CN107014398A - 卫星模拟太阳敏感器故障检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种卫星模拟太阳敏感器故障检测方法及装置，该方法包括：获取模拟太阳敏感器在当前周期的遥测数据；根据遥测数据，确定当前周期内卫星工作模式是否为预设模式；若为预设模式，则通过联合诊断方式计算模拟太阳敏感器输出角度的预测值；根据预测值和遥测数据包括的输出角度的遥测值，判断模拟太阳敏感器在当前周期是否出现故障。本发明实施例以联合诊断方式计算输出角度的预测值，结合预测值和遥测数据包含的遥测值，定量诊断是否出现故障，及时快速地发现遥测数据的异常变化，提高卫星在轨自主诊断及地面测试数据判读的精确性和可靠性。与卫星控制模式匹配，适应性和通用性高，为实现卫星智能自主诊断奠定良好基础。

Description

卫星模拟太阳敏感器故障检测方法及装置

技术领域

本发明涉及航天技术及卫星故障诊断技术领域，具体而言，涉及一种卫星模拟太阳敏感器故障检测方法及装置。

背景技术

模拟太阳敏感器是卫星上配备的，控制非固定翼帆板捕获太阳和跟踪太阳的测量部件，用来测量太阳矢量与帆板法线之间的方位角，从而实现帆板法线指向太阳，进而保证卫星最大限度地获取能源，以供应卫星各部件工作用电需求。因此，精确判断模拟太阳敏感器是否出现故障至关重要。

当前，模拟太阳敏感器的故障诊断主要采用定性诊断方法，即卫星处于预设模式下模拟太阳敏感器在轨见太阳区域，连续长时间无测量数据输出，或输出的数据是一直保持不变的，即认为模拟太阳敏感器故障。另外，地面工作人员会人工判读模拟太阳敏感器的遥测数据，通过人工经验判断模拟太阳敏感器是否出现故障。

但上述定性诊断方法依赖人工经验，无法实现精确定量诊断，故障检测准确性较差，难以适应卫星在轨工作状态的复杂变化。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种卫星模拟太阳敏感器故障检测方法及装置，以联合诊断方式计算输出角度的预测值，结合预测值和遥测数据，定量诊断是否出现故障，及时快速地发现遥测数据的异常变化，提高卫星在轨自主诊断及地面测试数据判读的精确性和可靠性。与卫星控制模式匹配，适应性和通用性高，为实现卫星智能自主诊断奠定良好基础。

第一方面，本发明实施例提供了一种卫星模拟太阳敏感器故障检测方法，所述方法包括：

获取卫星在当前周期的遥测数据；

根据所述遥测数据，确定所述当前周期内所述卫星的工作模式是否为预设模式；

若所述工作模式为所述预设模式，则通过联合诊断方式计算所述模拟太阳敏感器输出角度的预测值；

根据所述预测值和所述遥测数据包括的所述输出角度的遥测值，判断所述模拟太阳敏感器在所述当前周期内是否出现故障。

结合第一方面，本发明实施例提供了上述第一方面的第一种可能的实现方式，其中，所述预设模式为对地工作模式，所述通过联合诊断方式计算所述模拟太阳敏感器输出角度的预测值，包括：

根据所述遥测数据包括的三轴姿态角数据和太阳星历数据，计算太阳矢量在卫星本体坐标系的坐标；

根据所述太阳矢量在所述卫星本体坐标系的坐标及所述模拟太阳敏感器相对于所述卫星本体坐标系的转换矩阵，计算所述太阳矢量在所述模拟太阳敏感器的测量坐标系下的坐标；

根据所述太阳矢量在所述测量坐标系下的坐标，获取所述模拟太阳敏感器输出角度的预测值。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，本发明实施例提供了上述第一方面的第二种可能的实现方式，其中，所述根据所述遥测数据包括的三轴姿态角数据和太阳星历数据，计算太阳矢量在卫星本体坐标系的坐标，包括：

