基于动态故障树的卫星系统可靠性分析

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1、第30卷第3期宇航学报Vo1．30N0．32009年5月Jouma1ofAstronauticsMay2009基于动态故障树的卫星系统可靠性分析张晓洁，赵海涛，苗强，张伟，黄洪钟(1．电子科技大学机械电子工程学院，成都610054；2．北京空间飞行器总体设计部，北京100094)摘要：卫星系统作为一种高可靠产品，具有复杂的冗余结构。以卫星系统为对象，研究了动态故障树方法分析过程中静态子树及动态子树的处理方法。分别采用二元决策图及马尔科夫方法对关键设备的动态故障树模型中静态子树和动态子树进行分析。将所得结果与可靠性框图、马尔

2、科夫等方法所得结果进行了比较。关键词：动态故障树，可靠性建模，马尔科夫，二元决策图，卫星系统中图分类号：TB114文献标识码：A文章编号：1000—1328(2009)03—1249．06DOI：10．3873／j．issn．1000—1328．2009．00．068综合了传统的FTA分析方法和Markov模型两者的0引言优点，它通过引入表征动态特性的新的逻辑门类型，卫星是一种特殊的产品，它具有一般产品所不建立相应的动态故障树，进行动态故障树分析]。具备的许多特点。：(1)卫星的发射需要经受一个由于卫星系统具有复杂的冗余结

3、构，导致它们具有严峻的考验，且必须长期运行在条件极其恶劣的太动态随机型故障。因此，研究适用于卫星这类复杂空环境中；(2)卫星在其预定的轨道上运行期间，人冗余系统的可靠性建模分析是提高卫星可靠性设计们无法对其进行必要的维护(除非利用航天飞机对的重要保障。在轨卫星进行维修)；(3)卫星作为一类特殊产品，本文以动态故障树为基础，选择卫星系统的典具有产品数量少，价格高，要求产品具有很高的成功型设备为对象，详细探讨了卫星系统动态故障树分率。因此，人们常常把卫星称之为四高产品，即高技析中静态子树和动态子树的分析方法，为解决复杂术、高投

4、入、高效益和高风险产品。为了确保万无一冗余系统的可靠性设计分析提供了一种新的思路。失地完成卫星的运行任务，通常在卫星设计上，引入1动态故障树各种复杂冗余结构，以提高卫星的可靠度，确保卫星的成功率。DFT是指至少包含一个动态逻辑门的故障树，传统的故障树分析方法(FaultTreeAnalysis，它是在FTA和Markov方法的基础上发展起来的，其兀’A)是一种对系统可靠性进行分析的有效工具。不同之处在于加入了一些能够反映序列依赖性的系但是在现实世界中，系统失效往往具有动态特性，而统行为的元素。它把传统的FTA分析扩大到动传

5、统的FTA作为一种基于静态逻辑或静态故障机态系统性能，具有顺序相关、资源共享、可修复以及理的分析方法，无法描述系统失效的动态行为，如故冷、热备份等特性。障修复、时序相关的故障和冷储备等。马尔可夫动态逻辑门是用来表示与事件发生顺序相关的(Markov)过程作为一种特殊的随机过程，虽然能特性，这些特性都会影响系统的工作状态]。例如，够描述系统的动态特性，但因其状态空间的规模随如果某系统在事件A和B结合起来时导致系统失系统规模增大呈指数增长，导致马尔可夫模型的建效，而与事件出现的先后顺序无关时，它就是静态立和求解非常繁琐，有时甚

6、至由于运算量太大而无FTA；如果与事件发生的先后顺序有关，如必须是事法使用。件A先发生，B结合才导致系统失效事件时，这时就动态故障树(DynamicFaultTree，DFT)分析方法必须用DFT建模。动态逻辑门主要包括顺序相关收稿日期：2008．10．07；修回日期：2008．12．03基金项目：国家863计划(2006AA04Z409)；中国博士后科学基金(20070420223)1250宇航学报第30卷：门、功能相关门、冷备件门、温备件门和热2动态故障树的处理方法备件门等。。一。。。。。。。。(1)顺序相关门在动态故

7、障树的分析中，首先应将DFT进行模顺序相关门(SequenceEnforcinggate，SEQ)，当底事块化，得到独立的静态子树和动态子树，其中的静态件以从左到右的顺序依次发生时顶事件T才发生。子树多采用二元决策图(BinaryDecisionDiagram，(2)优先与门BDD)求解，而动态子树转化成相应的Markov链进行优先与门(Priority—ANDgate，PAND)，它有两个求解。底事件B和c。当两个底事件按照从左到右的顺序通常情况下，整个DFT模型只有很少一部分在发生时顶事件才发生。因此优先与门是顺序相关

8、门本质上是动态的。所以，在用DFF分析方法对整个底事件数目为2时的特例。DFT模型进行处理时，必须在整个FTA中识别出独(3)功能触发门立子树，将动态门和静态门区分开来，然后决定是采功能触发门(FunctionalDependencygate，FDEP)，用一般FTA的处理方法还是用Markov模型对独