[發明專利]一種基于DSM的衛星耦合設計流程結構化分析及反演方法

在審

• 申請號: 201310018073.9
• 申請日: 2013-01-17
• 公開（公告）號: CN103942349A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 溫躍杰;王偉;趙晟;徐清;鄧業平;高瑜;李強;劉洋
• 申請（專利權）人: 中國空間技術研究院神舟學院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于DSM的衛星耦合設計流程結構化分析及反演方法，其特征在于，所述分析方法包括以下步驟：

第一步：基于傳統的流程表述方式，整理和歸納出設計衛星的一般流程；所述衛星的設計分為總體S0和若干個分系統，所述若干個分系統包括載荷分系統S1、姿軌控分系統S2、推進分系統S3、數管分系統S4、測控分系統S5、熱控分系統S6、電源分系統S7、結構分系統S8，每個分系統的活動可以分別進一步分解為多項子活動：

總體S0包括：1)研制總要求下達、2)大系統初步接口協調、3)各分系統FMEA、4)各分系統可靠性預計、5)動態成像質量分析、6)圖像定位精度仿真分析、7)圖像輻射質量仿真分析、8)可靠性指標分配、9)整星可靠性預計、10)整星FMEA、11)安全性設計、12)有效載荷配置分析、13)平臺選擇分析、14)軌道初步方案設計、15)總體參數預算、16)空間環境條件分析、17)軌道設計、18)圖像幾何質量需求分析、19)圖像輻射質量需求分析、20)星上固存容量需求分析、21)有效載荷工作模式設計、22)衛星構型、23)各設備布局、24)總裝設計相關分析；

載荷分系統S1包括：1)初始任務分析、2)成像方式選擇、3)光譜獲取方式選擇、4)光學系統選型、5)探測器件選型、6)星上定標方式選擇、7)制冷方式選擇、8)初步總體方案、9)可靠性、安全性設計、10)電子學方案設計與分析、11)光學系統方案設計、12)光學系統MTF分析、13)結構方案設計、14)結構模型分析、15)熱控方案設計與熱設計、16)定標方案設計、17)掃描機構設計、18)二維指向機構設計、19)綜合分析與性能預估、20)關鍵部組件裝調檢測方案設計、21)光學遙感器總裝方案設計、22)光學遙感器整機測試方案設計、23)光學遙感器初步設計評審文件；

姿軌控分系統S2包括：1)用戶需求、2)系統部件配置及安裝的初步方案論證、3)工作模式分析的初步方案論證、4)燃耗計算的初步方案論證、5)初步方案論證報告、6)方案研究、7)仿真驗證、8)技術總結、9)關鍵技術攻關報告、10)工作模式、11)系統部件配置及安裝的初樣方案設計、12)動力學建模的初樣方案設計、13)擾動影響分析的初樣方案設計、14)姿態確定方案的初樣方案設計、15)姿態控制方案的初樣方案設計、16)部件診斷策略、17)系統重構策略、18)控制系統穩定性分析、19)數字仿真、20)燃耗計算的初樣方案設計、21)任務需求分析、22)初樣方案設計報告PDR、23)動力學建模的需求分析、24)擾動影響分析需求分析、25)姿態控制策略、26)姿態確定策略、27)系統部件配置及安裝需求分析、28)工作模式分析的需求分析、29)需求分析報告、30)動力學建模的初步方案論證、31)擾動影響分析的初步方案論證、32)姿態控制方案的初步方案論證、33)姿態確定方案的初步方案論證；

推進分系統S3包括：1)總體輸入、2)衛星推力器工作模式輸入、3)推進系統任務分析、4)推進系統安全性驗證、5)推進系統可靠性驗證、6)推進系統文件編寫、7)推進系統文件評審、8)推進系統接口協調、9)推進系統方案選擇、10)推進系統方案設計、11)推進系統安全性設計、12)推進系統可靠性設計、13)推進系統方案初步評估、14)建立系統數學模型、15)推進系統數學仿真、16)初步方案評審、17)推進系統熱設計、18)推進系統密封設計、19)推進系統結構強度設計、20)推進系統接口設計；

數管分系統S4包括：1)分系統用戶需求、2)分系統用戶需求分析、3)星上總線設計、4)遙控指令設計、5)遙測數據設計、6)測溫、控溫接口設計、7)時間系統設計、8)軟件設計、9)硬件設計、10)抗輻照、抗SEU設計、11)可靠性預計、12)FMEA分析、13)方案設計報告編寫、14)分系統用戶需求分析評審；

測控分系統S5包括：1)測控分系統需求分析、2)分系統初步方案設計評審文件編寫、3)明確研制階段、工作流程、4)星地測控需求、5)測控分系統對外接口協調、6)可靠性、安全性初步要求、7)測控分系統初步要求、8)分系統方案分析、9)射頻信道參數設計、10)應答機測距測速指標及體制設計、11)應答機頻率捕獲跟蹤范圍設計、12)遙測體制設計、13)遙控體制設計、14)星地鏈路預算、15)與星務分系統接口設計、16)與電源分系統接口設計、17)與總體電路接口設計、18)與熱控分系統接口設計、19)與天線分系統接口設計、20)與衛星總體接口設計、21)可靠性、安全性預計、22)可靠性驗證試驗、23)分系統測試計劃；