根据所述遥测数据包括的三轴姿态角数据，通过预设姿态转序计算卫星本体坐标系相对于轨道坐标系的姿态转换矩阵；

根据所述遥测数据包括的太阳星历数据和所述姿态转换矩阵，计算太阳矢量在所述卫星本体坐标系的坐标。

结合第一方面的第二种可能的实现方式，本发明实施例提供了上述第一方面的第三种可能的实现方式，其中，所述根据所述遥测数据包括的三轴姿态角数据，通过预设姿态转序计算卫星本体坐标系相对于轨道坐标系的姿态转换矩阵，包括：

根据所述遥测数据包括的滚动姿态角、俯仰姿态角和偏航姿态角，根据2-1-3转序，通过公式(1)计算卫星本体坐标系相对于轨道坐标系的姿态转换矩阵；

其中，在公式(1)中，为所述滚动姿态角，θ为所述俯仰姿态角，ψ为所述偏航姿态角，C_BO为所述姿态转换矩阵。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，本发明实施例提供了上述第一方面的第四种可能的实现方式，其中，所述根据所述太阳矢量在所述卫星本体坐标系的坐标及所述模拟太阳敏感器相对于所述卫星本体坐标系的转换矩阵，计算所述太阳矢量在所述模拟太阳敏感器的测量坐标系下的坐标，包括：

根据所述太阳矢量在所述卫星本体坐标系的坐标及所述模拟太阳敏感器相对于所述卫星本体坐标系的转换矩阵，通过公式(2)计算所述太阳矢量在所述模拟太阳敏感器的测量坐标系下的坐标；

其中，在公式(2)中，S_SS为所述太阳矢量在所述测量坐标系下的坐标，C_SSB为所述转换矩阵，S_B为所述太阳矢量在所述卫星本体坐标系的坐标，δ为帆板转角，S_BX、S_BY和S_BZ分别为所述S_B的三个坐标分量。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，本发明实施例提供了上述第一方面的第五种可能的实现方式，其中，所述根据所述太阳矢量在所述测量坐标系下的坐标，获取所述模拟太阳敏感器输出角度的预测值，包括：

根据所述太阳矢量在所述测量坐标系下的坐标的分量，通过所述模拟太阳敏感器的测量模型，计算所述模拟太阳敏感器的输出角度；

根据地球圆盘半角和轨道面的太阳高度角，计算所述卫星处于的阳照区弧段；

从所述输出角度中，剔除所述阳照区弧段以外的数据，及剔除所述模拟太阳敏感器的视场以外的数据；

根据所述模拟太阳敏感器的限幅特性，对剔除操作后的所述输出角度进行数据处理，得到所述输出角度的预测值。

结合第一方面，本发明实施例提供了上述第一方面的第六种可能的实现方式，其中，所述预设模式为对日定向模式并且帆板转角为绝对测量值，所述通过联合诊断方式计算所述模拟太阳敏感器输出角度的预测值，包括：

根据星体-Z轴对日定向模式下所述遥测数据包括的三轴姿态角，计算模拟太阳敏感器的输出角度；

根据地球圆盘半角和轨道面的太阳高度角，计算所述卫星处于的阳照区弧段；

从所述输出角度中，剔除所述阳照区弧段以外的数据，及剔除所述模拟太阳敏感器的视场以外的数据；

根据所述模拟太阳敏感器的限幅特性，对剔除操作后的所述输出角度进行数据处理，得到所述输出角度的预测值。

结合第一方面，本发明实施例提供了上述第一方面的第七种可能的实现方式，其中，所述根据所述预测值和所述遥测数据包括的所述输出角度的遥测值，判断所述模拟太阳敏感器在所述当前周期内是否出现故障，包括：

