CN106934217A - 一种基于飞行程序的航天器功率快速合成方法及系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于飞行程序的航天器功率快速合成方法及系统，首先获取按照时间排序的航天器所有用电设备的加断电、工作模式信息及所有用电设备的工作模式对应的功耗值，获取航天器太阳翼在太阳直射情况下的输出功率、随时间变化的太阳翼入射角，然后建立各个分系统所有用电设备功耗值与时间的映射关系，进而得到航天器负载功率与时间的映射关系、航天器太阳翼实际输出功率与时间的映射关系，最后根据航天器负载功率与时间的映射关系、太阳翼实际输出功率与时间的映射关系完成航天器能量平衡计算。
Description
技术领域
本发明涉及航天器功率合成领域，特别是一种基于飞行程序的航天器功率快速合成方法及系统。
背景技术
现有的航天器功率需求统计方法是整理一张二维表格，行表头按照飞行程序填写飞行事件和发生时刻，列表头为各分系统及用电设备名称，手工录入各飞行阶段的设备功耗，再累加得到航天器负载功耗；同时根据各飞行阶段太阳翼入射角和太阳翼直射输出功率得到各飞行阶段的太阳翼输出功率，再手工将航天器负载功耗和太阳翼输出功率按照统一的时基进行整理，得到能量平衡计算所需要的时间-功率总表。一旦飞行程序调整，设备的开关机时刻、工作模式发生变化，航天器负载功耗需重新统计；一旦轨道、姿态调整，太阳翼的输出功率和时间将需改变，航天器负载功耗与太阳翼输出功率的时基也需重新匹配。而飞行程序、轨道和姿态的调整会伴随着型号的整个研制过程和在轨飞控的全过程，依靠人工列表统计功率的方式工作量大、效率低、出错率高。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于飞行程序的航天器功率快速合成方法及系统，解决了现有的依靠人工列表统计功率的方式，因为飞行程序调整、设备开关机、工作模式发生变化，轨道、姿态调整，带来的功率统计工作量大、效率低、出错率高的问题。
本发明的技术解决方案是：一种基于飞行程序的航天器功率快速合成方法及系统，包括如下步骤：
(1)获取按照时间排序的航天器各个分系统所有用电设备的加断电、工作模式信息；
(2)分别获取航天器各个分系统所有用电设备的工作模式对应的功耗值；
(3)根据步骤(1)得到的按照时间排序的各个分系统所有用电设备的加断电、工作模式信息，各个分系统所有用电设备的工作模式对应的功耗值，建立各个分系统所有用电设备功耗值与时间的映射关系，进而得到航天器负载功率与时间的映射关系；
(4)获取航天器太阳翼在太阳直射情况下的输出功率P′、随时间变化的太阳翼入射角θ，进而得到航天器太阳翼实际输出功率与时间的映射关系为P＝cosθ×P′；所述的太阳翼入射角θ为太阳光与航天器太阳翼帆板法线间的夹角；
(5)根据步骤(3)得到的航天器负载功率与时间的映射关系、步骤(4)得到的航天器太阳翼实际输出功率与时间的映射关系完成航天器能量平衡计算。
一种基于飞行程序的航天器功率快速合成系统，包括数据获取模块、数据预处理模块，数据处理模块、数据输出显示模块，其中：
数据获取模块，依次从外部获取航天器各个分系统所有用电设备的加断电信息、工作模式信息并送至数据预处理模块；分别获取航天器各个分系统所有用电设备的工作模式对应的功耗值并送至数据预处理模块；获取航天器太阳翼在太阳直射情况下的输出功率P0、随时间变化的太阳翼入射角θ并送至数据预处理模块；
数据预处理模块，对数据进行预处理，得到按照时间排序的航天器各个分系统所有用电设备的加断电、工作模式信息；根据各个分系统所有用电设备的工作模式对应的功耗值，建立各个分系统所有用电设备功耗值与时间的映射关系，进而得到航天器负载功率与时间的映射关系并送至数据处理模块、数据输出显示模块；计算得到航天器太阳翼实际输出功率与时间的映射关系为P＝cosθ×P0并送至数据处理模块、数据输出显示模块；所述的太阳翼入射角θ为太阳光与航天器太阳翼帆板法线间的夹角；
数据处理模块，根据航天器负载功率与时间的映射关系、航天器太阳翼实际输出功率与时间的映射关系完成航天器能量平衡计算，得到航天器能量平衡计算结果并送至数据输出显示模块；
数据输出显示模块，接收并显示航天器负载功率与时间的映射关系、航天器太阳翼实际输出功率与时间的映射关系为P＝cosθ×P0、航天器能量平衡计算结果。
所述的用电设备的工作模式对应的功耗值包括用电设备编号、工作模式名称、功耗值、备注，其中，用电设备编号、工作模式名称、功耗值为必填信息、备注为选填信息