熱控分系統S6包括：1)熱控分系統任務分析、2)服務艙建模、3)載荷艙建模、4)材料熱物性和輻射參數選取、5)儀器設備熱耗和加熱器設置、6)軌道設置、7)外熱流計算、8)極端工況溫度場分析、9)優化熱設計參數滿足指標要求、10)確定熱設計狀態、11)熱控分系統可靠性、12)安全性分析與設計、13)熱控分系統測試計劃、14)熱控分系統初步需求分析、15)熱控分系統初步設計評審文件編寫、16)衛星軌道環境分析、17)艙板散熱能力分析、18)衛星各個艙段平均熱耗統計、19)熱控分系統外部接口協調、20)熱控分系統初步設計方案、21)載荷艙初步熱控設計方案、22)服務艙初步熱控設計方案、23)載荷艙各小艙散熱面計算、24)載荷艙各小艙散熱面草圖、25)載荷艙特殊單機控溫需求分析、26)載荷艙特殊單機控溫回路初步設計、27)載荷艙熱管選型、28)載荷艙熱管布局、29)服務艙熱管選型、30)服務艙熱管布局、31)服務艙各小艙散熱面計算、32)服務艙各小艙散熱面草圖、33)服務艙特殊單機控溫需求分析、34)服務艙特殊單機控溫回路初步設計、35)推進系統熱控設計、36)衛星艙板外熱控設計、37)衛星設備狀態設計、38)衛星艙板內熱控設計、39)熱控分系統初步設計結果；

電源分系統S7包括：1)電源系統初始任務分析、2)確定供配電系統拓撲結構和基本配置、3)太陽電池陣和蓄電池組初步需求、4)功率分配需求確認、5)電源分系統初步技術要求、6)太陽電池陣初步設計、7)蓄電池組初步設計、8)電源控制裝置(PCU)初步設計、9)電源下位機初步設計、10)配電器設計、11)配電器下位機初步設計、12)電纜網設計、13)可靠性、安全性分析與設計、14)電源分系統能量平衡分析、15)電源系統測試計劃、16)電源分系統初步設計評審文件編寫；

結構分系統S8包括：1)結構分系統研制技術要求、2)總體、總裝、熱控接口、3)天線、太陽翼有限元模型、4)任務明確和協調、5)初步技術要求評審(PTRR)、6)結構分系統總體設計、7)太陽翼接口設計、8)天線接口設計、9)星箭接口設計、10)貯箱接口設計、11)主承力結構設計、12)結構之間的連接設計、13)起吊點設計、14)結構分系統關鍵部件方案設計、15)結構分系統關鍵部件力學分析驗證、16)結構分系統關鍵部件力學驗證試驗設計、17)建立衛星主結構初步三維模型、18)建立衛星主結構初步有限元模型、19)整星初步靜力分析、20)整星初步模態分析、21)衛星主結構初步力學分析報告、22)結構分系統初步設計評估、23)整星力學試驗驗證方案、24)整星力學試驗設計、25)建立衛星主結構詳細三維模型、26)結構分系統部裝設計、27)結構分系統圖樣設計、28)整星有限元詳細建模、29)整星靜力分析、30)整星模態分析、31)整星頻響分析、32)衛星主結構詳細力學分析報告、33)結構分系統初步設計方案評審(PDR)；

以上的總體S0和分系統S1-S8以及相應的分系統的各項子活動共同構成一個串并行混合式流程。

第二步：映射生成DSM；將所述設計衛星的所述總體S0和分系統S1-S8的各項子活動進行整理或聚類，作為若干個獨立的元素沿著矩陣對角線排列，形成一個N×N的方陣，稱之為N維DSM矩陣；然后在此矩陣中對角線上方或下方的單元格中進行標注，標注的原則是：設單元格(i，j)表示第i行、第j列單元格，則當且僅當對角線上從左上角開始數的第i個元素到第j個元素有信息傳遞時，標為1，可以記作D(i，j)＝1；反之D(j，i)＝1表示對角線上第j個元素到第i個元素有信息傳遞；如果兩個元素之間沒有信息依賴關系，則記為0或者留作空白；如D(m，n)＝0，表示沒有信息從第m個元素流向第n個元素；

第三步：自動統計DSM項；對于所述N維DSM矩陣，從第1行或第1列開始逐行或逐列進行遍歷，將所有非對角線上單元格中非0/非空的關聯子項窮舉出來，并按順序進行編號，再逐項補充上兩個關聯元素的詳細信息，形成一個表格，所述詳細信息包括元素的名稱、項目編號；

第四步：逐項進行結構化定量分析；將上述表格中的每項關聯，進行深入剖析，按照預先定義的結構化分析模版補充信息，進一步窮舉出所有的關聯子項，從而實現衛星分系統設計子活動之間的信息精確建模和傳遞；

第五步：運用ExcelSever電子表格中間件技術和SQL關系數據庫技術，存儲上述關聯子項的明細信息；

第六步：根據數據庫中的對于DSM關聯子項的存儲信息，反演出衛星的耦合設計流程，所述耦合設計流程的具體步驟包括：

1)根據當前衛星各個分系統的代號進行查詢得到所有子活動集A，將其按照活動在分系統內部的流水號和項目編號進行升序排列；

2)根據數據關聯進行查詢與當前分系統所有子活動相關的、來自于其他的分系統的外部活動項集B，同樣將其按照所屬分系統升序排列；

3)統計集合B中每個外部設計活動所屬的分系統集C；

4)按照從左至右、從上到下的順序依次生成A集、C集中的每個子活動圖框；

5)對于分系統內部的關聯，起點和終點均為A集內活動元素，可以直接連接線，從起點活動圖框的右側錨點出發，連接到終點活動圖框的左側錨點；遍歷本分系統內部所有的關聯子項，直至將活動集A內部元素之間的關聯線全部生成；

6)對于跨分系統的關聯，一個為外部分系統，另一個為當前分系統的具體設計活動，連線的起點仍為提供信息輸出的設計活動圖框的右側錨點，終點為接受信息輸入的設計活動的左側錨點。