计算所述预测值与所述遥测数据包括的所述输出角度的遥测值之间的差值；

判断所述差值是否超出预设阈值范围，如果是，则判断所述模拟太阳敏感器在所述当前周期出现故障；如果否，则判断所述模拟太阳敏感器在所述当前周期未出现故障。

第二方面，本发明实施例提供了一种卫星模拟太阳敏感器故障检测装置，所述装置包括：

获取模块，用于获取卫星在当前周期的遥测数据；

确定模块，用于根据所述遥测数据，确定所述当前周期内所述卫星的工作模式是否为预设模式；

计算模块，用于若所述工作模式为所述预设模式，则通过联合诊断方式计算所述模拟太阳敏感器输出角度的预测值；

判断模块，用于根据所述预测值和所述遥测数据包括的所述输出角度的遥测值，判断所述模拟太阳敏感器在所述当前周期内是否出现故障。

结合第二方面，本发明实施例提供了上述第二方面的第一种可能的实现方式，其中，所述预设模式为对地工作模式时，所述计算模块包括：

计算单元，用于根据所述遥测数据包括的三轴姿态角数据和太阳星历数据，计算太阳矢量在卫星本体坐标系的坐标；根据所述太阳矢量在所述卫星本体坐标系的坐标及所述模拟太阳敏感器相对于所述卫星本体坐标系的转换矩阵，计算所述太阳矢量在所述模拟太阳敏感器的测量坐标系下的坐标；

获取单元，用于根据所述太阳矢量在所述测量坐标系下的坐标，获取所述模拟太阳敏感器输出角度的预测值。

在本发明实施例提供的方法及装置中，获取卫星在当前周期的遥测数据；根据遥测数据，确定当前周期内卫星工作模式是否为预设模式；若为预设模式，则通过联合诊断方式计算模拟太阳敏感器输出角度的预测值；根据预测值和输出角度的遥测值，判断模拟太阳敏感器在当前周期是否出现故障。本发明实施例以联合诊断方式计算输出角度的预测值，结合预测值和遥测值，定量诊断是否出现故障，及时快速地发现遥测数据的异常变化，提高卫星在轨自主诊断及地面测试数据判读的精确性和可靠性。与卫星控制模式匹配，适应性和通用性高，为实现卫星智能自主诊断奠定良好基础。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例1所提供的一种卫星模拟太阳敏感器故障检测方法的流程图；

图2示出了本发明实施例1所提供的一种获取卫星模拟太阳敏感器输出角度的预测值的流程图；

图3示出了本发明实施例1所提供的另一种卫星模拟太阳敏感器故障检测方法的流程图；

图4示出了本发明实施例2所提供的一种卫星模拟太阳敏感器故障检测装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

考虑到当前模拟太阳敏感器的故障诊断主要采用定性诊断方法，依赖人工经验，无法实现精确定量诊断，故障检测准确性较差，难以适应卫星在轨工作状态的复杂变化。基于此，本发明实施例提供了一种卫星模拟太阳敏感器故障检测方法及装置，下面通过实施例进行描述。

实施例1

本发明实施例提供了一种卫星模拟太阳敏感器故障检测方法，利用卫星实时遥测数据，通过对控制模式字和帆板状态遥测的判断，采用与控制模式相匹配的实时动态的数据预测，综合考虑各种影响因素及边界条件，获得模拟太阳敏感器输出角度的预测值，并在此基础上进行故障诊断，可快速地发现测量数据的异常变化，有效识别敏感器故障。

参见图1，该方法具体包括以下步骤：

步骤101：获取卫星在当前周期的遥测数据。

遥测数据包括太阳星历数据、卫星滚动姿态角、俯仰姿态角和偏航姿态角、卫星的控制模式字及太阳帆板转角的遥测值等。卫星的控制模式字的定义是参照卫星遥测数据协议进行定义的。

在当前周期内，卫星上装配的模拟太阳敏感器实时捕获太阳并跟踪太阳进行测量，得到测量角度的遥测数据。

步骤102：根据遥测数据，确定当前周期内卫星的工作模式是否为预设模式，如果是，则执行步骤103，如果否，则结束当前周期的故障检测操作。

上述预设模式为对地工作模式，或者为对日定向模式，且在对日定向模式时帆板转角为绝对测量值。其中，对地工作模式是指采用三轴稳定的姿态控制方式实现卫星对地指向的工作状态。在对地工作模式下，模拟太阳敏感器主要用于为帆板跟踪太阳提供测量信息。而对日定向模式是指根据模拟太阳敏感器的输出控制星体-Z轴指向太阳矢量的工作状态。在对日定向模式下，模拟太阳敏感器主要用于数字太阳敏感器的替代，为星体对日定姿提供测量信息。

