航定位系統；標校系統；運行性能；模糊綜合評價；評估模型

1 引言

BD-1標校系統由分布在服務區內若干已知點上的各類標校站組成，其用途可分為測軌、定位、測高、定時和中心5類。標校系統是我國衛星導航定位系統的重要組成部分，其設備運行狀態及其數據質量直接影響BD-1衛星導航系統運行的穩定性和服務質量。由于標校系統能夠在第一時間反映BD-1系統的運行狀態，因此對標校系統運行狀況進行評估，對于掌握BD-1系統的運行狀態具有重要意義，通過合理建立評估模型不僅可以隨時掌握系統運行狀態，同時能夠達到及時對標校系統進行維護和完善的目的。

BD-1標校系統評估系統建模可采用模糊綜合評價［1，2］方法對標校系統的整體運行狀況進行評估。本文針對影響標校系統運行的因素建立評價等級和評價指標，并對指標的確定方法進行了詳細描述和驗證。

2 系統評價方法

模糊綜合評價法是應用模糊集理論對系統進行綜合評價的一種方法，也就是根據給定的評價標準和具體的評價值經過模糊變換后，對事物作出評價的一種方法。

模糊綜合評價先把要評價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行初級的評價，最后對初級評價的結果進行較高一級的綜合評價。在確定評價因素、因子的評價等級標準和權值的基礎上，運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，構造模糊評判矩陣，通過多層的復合運算，最終確定評價對象所屬等級，評價方法流程如圖1所示。

設有n個評價等級，m個一級評價指標（因素），每個一級指標又包含多個二級指標（因子），并用U、V、Vi等符號表示，即：等級論域U=，因素論域，因子論域

由于U與V之間存在模糊關系R，可表示為模糊矩陣形式：

式中，rij表示第i個評價因素Vi對第j個等級的隸屬度，它依賴于Vi所包含的各個因子對各等級的隸屬度及各因子對因素的權重，設Vi所包含的第p個因子對第q個等級的隸屬度為，第p個因子對該因素的權重為，則

這樣就確定了模糊關系矩陣。

記一級評價因素的權重為

則綜合評價結果為

若bk=max（b1，b2，…，bn），則評價對象屬于第k類。

3 標校系統評估模型

3.1 等級分類

根據不同類型標校站在系統中發揮的作用，以及標校站發生故障時對系統產生的影響程度，將BD-1標校系統性能評估分為三級：優良、合格和不合格。

（1）優良狀態即為標校站運行正常穩定，設備工況正常穩定；定位偏差一檔概率每4 h統計大于等于98%；

（2）合格狀態為標校站運行一般正常，設備工況基本穩定；平均每小時存在不大于3次的跳波束現象或超時報警現象，并且標校站的定位偏差一檔概率每4 h統計大于等于90%且小于98%；

（3）不合格狀態為標校站運行不正常，設備工況不穩定；平均每小時統計有3次以上失鎖現象或跳波束現象，標校站的定位偏差一檔概率每4 h統計小于90%。

根據以上評價標準，把所有標校站的評價狀態結果經模糊數學算法處理后綜合得出整個標校系統的運行等級狀態。

3.2 系統評價指標

BD-1標校系統的入站數據包括接收電平、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校機響應出站信號的強弱程度，通道載噪比可以反映標校機形成入站信號的強弱程度，位置偏差能夠反映標校機的定位精度。

標校系統評價指標［3，4］的設計既要盡可能全面地反映出標校系統運行狀態，又要盡量簡單，便于操作。依據標校站的不同類別、重要性和分布，定義了3個一級評價指標和10個二級評價指標，如表1所示。

3.2.1 指標權值確定方法

在一般情況下，至多需要7個標度點來區分事物之間質的差別或重要程度的不同。本評估系統研究中引入1～7比率標度法［5］表示任意兩指標之間的相對重要程度，該方法將調查結果用1～7表示，判斷矩陣標度及含義如表2所示。采用方根法近似求出各指標的權值，并作一致性檢驗，所求權值如果不符合一致性要求，就適當調整判斷矩陣，直到符合要求為止。以評價因素為例，經兩兩比較，構造得到一級指標判斷矩陣，見表3。經檢驗，CR＜0.1滿足一致性要求，同理可得到最終確定的二級權值，見表4。

3.2.2 一致性檢驗計算方法

（1）計算一致性

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

（2）計算一致性指標（CI）

（3）查找相應平均隨機一致性指標（RI）

表5給出了1～15階正互反矩陣計算1 000次得到的平均隨機一致性指標［6］，通過表5可以查詢相關矩陣的一致性指標。

（4）計算一致性比例（CR）

CR＜0.1時，認為判斷矩陣一致性是可以接受的。

4 應用實例

某日BD-1標校系統運行過程中，經分析統計，中心標校站、定軌標校站和定位標校站工作狀態如表6所示。

由表6顯示的標校站運行情況統計，根據式（1）求模糊關系矩陣，可得

由式（3）求得模糊綜合評價結果：

評價結果中，第三個指標值最大，所以當前標校系統的等級屬于不合格。

5 結論

通過分析BD-1標校系統運行指標，成功地建立了合理的標校系統運行狀態評估模型。在實際應用中，達到了快速有效評判系統運行狀態，并根據評估內容及時對系統設備進行維護的目的，提高了BD -1地面應用系統的可靠性，確保了用戶定位的穩定性和準確性，有極高的軍事意義和經濟效益。此外，該評估模型經驗還可以推廣到其它廣域分布的實時監測站運行狀態的評估研究中。

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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，長期從事衛星導航定位工作及差分基準站研究；

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，主要從事衛星導航定位及差分基準站研究方面的工作；

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，主要從事衛星導航定位及差分基準站研究方面的工作。

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，主要從事衛星導航定位及差分基準站研究方面的工作；

1001-893X（2011）10-0006-05

2011-04-11；

2011-09-02