CN105652899A - 可降低系统能耗的空间太阳辐射计太阳跟踪控制方法 - Google Patents

Abstract

可降低系统能耗的空间太阳辐射计太阳跟踪控制方法，属于太阳总辐射测量技术领域，为了解决现有空间太阳辐射计的太阳跟踪系统能耗较大的问题，启动空间太阳辐射计中的太阳跟踪系统，令太阳跟踪偏差小于预定阈值；启动空间太阳辐射计中各电替代自定标辐射计的太阳测量模式；在电替代自定标辐射计的时间段[t_n1,t_n2]中，按照较小的系统偏差要求进行太阳跟踪系统综合设计，令太阳跟踪偏差在零附近；在时间段[t_n2,t_n3]中，在系统非线性跟踪控制器综合设计中降低对太阳跟踪偏差的要求，调整系统的控制输出，逐渐停止精密太阳跟踪，维持太阳在跟踪系统的视场之内；在时间段[t_n3,t_n4]，太阳跟踪偏差的要求为仪器系统设计要求。

Description

可降低系统能耗的空间太阳辐射计太阳跟踪控制方法

技术领域

本发明涉及太阳同步轨道航天器上太阳辐射计的太阳跟踪控制方法，属于太阳总辐射测量技术领域。

背景技术

研究全球气候变化需要一定时间长度的、连续的、高精度的太阳总辐射数据。太阳总辐照度数据是研究地球气候系统变化的一个重要气象观测资料。由于地面上测量受到地球轨道运动，地球大气层扰动、气溶胶、水汽、大气折反射等一系列因素的不利影响，很难在地面上获取连续的、高精度的太阳总辐射数据。空间太阳总辐射测量可以去除地球轨道运动、地球大气层等诸多因素的不利影响，为研究太阳输出能量的微小变化提供了可靠的科学依据，是建立连续、长期太阳总辐射数据库的重要途径。

根据太阳总辐射测量仪器的对日方式，空基太阳总辐射测量可以大致分为扫描测量、整星对日测量和仪器自主对日测量三种工作方式。仪器自主对日观测的方式具有对日跟踪精度高、灵活性高等诸多优势，受到了广泛关注。现有大多数航天器上太阳总辐射测量仪器的太阳跟踪控制借鉴了地面连续太阳跟踪的经验，采用了连续长时间精密跟踪太阳的方法。这种传统连续跟踪太阳的方法没有考虑到太阳总辐射测量仪器的工作特点，系统能量消耗大。

发明内容

本发明为了解决现有空间太阳辐射计的太阳跟踪系统连续、精密跟踪太阳，系统能耗较大的问题，提出了降低系统能耗的空间太阳辐射计的太阳跟踪控制方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

可降低系统能耗的空间太阳辐射计太阳跟踪控制方法，包括以下步骤，

步骤1，在太阳总辐射测量启动之前，启动空间太阳辐射计中的太阳跟踪系统，令太阳跟踪偏差小于预定阈值；

步骤2，太阳跟踪偏差小于预定阈值后，启动空间太阳辐射计中各电替代自定标辐射计的太阳测量模式；

步骤3，在电替代自定标辐射计的每个接收光辐射阶段，即时间段[t_n1,t_n2]中，按照较小的系统偏差要求进行太阳跟踪系统综合设计，确保系统控制量可以完成精确的太阳跟踪，令太阳跟踪偏差在零附近；

步骤4，在第n个电定标阶段的时间段[t_n2,t_n3]中，即电定标阶段开始后，在系统非线性跟踪控制器综合设计中降低对太阳跟踪偏差的要求，调整系统的控制输出，逐渐停止精密太阳跟踪，令系统进入粗略跟踪太阳的状态，维持太阳在跟踪系统的视场之内；

步骤5，在第n+1个接收光辐射阶段时间段[t_n3,t_n4]，逐渐提高系统对太阳跟踪偏差的要求到仪器系统设计要求，增大系统的控制增益，降低太阳的跟踪偏差，令系统恢复到精密跟踪太阳的系统状态。

本发明的有益效果：本发明根据空间太阳辐射计测量入射光辐射的工作特点，切换系统的控制模式：针对空间太阳辐射计，仅在仪器中电替代自定标辐射计的每个接收光辐射阶段，以较小的太阳跟踪偏差为控制目标，进行太阳跟踪系统的精密太阳跟踪，保证仪器以设计精度跟踪太阳；而在电替代自定标辐射计的电定标阶段，降低期望的太阳跟踪偏差，以较大的太阳跟踪偏差跟踪太阳，保证太阳在仪器的视场范围内。