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明通过获取按照时间排序的航天器各个分系统所有用电设备的加断电、工作模式信息和航天器各个分系统所有用电设备的工作模式对应的功耗值，建立各个分系统所有用电设备功耗值与时间的映射关系，进而得到航天器负载功率与时间的映射关系，实现了飞行程序和负载功耗的解耦，当设备功耗或飞行程序发生变化时，只需调整相应的输入文件并重新导入，可以立刻输出变化后的时间-整器负载功率需求表并实时显示曲线，具有计算效率高、错误率低的优点；
(2)本发明通过获取航天器太阳翼在太阳直射情况下的输出功率和随时间变化的太阳翼入射角，建立航天器太阳翼实际输出功率与时间的映射关系，可以实现不同太阳入射角和不同遮挡阴影条件下太阳翼输出功率的计算，当轨道、姿态发生变化，导致太阳翼遮挡图形、入射角度发生变化时，只需调整相应的输入文件并重新导入，可以立刻输出变化后的时间-太阳翼输出功率表，具有计算效率高、准确度高的优点；
(3)本发明通过时间轴将整器负载功率需求和太阳翼输出功率建立映射关系，再按照统一的时基完成两者的匹配，合成时间-整器功率总表，当轨道、姿态调整导致太阳翼遮挡图形、入射角度发生变化时，或设备功耗、飞行程序发生变化导致整器负载功率需求及时间发生变化时，只需调整相应的输入文件并重新导入，可以立刻输出变化后的时间-整器功率总表，用于调整后的能量平衡计算，具有计算效率高、准确度高的优点。
附图说明
图1为一种基于飞行程序的航天器功率快速合成方法流程图；
图2为时间-飞行事件表、单机设备功耗表与时间-整器负载功率需求表的映射关系图；
图3为时间-整器负载功率需求表、时间-太阳翼输出功率表与时间-整器功率总表的映射关系图；
图4为航天器时间-负载功率、航天器时间-太阳翼输出功率整合得到时间-航天器功率流程图。
具体实施方式
本发明针对现有技术的不足，提出一种基于飞行程序的航天器功率快速合成方法及系统，解决了现有的依靠人工列表统计功率的方式，因为飞行程序调整、设备开关机、工作模式发生变化，轨道、姿态调整，带来的功率统计工作量大、效率低、出错率高的问题，如图1所示为一种基于飞行程序的航天器功率快速合成方法流程图，本发明方法包括以下步骤：
步骤1：获取航天器的时间-飞行事件表(参见航天器飞行程序)，航天器飞行程序是以实现航天器飞行任务为设计目标，按照时间顺序规定了航天器从发射到在轨飞行直至任务结束的全部指令和操作，因此，航天器时间-飞行事件表是按照时间顺序从航天器飞行程序中提取出得到的与航天器功耗相关的全部分系统用电设备加断电和工作模式信息，并形成表格；其中，航天器包括多个分系统，每个分系统包括多个用电设备，用电设备加电后对应多个工作模式。
步骤2：获取各分系统用电设备功耗表(参见单机设备接口数据单)，每个用电设备都配有一套接口数据单(Interface data sheet,IDS)，该IDS中包含了设备机、电、热接口的全部信息，单机设备功耗表是将IDS电接口部分中设备的工作模式和每种模式对应的功耗值信息提取出来并形成表格。
步骤3：核对时间-飞行事件表和单机设备功耗表的设备名称及工作模式并纠错，建立单机设备功耗和时间的映射关系，再将全部导入的用电设备功耗按照时间轴累加，自动生成时间-航天器负载功率需求表。
步骤4：获取时间-太阳翼直射输出功率值P′，该功率值由太阳翼的布片图和每一时刻的遮挡阴影图叠加后计算得到，既能体现太阳翼未受遮挡时的直射输出功率，也能体现太阳翼部分面积被遮挡后的直射输出功率。
步骤5：获取时间-太阳翼入射角关系表并纠错，确保入射角θ范围为0～90°，太阳翼入射角θ为太阳光与帆板法线间的夹角。
步骤6：按照公式P＝cosθ×P′生成时间-太阳翼输出功率表，得到每一时刻不同入射角和遮挡条件下太阳翼真实的输出功率。
步骤7：以时间为基准，根据步骤3生成的时间-航天器负载功率需求表和步骤6生成的时间-太阳翼输出功率表合成时间-航天器功率总表；
步骤8：开展能量平衡计算，其中，步骤1～步骤3与步骤4～步骤6可以并行。
本发明方法中的单机设备功耗表如表1所示应符合以下填写要求：设备功耗表以单机为单位，每台用电单机填报一份表格，文件名按照“设备编号_批次号”命名。表格共n+1行3列，n为设备的工作模式数量、对应功耗值和备注(备注为选填项)，首行为表头，模式名称可以采用文字描述的方式或数字序号的方式。
表1单机设备功耗表格式
| 模式名称 | 功率(W) | 备注 |
