内容简介

本书在总结北斗系统运行维护经验的基础上，根据北斗三号系统星地一体化运行特点，以服务为核心，融合系统内外多维多源数据，应用人工智能、大数据、云计算等新技术手段，提出了北斗三号系统智能运行维护体系、要素和方法，解决了系统数据信息联通、融合、挖掘和应用问题，开展了系统实时在线评估、快速故障诊断定位、故障预测与预警、辅助决策支持等具体场景应用，可有效实现北斗系统平稳过渡和系统稳定运行，对北斗系统运行风险进行精确定量分析和智能管控，提高北斗系统运行管理科学化水平，确保北斗系统安全、可靠、稳定运行，提供优质服务。

作者简介

杨长风，男，北斗卫星导航系统工程总设计师，主持设计了北斗多功能融合、相控阵星间链路、新型导航信号等创新技术体制，统筹构建形成了国内首个规模化、融合化、大众化服务的航天工程活性生态体系，实现了两年发射18箭30星、星地组网一次性圆满成功的“北斗速度”；主持完成北斗工程管理和技术报告120余部，主编出版《北斗二号卫星工程系统工程管理》，获钱学森杰出贡献奖，以及多项国家部委级科技进步奖。

前言

卫星导航系统是国家重大战略性时空信息基础设施，可为国家安全、国民经济、社会发展和大众消费等领域提供基础的时空信息保障。北斗卫星导航系统是我国自主建设运行的全球卫星导航系统，自20世纪90年代启动建设以来，按照北斗一号、北斗二号、北斗三号“三步走”发展战略稳步实施。2020年7月31日，习近平总书记在人民大会堂郑重宣布北斗三号全球卫星导航系统开通，标志着北斗卫星导航系统正式迈入全球服务新时代。在我经历的航天任务当中，北斗卫星导航系统是规模的，要求极高。不同于一般的航天系统，它需要几十颗卫星、几十个地面站组网，以及星地一体化运行，其复杂性和难度显而易见。不仅如此，系统建成只是一个起点，更重要的是维持长期稳定运行，提供连续可靠服务，十年乃至数十年服务不中断。要实现北斗卫星导航系统 “天上好用、地上用好”，前提和基础是要运行好、管理好，通过科学、有效、精准的运行维护，确保所提供的高精度定位导航授时等各类服务连续不中断、性能不下降。本书作者通过工程创新与实践，提出了北斗卫星导航系统智能运维理论、方法和技术体系，包括星地一体化组网运行、数据感知融合、系统复杂状态评估、故障诊断与预测、系统运维决策等。在这些理论和方法指导下，北斗卫星导航系统构建了覆盖全面、流程清晰、简约高效的运行维护工作体系，建立了功能完备、性能优越、智能先进的运行维护管理系统，为系统高稳定、高可靠、高安全运行提供了保障。本书是我国航天领域部关于智能化运行维护理论与实践的专著，对北斗卫星导航系统智能运维进行了创新设计和实践总结，明确了发展路线图。全书由浅入深、循序渐进，具有很高的理论前瞻性、技术实用性和工程指导性，可为我国航天能力提升和大型复杂信息系统建设、运行、维护提供重要借鉴。

