[發明專利]一種基于復用分解的衛星有效載荷功耗分析方法

有效

• 申請號: 201711114042.8
• 申請日: 2017-11-07
• 公開（公告）號: CN107908597B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 張濤;雷洪濤;劉亞杰;鄭曉坤;明夢君;李凱文;王銳
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G06F17/10
• 分類號: G06F17/10
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 董惠文

本發明公開了一種一種基于復用分解的衛星有效載荷功耗分析方法，包括步驟1：獲取衛星執行任務時有效載荷的狀態參數；步驟2：建立衛星平臺維持常規載荷能耗模型；步驟3：計算衛星執行任務時有效載荷工作產生的能耗；步驟4：建立“單種類型任務”有效載荷能耗復用模型；步驟5：建立“多種類型任務”有效載荷能耗復用分解模型并求解；步驟6：根據衛星執行任務i時的實時遙測數據計算執行該任務時有效載荷總的實時功率。具有通過分析衛星遙測歷史數據且不增加物理部件就可合理準確地計算衛星各有效載荷實時功率的優點。

技術領域

本發明涉及一種基于復用分解的衛星有效載荷功耗分析方法，屬于衛星測控領域。

背景技術

衛星有效載荷是指直接執行特定衛星任務的儀器、設備或分系統。衛星由于其功能不同所搭載的有效載荷也各不相同，例如返回式衛星返回艙的有效載荷包括多光譜掃描儀、紅外掃描儀、合成孔徑雷達、微波輻射計、微波散射計、雷達高度計、超光譜成像儀以及遙感信息等設備。隨著航天技術的不斷發展，衛星任務規劃及健康管理也逐步向精細化、智能化轉變。而衛星由于工作環境的特殊性，其有限的能量儲備成為衛星任務規劃與健康管理的關鍵制約因素。目前我國對衛星能量智能管理的研究還處在起步階段，對衛星執行任務所需能耗缺乏準確計算方法導致難以對衛星能源系統狀態實現有效預測。所以，目前衛星在執行任務時所采取的策略是給定較高儲存能量下限，以犧牲衛星的有效工作量來確保衛星運行的安全性。這種策略大大縮減了衛星可執行任務的規劃范圍，是對衛星資源的一種浪費。例如，在我國某資源衛星的在軌使用原則中規定的有效載荷在軌使用單圈工作時長、工作頻率等大大低于實際可承受范圍。這是從衛星在軌能源平衡的角度為確保衛星安全運行給出的一個比較嚴格的條件。如果能準確掌握衛星有效載荷工作與能耗的關系，對衛星執行任務的能量需求有準確的把握，那么就能實時把握衛星能量系統狀態，進而更合理地提出任務規劃的約束，提高衛星資源的利用率。

實現衛星能源系統的智能管理，關鍵一步在于對衛星執行任務時有效載荷功率的準確計算。衛星由于制造工藝及制造成本的限制，無法對每一個部件都安裝足夠的傳感器獲得準確數據，因此不能直接對有效載荷的功率進行計算。另一方面，衛星在執行某一任務時，往往通過多個有效載荷協調運行共同完成任務，大部分的衛星有效載荷都存在復用的情況。如何從復用的有效載荷中得到每一個具體載荷的功率是一個關鍵問題。

目前國內外針對衛星能源智能管理和能耗計算的研究較少，幾乎沒有現成的方法對其進行求解。由于衛星上的各部件主要依靠電力運行，因此本方法研究的衛星有效載荷功耗針對的是電功耗。目前針對電能計算的研究主要可分為兩類，第一類是從理論的角度研究電能的計算公式。計算電能的理論公式主要從電路的電壓、電流、電阻考慮，公式主要有Q＝UIT、Q＝I²RT、Q＝U²T/R以及三相交流電中的雖然利用電能公式計算的方法是最簡單最直接的，但是需要知道單個有效載荷準確的電功率或者電流，目前大多數衛星無法滿足這要求。關于電能計算另一類研究是從工程實踐的角度出發，研究各種修正方法減少由于器件測量不準確等因素造成功耗計算誤差，使得電能計算結果更精確。有研究基于相位差校正法的虛擬諧波功率與電能計算方法實現數字化變電站中的虛擬諧波功率與電能計量。也有研究從電能計量裝置的誤差出發，考慮電能表的誤差、互感器的合成誤差等對電能計量造成的誤差，并對引起誤差的原因進行深入分析。有研究從電網電量計算受諧波污染的問題出發，針對間諧波污染嚴重的電網，為準確計量相應負荷實際消耗的電能量，減小電能計量誤差，在傳統電能計量方法基礎上，增加計及間諧波產生的電能損耗，并推導出存在間諧波條件下的電能計算公式，最后通過數值仿真分析，證明了在間諧波污染嚴重的電網中，采用提出的計及間諧波的電能計量方法，將更加合理、準確、可靠。上述研究都致力于解決單一載荷的功耗問題，但并不適用于復用的載荷功耗計算。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明要解決的問題在于提出了一種通過分析衛星遙測歷史數據且不增加物理部件就可合理準確地計算衛星各有效載荷實時功率的基于復用分解的衛星有效載荷功耗分析方法。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：