CN103942429A - 一种卫星在轨瞬态温度模拟与预测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种卫星在轨瞬态温度模拟与预测系统，包括热控模块、轨道与姿态控制模块、硬件接口模块、软件接口模块和卫星热模型模块；其中，热控模块用于模拟卫星热控管理功能；轨道与姿态控制模块用于模拟卫星在轨工作状态功能；硬件接口模块用于实现热控模块数据、姿态与轨道控制模块数据分别与软件接口模块数据之间的转换；软件接口模块用于实现与卫星热模型模块数据通信的协议转换；卫星热模型模块根据卫星当前运行状态计算分析卫星热状态并输出结果。本发明的系统，能实时接收卫星在轨运行的轨道、姿态、设备工作状态、加热器工作状态等数据，模拟卫星在轨运行的热状态，对卫星在轨运行时的温度分布进行预测，验证卫星的热设计和主动热控功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种模拟与预测系统，尤其涉及一种卫星在轨瞬态温度模拟与预测系统。
背景技术
目前，卫星在轨温度主要通过热分析的方法进行预测，该方法只能通过预先设定卫星轨道、姿态、星上设备的热耗、加热片的功率等进行某一工况的计算。实际中，卫星运行轨道、运行姿态离目标设定有偏差，设备、加热器工作模式随机变化，这些在轨变化因素使得一般热分析结果与实际卫星在轨温度场分布有较大的误差。故根据实时在轨数据进行瞬态热分析是较理想的卫星在轨瞬态温度预测的方法。
要实现这一功能，除对热分析模型进行参数化外，还应建立完善的数据接口，以便热分析模型能快速更新轨道、姿态、设备工作模式、加热器工作模式等数据，从而快速对卫星瞬态在轨温度进行预测。
发明内容
为了解决现有技术中问题，本发明提供了一种卫星在轨瞬态温度模拟与预测系统，能实时接收卫星在轨运行的轨道、姿态、设备工作设状态、加热器工作状态等数据，用来模拟卫星在轨运行的热状态，对卫星在轨运行时的温度分布进行预测，验证卫星的热设计和主动热控功能。
本发明通过如下技术方案实现：
一种卫星在轨瞬态温度模拟与预测系统，用于输出卫星的瞬态热状态和各测温点的温度值，所述系统包括热控模块、轨道与姿态控制模块、硬件接口模块、软件接口模块和卫星热模型模块；其中，所述热控模块通过模拟量转数字量AD采集模块采集电阻温度量数据，通过数字IO输出加热状态量数据；所述轨道与姿态控制模块通过RS232接口发送轨道与姿态数据、设备开关状态串行数据，接收温度遥测串行数据；所述硬件接口模块通过RS232接口接收轨道与姿态数据、设备开关状态量数据，通过数字IO接收加热状态量数据作为接口模块的输入条件，还通过数字电位器发送电阻温度量数据、通过RS232接口发送温度遥测串行数据；所述软件接口模块对硬件接口模块接收或发送的数据进行处理，将其转换为所述卫星热模型模块能够识别的变量，然后，对卫星热模型模块中的热控分析软件进行初始化并启动所述热控分析软件以及获取所述热控分析软件计算的结果并输出。
作为本发明进一步改进，所述软件接口模块使用Visual Studio 2008进行开发。
作为本发明进一步改进，所述将其换为所述卫星热模型模块能够识别的变量具体为：接收硬件接口模块发送的轨道与姿态数据，并转换为卫星热模型模块能够识别的变量；接收硬件接口模块发送的设备开关状态量数据，并转换为卫星热模型模块的设备热耗；接收硬件接口模块发送的加热状态量数据，并转换为卫星热模型模块的加热片的功率。
作为本发明进一步改进，所述系统有连接工作模式和离线工作模式；在连接工作模式时，接收轨道和姿态数据以及加热状态量数据，以进行在轨温度场模拟，并输出温度量；在离线工作模式时，进行卫星离线热分析。
作为本发明进一步改进，为实现根据设备的热耗、卫星的轨道、姿态以及主动热控来计算卫星的瞬态温度场，将以下数据参数化：轨道和姿态数据；设备、舱板初始温度；设备热耗；加热器加热功耗。
本发明的有益效果是：本发明的卫星在轨瞬态温度模拟与预测系统能模拟卫星在轨运行的热状态，实现了以下功能：（1）卫星热模拟功能，具备卫星热模型设计，能够根据卫星的结构、设备的开关、卫星的轨道以及主动热控等计算卫星的瞬态热状态；（2）温度输出功能，能够输出卫星热模型各测温点的温度值，以帮助判断主动热控；（3）连接工作模式和离线工作模式，连接工作模式时，能够接收轨道与姿态数据数据和加热状态量数据，以进行在轨温度场仿真，并输出温度量；离线工作模式，可进行卫星离线热分析。
附图说明
图1是本发明的卫星在轨瞬态温度模拟与预测系统的功能模块示意图；
图2是本发明的卫星在轨瞬态温度模拟与预测系统的运行流程图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。
如附图1所示，卫星在轨瞬态温度模拟与预测系统的由以下功能模块组成：
