[發明專利]一種提高衛星能源使用效率的短期有效載荷工作規劃方法

有效

• 申請號: 201610833288.X
• 申請日: 2016-09-19
• 公開（公告）號: CN106599334B
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發明（設計）人: 張勇;鄢婉娟;劉元默;伍保峰;葉釗
• 申請（專利權）人: 航天東方紅衛星有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

一種提高衛星能源使用效率的短期有效載荷工作規劃方法，包括能源約束條件的模型提出、能源約束條件及影響衛星能源情況的輸入條件的建模，以及蓄電池組充放電過程模型的建立，并給出了利用該模型進行短期有效載荷工作規劃的方法的及應用實例。該數學模型能夠根據衛星運行中的每一個軌道圈的實際運行參數作為輸入條件進行計算，與以往只考慮最惡劣條件下的短期有效載荷工作模式和工作時間約束相比，提高了衛星有效載荷的使用效率，并且用戶在進行任務規劃時可以在滿足能源約束條件的前提下，在一個軌道圈內任意組合載荷的工作模式，任意設定載荷的工作時機和工作時長，增加了衛星的易用性。

技術領域

本發明涉及一種提高衛星能源使用效率的短期有效載荷工作規劃方法，屬于衛星使用的能源約束分析和衛星載荷最優化使用領域。

背景技術

目前衛星電源系統一般為太陽電池陣—蓄電池組電源系統，其中蓄電池組的循環壽命是約束電源系統在軌壽命的瓶頸。蓄電池組的使用壽命與其放電深度成反相關關系，為了延長其在軌使用壽命，需要對放電深度作出限制；對于配置太陽電池陣—蓄電池組電源系統的太陽同步軌道的低軌小衛星，由于其軌道周期較短，在一個軌道周期內，陰影時間又較長，約占整個軌道周期的三分之一，在對蓄電池組放電深度做出要求外，還會要求衛星電源系統能夠滿足當圈能量平衡，即在一個軌道周期內，陽照時間結束時蓄電池組需處于滿電量狀態。為了滿足當圈能量平衡及放電深度的限制，需要對衛星載荷的在軌使用提出約束，該約束條件稱為能源約束，衛星在進行短期有效載荷工作的任務規劃時需要滿足能源約束條件。

以往型號衛星由于地面測控站有限，有效載荷的工作模式也較為簡單，其能源約束一般為滿足當圈能量平衡及放電深度限制的單圈內不同短期有效載荷工作模式的工作時間，一般每個軌道圈內只有一種短期有效載荷工作模式，并且按照衛星在軌運行時太陽電池陣功率輸出最低時的惡劣條件計算短期有效載荷工作允許的最大時間。此種約束條件的提出方法主要存在如下問題：

(1)衛星能源約束條件按照衛星壽命末期及最惡劣運行條件下的衛星運行狀態參數給出，不是依據執行任務當前的衛星運行狀態給出，這限制了衛星的充分使用，降低了衛星的使用效率；(2)衛星能源約束條件的提出，只是給出某一種工作模式在一個軌道圈內的工作時間，對于在一個軌道圈內載荷工作的組合模式不能給出多種情況，也不能進行工作模式的自由組合，降低了衛星的使用靈活性和易用性。

發明內容

本發明解決的技術問題為：克服現有技術的不足，提供一種提高衛星能源使用效率的短期有效載荷工作規劃方法，可根據當前的衛星運行狀態參數，在滿足能源約束條件下進行短期有效載荷工作時間的任意設定和短期有效載荷工作模式的任意組合。

本發明解決的技術方案為：一種提高衛星能源使用效率的短期有效載荷工作規劃方法，步驟如下：

1)建立能源約束條件，包括當圈能量平衡條件和當圈放電深度約束條件；

當圈能量平衡條件：軌道周期結束時蓄電池組的充放電量Q(T₀)≥Q_e；

當圈放電深度約束條件：在一個軌道圈內任一時刻的當前電量

Q(t)≥Q_e·DOD_max；

其中:Q_e為衛星所用蓄電池組的額定電量；T₀為從陰影區起始的軌道周期時間；DOD_max為設計允許的最大放電深度；Q(T₀)為一個軌道周期結束時的當前電量值；t為以開始進入陰影區為起點的時間，范圍為[0,T₀]；