本发明实施例主要诊断在对地工作模式和对日定向模式下时模拟太阳敏感器是否出现故障。对于卫星处于其他控制模式下时不进行故障诊断。

获得遥测数据后，首先从遥测数据中解析出卫星的控制模式字，根据该控制模式字，判断在当前周期内卫星的工作模式是否为对地工作模式，如果是，则执行步骤103的操作来计算在对地工作模式下模拟太阳敏感器输出角度的预测值。如果否，则判断在当前周期内卫星的工作模式是否为对日定向模式，如果是对日定向模式，则进一步判断帆板转角是否为绝对测量值，若判断出帆板转角为绝对测量值，则执行步骤103的操作来计算在对日定向模式下模拟太阳敏感器输出角度的预测值。若当前周期内卫星的工作模式不是对日定向模式，或者虽然是对日定向模式，但判断出帆板转角不是绝对测量值，则结束当前周期内的故障检测操作。

步骤103：若确定出卫星当前周期的工作模式为预设模式，则通过联合诊断方式计算模拟太阳敏感器输出角度的预测值。

在本步骤中，按照工作模式为对地工作模式和对日定向模式分以下第一和第二两种情况来说明输出角度的预测值的计算过程。

第一，若步骤102确定出卫星当前周期的工作模式为对地工作模式。

如图2所示，在对地工作模式下，通过以下步骤S1-S3的操作以联合诊断方式来计算模拟太阳敏感器输出角度的预测值，具体包括：

S1：根据遥测数据包括的三轴姿态角数据和太阳星历数据，计算太阳矢量在卫星本体坐标系的坐标。

上述三轴姿态角数据为滚动姿态角、俯仰姿态角和偏航姿态角。

根据遥测数据包括的滚动姿态角、俯仰姿态角和偏航姿态角数据，通过预设姿态转序计算卫星本体坐标系相对于轨道坐标系的姿态转换矩阵。其中，本发明实施例采用的预设姿态转序为2-1-3转序。

在计算上述姿态转换矩阵时，根据遥测数据包括的滚动姿态角、俯仰姿态角和偏航姿态角，根据2-1-3转序，通过如下公式(1)计算卫星本体坐标系相对于轨道坐标系的姿态转换矩阵；

其中，在公式(1)中，为滚动姿态角，θ为俯仰姿态角，ψ为偏航姿态角，C_BO为姿态转换矩阵。

计算出姿态转换矩阵后，根据遥测数据包括的太阳星历数据和姿态转换矩阵，计算太阳矢量在卫星本体坐标系的坐标。在本发明实施例中，太阳星历数据表示为S_O＝[S_OXS_OY S_OZ]^T，通过公式S_B＝C_BOS_O计算太阳矢量在卫星本体坐标系的坐标S_B＝[S_BX S_BY S_BZ]^T。

S2：根据太阳矢量在卫星本体坐标系的坐标及模拟太阳敏感器相对于卫星本体坐标系的转换矩阵，计算太阳矢量在模拟太阳敏感器的测量坐标系下的坐标。

在通过模拟太阳敏感器相对于卫星本体坐标系的转换矩阵来计算太阳矢量在模拟太阳敏感器的测量坐标系下的坐标之前，首先定义太阳帆板的固连坐标系为帆板Y轴与星体Y轴一致，Z轴为帆板电池阵平面法线的反方向，当帆板处于零位状态时Z轴与星体Z轴一致，X轴与Y、Z轴构成右手直角坐标系。以及定义帆板转动的正方向为沿帆板转轴从星外往星内看逆时针转动方向，帆板转角由帆板驱动机构给出，帆板转角的范围为0度到360度。定义模拟太阳敏感器的测量坐标系为模拟太阳敏感器Y轴沿夹缝方向，Z轴为夹缝平面法线的反方向，X轴与Y、Z轴构成右手直角坐标系，即太阳光沿垂直于模拟太阳敏感器Y轴的左侧入射，则模拟太阳敏感器输出为正角度。