[系统硬件接口模块]
卫星在轨瞬态温度模拟与预测系统通过RS232接口接收轨道与姿态数据、设备开关状态量数据，通过数字IO接收加热状态量数据作为接口模块的输入条件，还通过数字电位器发送电阻温度量数据、通过RS232接口发送温度遥测串行数据。
[系统软件接口模块]
软件接口模块在Visual Studio 2008上开发，提供了卫星热模型模块中的热控分析软件自动运行的接口。接口软件是对热控分析软件进行操作，并与外部RS232接口进行通信的重要软件，其主要作用是：通过RS232接口接收外部传送过来的控制数据，对热控分析软件进行初始化并启动分析软件；获取热控分析软件计算的结果。
软件接口模块将硬件接口模块接收到的数据转换为热模型能够识别的变量，以作用于卫星的热模型模块：
（1）软件接口模块能够接收硬件接口模块发送的轨道与姿态数据，并转换为卫星热模型模块能够识别的变量；
（2）软件接口模块能够接收硬件接口模块发送的设备开关状态量，并能转换为卫星热模型模块的设备热耗，以便于卫星热模型模块调用；
（3）软件接口模块能够接收硬件接口模块发送的加热状态量，并能转换为卫星热模型模块的加热片的功率，以便于卫星热模型模块调用；
（4）能够进行循环周期开始的判断和单次计算完成的判断，能够控制热模型进行循环计算；
（5）能够显示控制热模型运算的结果，并能显示加热状态量和加热功率开关状态。
[卫星热模型模块的分析模型参数化设计]
按照卫星的总体布局，建立卫星热分析模型。
为实现根据设备的热耗、卫星的轨道、姿态以及主动热控等计算卫星的瞬态热温度场，将以下几类数据参数化：
（1）轨道、姿态数据；
（2）设备、舱板初始温度；
每个设备都布置一个温度监测点；舱板根据卫星实际需要布置温度监测点。所有温度监测点监测到的温度作为热分析模型温度计算的初始温度；
（3）设备热耗；
每个设备都设置一个热耗参数；
（4）加热器加热功耗；
每个加热器都设置一个加热功耗参数。
本发明的卫星在轨瞬态温度模拟与预测系统能模拟卫星在轨运行的热状态，实现了以下功能：（1）卫星热模拟功能，具备卫星热模型设计，能够根据卫星的结构、设备的开关、卫星的轨道以及主动热控等计算卫星的瞬态热状态；（2）温度输出功能，能够输出卫星热模型各测温点的温度值，以帮助判断主动热控；（3）连接工作模式和离线工作模式，连接工作模式时，能够接收轨道与姿态数据和加热状态量数据，以进行在轨温度场仿真，并输出温度量；离线工作模式，可进行卫星离线热分析。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种卫星在轨瞬态温度模拟与预测系统，用于输出卫星的瞬态热状态和各测温点的温度值，其特征在于：所述系统包括热控模块、轨道与姿态控制模块、硬件接口模块、软件接口模块和卫星热模型模块；其中，所述热控模块通过模拟量转数字量AD采集模块采集电阻温度量数据，通过数字IO输出加热状态量数据；所述轨道与姿态控制模块通过RS232接口发送轨道与姿态数据、设备开关状态串行数据，接收温度遥测串行数据；所述硬件接口模块通过RS232接口接收轨道与姿态数据、设备开关状态量数据，通过数字IO接收加热状态量数据作为接口模块的输入条件，还通过数字电位器发送电阻温度量数据、通过RS232接口发送温度遥测串行数据；所述软件接口模块对硬件接口模块接收或发送的数据进行处理，将其转换为所述卫星热模型模块能够识别的变量，然后，对卫星热模型模块中的热控分析软件进行初始化并启动所述热控分析软件以及获取所述热控分析软件计算的结果并输出。
2.根据权利要求1所述的卫星在轨瞬态温度模拟与预测系统，其特征在于：所述软件接口模块使用Visual Studio 2008进行开发。
3.根据权利要求1所述的卫星在轨瞬态温度模拟与预测系统，其特征在于：所述将其转换为所述卫星热模型模块能够识别的变量具体为：接收硬件接口模块发送的轨道与姿态数据，并转换为卫星热模型模块能够识别的变量；接收硬件接口模块发送的设备开关状态量数据，并转换为卫星热模型模块的设备热耗；接收硬件接口模块发送的加热状态量数据，并转换为卫星热模型模块的加热片的功率。
4.根据权利要求1所述的卫星在轨瞬态温度模拟与预测系统，其特征在于：所述系统有连接工作模式和离线工作模式；在连接工作模式时，接收轨道与姿态数据以及加热状态量数据，以进行在轨温度场模拟，并输出温度量；在离线工作模式时，进行卫星离线热分析。
5.根据权利要求4所述的卫星在轨瞬态温度模拟与预测系统，其特征在于：为实现根据设备的热耗、卫星的轨道、姿态以及主动热控来计算卫星的瞬态温度场，将以下数据参数化：轨道和姿态数据；设备、舱板初始温度；设备热耗；加热器加热功耗。
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