| 模式名称1 | 功耗值1 | |
| 模式名称2 | 功耗值2 | |
| …… | …… |
例如，“设备A_01”可实现加断电控制，开机存在两种功耗，待机时为C1W，工作时为C2W。按照文字描述的方式第一行可填写为“待机，C1”，第二行可填写为“工作，C2”，第三行可填写为“关机，0”；按照数字序号的方式第一行填写为“1，C1”；第二行可填写为“2，C2”；第三行可填写为“3，0”。
时间-飞行事件表如表2所示应符合以下填写要求：文件名按照“时间_飞行事件”命名。表格共n+1行3列，包含整个飞行过程中全部的飞行事件名称、事件发生时间和备注(备注为选填项)。首行为表头。飞行事件名称应按照“设备编号_批次号_模式名称”的形式填写，模式名称应与单机设备功耗表中的描述一致，事件发生时间是指该事件发生时刻相对T0的时间，允许同一时刻的飞行事件涉及多台设备的工作模式发生变化。
表2时间-飞行事件表格式
| 时间(min) | 飞行事件 | 备注 |
| T0 | 设备编号_批次号_模式名称 | |
| T1 | 设备编号_批次号_模式名称 | |
| …… | …… |
例如，以火箭发射点火前30min的转内电时刻为T0，“设备A_01”在点火后1小时加电，则应填写为“90，设备A_01_加电”；“设备B_01～设备P_01～”在转内电时为加电状态，则应填写为“0，设备B_01_加电”～“0，设备P_01_加电”。
时间-太阳翼直射输出功率和太阳翼入射角表如表3所示应符合以下填写要求：文件名按照“时间_太阳翼直射输出功率和太阳翼入射角”命名。表格共n+1行3列，包含整个飞行过程中不同阶段的太阳翼直射输出功率和太阳入射角、入射角变化的时间和备注(备注为选填项)。首行为表头。太阳入射角为太阳光与帆板法线的夹角，范围为0～90°，太阳翼直射输出功率和入射角变化的时间是指入射角变化的时刻相对t0的时间。
表3时间-太阳翼入射角表
例如以火箭发射点火时刻为t0，太阳翼在点火后30分钟展开并完成对日定向，则应填写为“30，直射功率值1，0”；整器在点火后60分钟调姿，太阳翼入射角变为45°，太阳翼受到器体本体遮挡，则应填写为“60，直射功率值2，45”。
按照如图2所示的方式，根据表2的飞行时间列中的设备编号_批次号，定位到每台设备的表1文件名；再根据表2的飞行时间列中的模式名称，定位到对应表1文件名下的模式名称列中的某一模式，得到该模式下的设备功耗；将同一时间下的全部设备功耗求和，按照表4的形式生成航天器时间-负载功率需求表。
表4航天器时间-负载功率需求表格式
| 时间(min) | 航天器负载功率(W) | 备注 |
| T0 | 功耗值1 | |
| T1 | 功耗值2 | |
| …… | …… |
按照如图3所示的方式，将表3的太阳翼直射输出功率列和太阳入射角列，按照公式P＝cosθ×P′计算生成每一时刻的太阳翼输出功率，按照表5的形式生成航天器时间-太阳翼输出功率表。
表5航天器时间-太阳翼输出功率表格式
| 时间(min) | 太阳翼输出功率(W) | 备注 |
| t0 | 功率值1 | |
| t1 | 功率值2 | |
| …… | …… |
按照如图4所示的方式，将表4和表5按照时间顺序进行整合，按照表6的形式生成时间-航天器功率总表，其中T0＜t0＜T1＜t1。
表6时间-航天器功率总表格式
| 时间(min) | 航天器负载功率(W) | 太阳翼输出功率(W) | 备注 |
| T0 | 功耗值1 | 0 | |
| t0 | 功耗值1 | 功率值1 | |
| T1 | 功耗值2 | 功率值1 | |
| t1 | 功耗值2 | 功率值2 | |
| …… | …… |
下面结合本发明方法的一种实现的应用系统进行说明。
一种基于飞行程序的航天器功率快速合成系统，包括数据获取模块、数据预处理模块，数据处理模块、数据输出显示模块，数据获取模块获取航天器的时间-飞行事件表(航天器飞行程序)，航天器飞行程序是以实现航天器飞行任务为设计目标，按照时间顺序规定了航天器从发射到在轨飞行直至任务结束的全部指令和操作，因此，航天器时间-飞行事件表是按照时间顺序从航天器飞行程序中提取出得到的与航天器功耗相关的全部分系统用电设备加断电和工作模式信息，并形成表格；其中，航天器包括多个分系统，每个分系统包括多个用电设备，用电设备加电后对应多个工作模式；获取各分系统用电设备功耗表(参见单机设备接口数据单)，每个用电设备都配有一套接口数据单(Interface data sheet,IDS)，该IDS中包含了设备机、电、热接口的全部信息，单机设备功耗表是将IDS电接口部分中设备的工作模式和每种模式对应的功耗值信息提取出来并形成表格，并送至数据预处理模块。