采用本发明提供的空间太阳辐射计的太阳跟踪控制方法，通过改变太阳跟踪系统在航天器太阳同步轨道上的运行状态，可降低太阳总辐射测量仪器对日跟踪过程中的系统能量消耗。

附图说明

图1为本发明中电替代自定标辐射计快门状态图。

图2为本发明中太阳跟踪系统工作状态图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

空间太阳辐射计的太阳跟踪系统可在太阳同步轨道航天器上，在一定的旋转角度范围内，携带电替代自定标辐射计共同跟踪太阳。其中的电替代自定标辐射计是空间太阳辐射计用来测量入射太阳光的核心元件。电替代自定标辐射计通过控制腔体探测器上的加热电压来改变电替代自定标辐射计腔体探测器的温度，以完成太阳总辐射测量。电替代自定标辐射计完成一次入射太阳光的总辐照度测量分成接收光辐射、电定标两个阶段。

在电替代自定标辐射计的每个接收光辐射阶段，如果入射太阳光的总辐照度稳定或者近似稳定，在一定时间之后，腔体与热沉的温度差达到一个稳定值或者饱和值，则启动电替代自定标辐射计的电定标阶段。在这个接收光辐射阶段，要求太阳光矢量和电替代自定标辐射计主光轴的夹角稳定在零附件。在电替代自定标辐射计的第n个接收光辐射阶段，对应[t_n1,t_n2]时间段内，以较小的跟踪偏差要求进行空间太阳辐射计的太阳跟踪。

在辐射计的电定标阶段，电替代自定标辐射计关闭快门，辐射计电子系统中的中央控制器通过特定的算法估计加热丝两端应施加的电压或根据反馈控制原理控制腔体加热丝两端应施加的电压，通过驱动放大单元后对腔体加热，使得腔体与热沉的温度差重新恢复到接收光辐射阶段最后时刻的稳定值。加热电压的调节目标是令电功率对腔体产生的加热效应与入射太阳光对腔体产生的加热效应等效。由于电替代自定标辐射计中腔体上施加的加热电功率可以精确计算，则可以根据腔体接收光辐射阶段和电定标阶段的热系统模型求解入射太阳光的功率值，根据主光阑的面积得出总辐照度值。在电替代自定标辐射计的第n个电定标阶段，对应时间段[t_n2,t_n4]，进行系统的控制状态的调整。

如图1、2所示，可降低系统能耗的空间太阳辐射计太阳跟踪控制方法，包括以下步骤，

步骤1：在太阳总辐射测量启动之前，启动空间太阳辐射计中的太阳跟踪系统，令太阳跟踪偏差小于预定阈值；

步骤2：太阳跟踪偏差小于预定阈值后，启动空间太阳辐射计中各电替代自定标辐射计的太阳测量模式；

步骤3：在电替代自定标辐射计的每个接收光辐射阶段，即时间段[t_n1,t_n2]中，按照较小的系统偏差要求进行太阳跟踪系统综合设计，确保系统控制量可以完成精确的太阳跟踪，令太阳跟踪偏差在零附近；

步骤4：在第n个电定标阶段的时间段[t_n2,t_n3]中，即电定标阶段开始后，在系统非线性跟踪控制器综合设计中降低对太阳跟踪偏差的要求，调整系统的控制输出，逐渐停止精密太阳跟踪，令系统进入粗略跟踪太阳的状态，应当维持太阳在跟踪系统的视场之内，以便降低系统的功耗；

步骤5：在第n+1个接收光辐射阶段时间段[t_n3,t_n4]，逐渐提高系统对太阳跟踪偏差的要求到仪器系统设计要求，增大系统的控制增益，降低太阳的跟踪偏差，令系统回复到精密跟踪太阳的系统状态。

在步骤5完成之后，控制系统再跳转到步骤3，进行下一轨道的仪器自主太阳跟踪控制。

Claims (1)

1.可降低系统能耗的空间太阳辐射计太阳跟踪控制方法，其特征是，其包括以下步骤：

步骤1，在太阳总辐射测量启动之前，启动空间太阳辐射计中的太阳跟踪系统，令太阳跟踪偏差小于预定阈值；

步骤2，太阳跟踪偏差小于预定阈值后，启动空间太阳辐射计中各电替代自定标辐射计的太阳测量模式；

步骤3，在电替代自定标辐射计的每个接收光辐射阶段，即时间段[t_n1,t_n2]中，按照较小的系统偏差要求进行太阳跟踪系统综合设计，确保系统控制量可以完成精确的太阳跟踪，令太阳跟踪偏差在零附近；

步骤4，在第n个电定标阶段的时间段[t_n2,t_n3]中，即电定标阶段开始后，在系统非线性跟踪控制器综合设计中降低对太阳跟踪偏差的要求，调整系统的控制输出，逐渐停止精密太阳跟踪，令系统进入粗略跟踪太阳的状态，维持太阳在跟踪系统的视场之内；

步骤5，在第n+1个接收光辐射阶段时间段[t_n3,t_n4]，逐渐提高系统对太阳跟踪偏差的要求到仪器系统设计要求，增大系统的控制增益，降低太阳的跟踪偏差，令系统恢复到精密跟踪太阳的系统状态。