定义太阳帆板的固连坐标系及帆板的转动极性，以及定义模拟太阳敏感器的测量坐标系后，可以得出模拟太阳敏感器相对于卫星本体坐标系的转换矩阵，本发明实施例中通过来表示该转换矩阵。其中，δ为帆板转角。

得到上述矩阵后，根据太阳矢量在卫星本体坐标系的坐标S_B及模拟太阳敏感器相对于卫星本体坐标系的转换矩阵C_SSB，通过如下公式(2)计算太阳矢量在模拟太阳敏感器的测量坐标系下的坐标S_SS＝[S_SSX S_SSY S_SSZ]^T；

其中，在公式(2)中，S_SS为太阳矢量在测量坐标系下的坐标，C_SSB为转换矩阵，S_B为太阳矢量在卫星本体坐标系的坐标，δ为帆板转角，S_BX、S_BY和S_BZ分别为S_B的三个坐标分量。

S3：根据太阳矢量在测量坐标系下的坐标，获取模拟太阳敏感器输出角度的预测值。

通过步骤S2计算出太阳矢量在模拟太阳敏感器的测量坐标系下的坐标S_SS后，即可得到S_SS的三个坐标分量分别为S_SSX、S_SSY和S_SSZ。然后根据太阳矢量在测量坐标系下的坐标的分量，通过模拟太阳敏感器的测量模型，计算模拟太阳敏感器的输出角度。其中，模拟太阳敏感器的测量模型为β′＝tan^-1(-S_SSX/S_SSZ)，将坐标分量S_SSX和S_SSZ代入该测量模型，即可得出模拟太阳敏感器的输出角度β′。

通过上述方式计算出的模拟太阳敏感器的输出角度β′包含阳照区以外的数据，因此需要剔除处理。在本发明实施例中，还通过如下方式来计算卫星所处于的阳照区弧段，以剔除阳照区弧段以外的数据。具体计算过程包括：根据地球圆盘半角和轨道面的太阳高度角，计算卫星处于的阳照区弧段α_FS∈[-180°+A，180°-A]。其中，α_FS为太阳方位角即太阳矢量在轨道平面XOZ内的投影与-Z轴的夹角。A是通过如下公式(3)、(4)和(5)来计算得到的。

β_FS＝arc sin(S_OY)……(4)

A＝arccos(cosρ/cosβ_FS)……(5)

在上述公式(3)、(4)和(5)中，ρ为地球圆盘半角，R为地心半径，h为轨道高度；β_FS为太阳的轨道高度角即太阳矢量与轨道面的夹角，也可称为轨道面的太阳高度角，S_OY为太阳星历数据的一个在Y轴上的分量。

通过上述方式计算出阳照区弧段α_FS∈[-180°+A，180°-A]后，从计算的模拟太阳器的输出角度β′中，剔除阳照区弧段以外的数据。另外，为了提高计算的输出角度的准确性，本发明实施例还从输出角度β′中，剔除模拟太阳敏感器的视场以外的数据。如若模拟太阳敏感器的视场为[-45°，45°]，则从输出角度β′中剔除[-45°，45°]以外的数据。

另外，为了进一步提高最终计算的输出角度的预测值的准确度，还根据模拟太阳敏感器的限幅特性，对上述剔除操作后的输出角度进行数据处理，得到输出角度的预测值。例如，对于A/B硅光电池式模拟太阳敏感器，其测量原理的限幅特性规定的限幅范围为[-45°，-20°]和[20°，45°]，则对上述剔除操作后的输出角度中低于-20°的都按-20°处理，高于20°的都按20°处理。

通过上述步骤S1-S3的操作即可计算出在对地工作模式下模拟太阳敏感器输出角度的预测值，然后执行步骤104的操作来诊断当前周期模拟太阳敏感器是否出现故障。

第二，若步骤102确定出卫星当前周期的工作模式为对日定向模式，且帆板转角为绝对测量值。

在预设模式为对日定向模式，并且帆板转角为绝对测量值，首先根据星体-Z轴对日定向模式下遥测数据包括的三轴姿态角，计算模拟太阳敏感器的输出角度β′。若模拟太阳敏感器的Y轴安装方向与太阳帆板固连坐标系的Y轴方向相同，则理论上模拟太阳敏感器的输出角度β′为俯仰姿态角θ。