数据预处理模块核对时间-飞行事件表和单机设备功耗表的设备名称及工作模式并纠错，建立单机设备功耗和时间的映射关系，再将全部导入的用电设备功耗按照时间轴累加，自动生成时间-航天器负载功率需求表，并送至数据处理模块、数据输出显示模块。
数据获取模块获取时间-太阳翼直射输出功率值P′，该功率值由太阳翼的布片图和每一时刻的遮挡阴影图叠加后计算得到，既能体现太阳翼未受遮挡时的直射输出功率，也能体现太阳翼部分面积被遮挡后的直射输出功率；获取时间-太阳翼入射角关系表并纠错，确保入射角θ范围为0～90°，太阳翼入射角θ为太阳光与帆板法线间的夹角，并送至数据预处理模块。
数据预处理模块按照公式P＝cosθ×P′生成时间-太阳翼输出功率表，得到每一时刻不同入射角和遮挡条件下太阳翼真实的输出功率并送至数据处理模块、数据输出显示模块。
数据处理模块以时间为基准，根据生成的时间-航天器负载功率需求表和时间-太阳翼输出功率表合成时间-航天器功率总表，然后开展能量平衡计算，得到能量平衡计算结果，并送至输出显示模块。
输出显示模块，接收并显示时间-航天器负载功率需求表、每一时刻不同入射角和遮挡条件下太阳翼真实的输出功率、能量平衡计算结果。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (3)
1.一种基于飞行程序的航天器功率快速合成方法及系统，其特征在于包括如下步骤：
(1)获取按照时间排序的航天器各个分系统所有用电设备的加断电、工作模式信息；
(2)分别获取航天器各个分系统所有用电设备的工作模式对应的功耗值；
(3)根据步骤(1)得到的按照时间排序的各个分系统所有用电设备的加断电、工作模式信息，各个分系统所有用电设备的工作模式对应的功耗值，建立各个分系统所有用电设备功耗值与时间的映射关系，进而得到航天器负载功率与时间的映射关系；
(4)获取航天器太阳翼在太阳直射情况下的输出功率P′、随时间变化的太阳翼入射角θ，进而得到航天器太阳翼实际输出功率与时间的映射关系为P＝cosθ×P′；所述的太阳翼入射角θ为太阳光与航天器太阳翼帆板法线间的夹角；
(5)根据步骤(3)得到的航天器负载功率与时间的映射关系、步骤(4)得到的航天器太阳翼实际输出功率与时间的映射关系完成航天器能量平衡计算。
2.一种基于飞行程序的航天器功率快速合成系统，其特征在于包括数据获取模块、数据预处理模块，数据处理模块、数据输出显示模块，其中：
数据获取模块，依次从外部获取航天器各个分系统所有用电设备的加断电信息、工作模式信息并送至数据预处理模块；分别获取航天器各个分系统所有用电设备的工作模式对应的功耗值并送至数据预处理模块；获取航天器太阳翼在太阳直射情况下的输出功率P0、随时间变化的太阳翼入射角θ并送至数据预处理模块；
数据预处理模块，对数据进行预处理，得到按照时间排序的航天器各个分系统所有用电设备的加断电、工作模式信息；根据各个分系统所有用电设备的工作模式对应的功耗值，建立各个分系统所有用电设备功耗值与时间的映射关系，进而得到航天器负载功率与时间的映射关系并送至数据处理模块、数据输出显示模块；计算得到航天器太阳翼实际输出功率与时间的映射关系为P＝cosθ×P0并送至数据处理模块、数据输出显示模块；所述的太阳翼入射角θ为太阳光与航天器太阳翼帆板法线间的夹角；
数据处理模块，根据航天器负载功率与时间的映射关系、航天器太阳翼实际输出功率与时间的映射关系完成航天器能量平衡计算，得到航天器能量平衡计算结果并送至数据输出显示模块；
数据输出显示模块，接收并显示航天器负载功率与时间的映射关系、航天器太阳翼实际输出功率与时间的映射关系为P＝cosθ×P0、航天器能量平衡计算结果。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于飞行程序的航天器功率快速合成方法，其特征在于：所述的用电设备的工作模式对应的功耗值包括用电设备编号、工作模式名称、功耗值、备注，其中，用电设备编号、工作模式名称、功耗值为必填信息、备注为选填信息。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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