目录

第1章概论11.1北斗系统概况11.1.1北斗系统基本组成11.1.2北斗系统特点21.2北斗系统运维概况21.2.1北斗系统运维特点和要求21.2.2北斗系统运维发展历程31.2.3北斗系统运维现状61.2.4北斗系统运维面临的挑战81.3发展趋势与机遇111.3.1国外卫星导航系统运维体系发展情况111.3.2航天器健康管理技术发展情况211.3.3人工智能与大数据技术发展及其在系统运维中的应用情况281.3.4现代信息技术给北斗系统运维带来的机遇37第2章北斗系统智能运维理论与技术体系402.1概述402.2北斗系统智能运维理论402.2.1北斗系统运维理论基础402.2.2北斗系统智能运维“三环三融合”原理422.2.3北斗系统智能运维理论模型472.2.4北斗系统智能运维内涵与特征472.3北斗系统智能运维技术体系502.3.1体系构建目标502.3.2北斗系统智能运维技术体系架构512.3.3数据感知融合技术512.3.4系统运行评估技术552.3.5系统故障诊断预测技术572.3.6系统运维决策技术582.4北斗系统智能运维技术发展路线602.4.1北斗系统智能运维发展思路602.4.2北斗系统智能运维发展路线图的绘制612.4.3北斗系统智能运维分阶段建设内容61第3章北斗系统数据感知融合643.1概述643.2数据类型与标准643.2.1卫星导航数据653.2.2在轨遥测数据673.2.3星间链路数据683.2.4监测评估数据693.2.5地面试验测试数据753.2.6质量问题信息783.2.7数据标准783.3数据监测感知783.3.1监测体系783.3.2数据采集策略793.3.3传感技术813.3.4数据互联接口813.4数据联通与数据管理813.4.1数据存储813.4.2数据查询833.4.3数据备份833.4.4数据维护843.4.5数据安全853.5数据融合853.5.1数据清洗和预处理技术863.5.2数据融合技术883.6数据应用场景89第4章北斗系统运行评估954.1概述954.2北斗系统运行状态评估964.2.1卫星系统运行状态评估964.2.2地面运控系统运行状态评估1024.2.3测控系统运行状态评估1034.2.4星间链路运行管理系统运行状态评估1044.3北斗系统服务性能评估1064.3.1空间信号的质量评估1064.3.2空间信号的性能评估1084.3.3定位导航授时服务性能评估1134.3.4星基增强服务性能评估1184.3.5短报文通信服务性能评估1194.4北斗系统运行质量风险评估1194.4.1北斗系统运行风险综合评估1194.4.2北斗系统运行可靠性评估1244.4.3质量问题综合分析1304.5常用技术方法1304.5.1贝叶斯网络方法1314.5.2基于贝叶斯神经网络融合分析方法1314.5.3基于信息流的网络可用性可靠性建模分析方法1324.6应用示例1334.6.1北斗系统服务性能监测评估1334.6.2卫星关键单机状态评估1414.6.3卫星系统运行状态监测评估1474.6.4地面运控系统风险评估1514.6.5基于数据融合的综合可用性评估154第5章北斗系统故障诊断与预测1575.1概述1575.2故障报警分级标准1575.2.1卫星系统故障报警分级标准1585.2.2地面各系统故障报警分级标准1595.3系统智能故障诊断1605.3.1服务级智能故障感知1605.3.2运行级智能故障诊断1605.4系统智能故障预测1705.4.1整星智能寿命预测1715.4.2单机/设备智能寿命预测1725.5常用技术方法1755.5.1智能故障诊断方法1755.5.2智能故障预测方法1815.6应用示例1855.6.1空间信号异常诊断示例1855.6.2基于规则的卫星故障诊断示例1885.6.3基于数据驱动的卫星故障诊断示例1885.6.4基于系统集成的卫星故障诊断示例1915.6.5地面运控系统定轨业务故障诊断示例1925.6.6星载氢钟故障预测示例203第6章北斗系统运维决策2076.1概述2076.2常态运维调度2076.2.1多系统联合运维调度2076.2.2可视化运维支撑2096.3故障处置决策2116.3.1卫星在轨故障处置2116.3.2基于在轨技术支持系统的故障处置流程优化2126.4系统运行风险管控2136.4.1基于后果的系统风险分级分类管控2136.4.2基于多层级的风险分级管控2146.5常用技术方法2166.5.1基于状态监测的预测维护规划方法2176.5.2基于遗传算法的多约束智能优化方法2216.5.3支持多平台数据的可视化决策支持技术2236.6应用示例2266.6.1基于可用性分析评价的星座薄弱环节分析与备份策略优化研究2266.6.2主备星载原子钟时频信号无缝切换方法2316.6.3系统多通道融合互备决策2356.6.4能源智能控制决策2356.6.5姿态智能控制决策237第7章北斗系统智能运维平台2397.1概述2397.2智能运维平台总体架构与系统组成2397.2.1平台总体架构2397.2.2平台系统组成2397.2.3平台与各系统间接口关系2427.3系统主要功能2437.3.1云平台与监控调度子系统功能2437.3.2管理与监控子系统功能2437.3.3信息交互共享子系统功能2457.3.4载荷信号监测评估与维护子系统功能2467.3.5健康状态评估与维护子系统功能2477.3.6卫星系统性能评估与仿真子系统功能2477.3.7故障诊断子系统功能2487.3.8星座运行风险评估与预警子系统功能2487.3.9质量综合分析评估子系统功能2497.3.10运维决策可视化子系统功能2497.4技术指标体系2627.4.1数据感知融合2627.4.2系统运行评估2647.4.3系统故障诊断预测2647.4.4系统运维保障2657.5智能运维平台主要特点265名词说明266参考文献270后记273