计算出模拟太阳敏感器的输出角度后，为了提高最终计算的预测值的准确性，与对地工作模式下的处理方式相同，同样需要剔除阳照区以外的数据，同样根据地球圆盘半角和轨道面的太阳高度角，计算卫星处于的阳照区弧段。具体计算过程与上述对地工作模式下步骤S3中的计算过程相同，在此不再赘述。

计算出卫星所处的阳照区弧段后，从输出角度β′中，剔除阳照区弧段以外的数据，及剔除模拟太阳敏感器的视场以外的数据，如剔除视场[-45°，45°]以外的数据。然后根据模拟太阳敏感器的限幅特性，对剔除操作后的输出角度进行数据处理，得到输出角度的预测值。

通过上述方式计算出在对日定向模式下模拟太阳敏感器输出角度的预测值后，执行步骤104的操作来诊断当前周期模拟太阳敏感器是否出现故障。

步骤104：根据预测值和遥测数据包括的输出角度的遥测值，判断模拟太阳敏感器在当前周期内是否出现故障。

具体判断过程包括：计算预测值与遥测数据包括的输出角度的遥测值之间的差值；判断该差值是否超出预设阈值范围，如果是，则判断模拟太阳敏感器在当前周期出现故障，并进行故障报警；如果否，则判断模拟太阳敏感器在当前周期未出现故障。上述预设阈值范围由误差估算确定或诊断经验确定。

为了更直观的理解本发明实施例提供的故障检测过程，下面结合附图3进行说明。在附图3中，获取卫星实时下传的遥测数据，判断控制模式字是否为对地工作模式，如果是，则通过联合诊断方式计算对地模式下模拟太阳敏感器输出角度的预测值。如果否，则判断控制模式字是否为对日定向模式，如果是，则进一步判断帆板转角是否为绝对测量值，若帆板转角为绝对测量值，则通过联合诊断方式计算对日定向模式下模拟太阳敏感器输出角度的预测值。若判断出控制模式字不是对日定向模式，或者虽然为对日定向模式，但帆板输出的角度为相对测量值，则结束当前周期的故障诊断操作。在对地工作模式下，或者在对日定向模式下，计算出模拟太阳敏感器输出角度的预测值后，计算该预测值与遥测值之间的差值，判断该差值是否超出了预设阈值范围，如果是，则确定出现故障，进行故障报警，然后结束当前周期的故障诊断操作。如果该差值未超出预设阈值范围，则确定未出现故障，结束当前周期的故障诊断操作。

本发明实施例采用实时动态的数据预测方式，实现模拟太阳敏感器故障的联合诊断，有利于及时快速地发现遥测数据的异常变化，从而有效识别出模拟太阳敏感器故障，提高了卫星在轨自主诊断及地面测试数据判读的精确性和可靠性。能够准确诊断出模拟太阳敏感器的数据异常，快速识别模拟太阳敏感器的故障并进行故障报警，适用于模拟太阳敏感器在轨自主诊断及地面测试数据判读，实现了模拟太阳敏感器数据的精确定量判读，提高了数据判读的精确性和可靠性，且与卫星控制模式相匹配，具有很好的适应性和通用性，能够应用于模拟太阳敏感器故障的在轨自主诊断，也可应用于地面测试过程中的数据智能判读，能够自主地诊断出数据异常，并发出故障报警，为实现卫星智能自主诊断奠定良好的基础。可推广应用到卫星入轨初期、对日定向、正常在轨及姿态机动过程中卫星能源变化规律的预测。

在本发明实施例中，获取模拟太阳敏感器在当前周期的遥测数据；根据遥测数据，确定当前周期内卫星工作模式是否为预设模式；若为预设模式，则通过联合诊断方式计算模拟太阳敏感器输出角度的预测值；根据预测值和遥测数据包括的输出角度的遥测值，判断模拟太阳敏感器在当前周期是否出现故障。本发明实施例以联合诊断方式计算输出角度的预测值，结合预测值和遥测数据包含的遥测值，定量诊断是否出现故障，及时快速地发现遥测数据的异常变化，提高卫星在轨自主诊断及地面测试数据判读的精确性和可靠性。与卫星控制模式匹配，适应性和通用性高，为实现卫星智能自主诊断奠定良好基础。

实施例2

参见图4，本发明实施例提供了一种卫星模拟太阳敏感器故障检测装置，该装置用于执行上述实施例1提供的模拟太阳敏感器故障检测方法，该装置具体包括：

获取模块201，用于获取卫星在当前周期的遥测数据；

确定模块202，用于根据遥测数据，确定当前周期内卫星的工作模式是否为预设模式；

计算模块203，用于若工作模式为预设模式，则通过联合诊断方式计算模拟太阳敏感器输出角度的预测值；

判断模块204，用于根据预测值和输出角度的遥测值，判断模拟太阳敏感器在当前周期内是否出现故障。

当预设模式为对地工作模式时，上述计算模块203包括：

计算单元，用于根据遥测数据包括的三轴姿态角数据和太阳星历数据，计算太阳矢量在卫星本体坐标系的坐标；根据太阳矢量在卫星本体坐标系的坐标及模拟太阳敏感器相对于卫星本体坐标系的转换矩阵，计算太阳矢量在模拟太阳敏感器的测量坐标系下的坐标；

获取单元，用于根据太阳矢量在测量坐标系下的坐标，获取模拟太阳敏感器输出角度的预测值。

上述计算单元，用于根据遥测数据包括的三轴姿态角数据，通过姿态转序计算卫星本体坐标系相对于轨道坐标系的姿态转换矩阵；根据遥测数据包括的太阳星历数据和姿态转换矩阵，计算太阳矢量在卫星本体坐标系的坐标。

上述计算单元通过如下方式计算姿态转换矩阵，具体的，计算单元用于根据遥测数据包括的滚动姿态角、俯仰姿态角和偏航姿态角，根据2-1-3转序，通过公式(1)计算卫星本体坐标系相对于轨道坐标系的姿态转换矩阵；

其中，在公式(1)中，为滚动姿态角，θ为俯仰姿态角，ψ为偏航姿态角，C_BO为姿态转换矩阵。

上述计算单元，用于根据太阳矢量在卫星本体坐标系的坐标及模拟太阳敏感器相对于卫星本体坐标系的转换矩阵，通过公式(2)计算太阳矢量在模拟太阳敏感器的测量坐标系下的坐标；

其中，在公式(2)中，S_SS为太阳矢量在测量坐标系下的坐标，C_SSB为转换矩阵，S_B为太阳矢量在卫星本体坐标系的坐标，δ为帆板转角，S_BX、S_BY和S_BZ分别为S_B的三个坐标分量。

上述获取单元包括：

计算子单元，用于根据太阳矢量在测量坐标系下的坐标的分量，通过模拟太阳敏感器的测量模型，计算模拟太阳敏感器的输出角度；根据地球圆盘半角和轨道面的太阳高度角，计算卫星处于的阳照区弧段；

剔除子单元，用于从输出角度中，剔除阳照区弧段以外的数据，及剔除模拟太阳敏感器的视场以外的数据；

数据处理子单元，用于根据模拟太阳敏感器的限幅特性，对剔除操作后的输出角度进行数据处理，得到输出角度的预测值。

在本发明实施例中，当预设模式为对日定向模式并且帆板转角为绝对测量值，计算模块203，用于根据星体-Z轴对日定向模式下遥测数据包括的三轴姿态角，计算模拟太阳敏感器的输出角度；根据地球圆盘半角和轨道面的太阳高度角，计算卫星处于的阳照区弧段；从输出角度中，剔除阳照区弧段以外的数据，及剔除模拟太阳敏感器的视场以外的数据；根据模拟太阳敏感器的限幅特性，对剔除操作后的输出角度进行数据处理，得到输出角度的预测值。

在本发明实施例中，判断模块204，用于计算预测值与遥测数据包括的输出角度的遥测值之间的差值；判断差值是否超出预设阈值范围，如果是，则判断模拟太阳敏感器在当前周期出现故障；如果否，则判断模拟太阳敏感器在当前周期未出现故障。

在本发明实施例中，获取模拟太阳敏感器在当前周期的遥测数据；根据遥测数据，确定当前周期内卫星工作模式是否为预设模式；若为预设模式，则通过联合诊断方式计算模拟太阳敏感器输出角度的预测值；根据预测值和遥测数据包括的输出角度的遥测值，判断模拟太阳敏感器在当前周期是否出现故障。本发明实施例以联合诊断方式计算输出角度的预测值，结合预测值和遥测数据包含的遥测值，定量诊断是否出现故障，及时快速地发现遥测数据的异常变化，提高卫星在轨自主诊断及地面测试数据判读的精确性和可靠性。与卫星控制模式匹配，适应性和通用性高，为实现卫星智能自主诊断奠定良好基础。

本发明实施例所提供的模拟太阳敏感器故障检测装置可以为设备上的特定硬件或者安装于设备上的软件或固件等。本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，前述描述的装置和单元的具体工作过程，均可以参考上述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种卫星模拟太阳敏感器故障检测方法，其特征在于，所述方法包括：

获取卫星在当前周期的遥测数据；

根据所述遥测数据，确定所述当前周期内所述卫星的工作模式是否为预设模式；

若所述工作模式为所述预设模式，则通过联合诊断方式计算所述模拟太阳敏感器输出角度的预测值；

根据所述预测值和所述遥测数据包括的所述输出角度的遥测值，判断所述模拟太阳敏感器在所述当前周期内是否出现故障。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设模式为对地工作模式，所述通过联合诊断方式计算所述模拟太阳敏感器输出角度的预测值，包括：

根据所述遥测数据包括的三轴姿态角数据和太阳星历数据，计算太阳矢量在卫星本体坐标系的坐标；

根据所述太阳矢量在所述卫星本体坐标系的坐标及所述模拟太阳敏感器相对于所述卫星本体坐标系的转换矩阵，计算所述太阳矢量在所述模拟太阳敏感器的测量坐标系下的坐标；

根据所述太阳矢量在所述测量坐标系下的坐标，获取所述模拟太阳敏感器输出角度的预测值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述遥测数据包括的三轴姿态角数据和太阳星历数据，计算太阳矢量在卫星本体坐标系的坐标，包括：

根据所述遥测数据包括的三轴姿态角数据，通过预设姿态转序计算卫星本体坐标系相对于轨道坐标系的姿态转换矩阵；

根据所述遥测数据包括的太阳星历数据和所述姿态转换矩阵，计算太阳矢量在所述卫星本体坐标系的坐标。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述遥测数据包括的三轴姿态角数据，通过预设姿态转序计算卫星本体坐标系相对于轨道坐标系的姿态转换矩阵，包括：

根据所述遥测数据包括的滚动姿态角、俯仰姿态角和偏航姿态角，根据2-1-3转序，通过公式(1)计算卫星本体坐标系相对于轨道坐标系的姿态转换矩阵；

其中，在公式(1)中，为所述滚动姿态角，θ为所述俯仰姿态角，ψ为所述偏航姿态角，C_BO为所述姿态转换矩阵。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述太阳矢量在所述卫星本体坐标系的坐标及所述模拟太阳敏感器相对于所述卫星本体坐标系的转换矩阵，计算所述太阳矢量在所述模拟太阳敏感器的测量坐标系下的坐标，包括：

根据所述太阳矢量在所述卫星本体坐标系的坐标及所述模拟太阳敏感器相对于所述卫星本体坐标系的转换矩阵，通过公式(2)计算所述太阳矢量在所述模拟太阳敏感器的测量坐标系下的坐标；

其中，在公式(2)中，S_SS为所述太阳矢量在所述测量坐标系下的坐标，C_SSB为所述转换矩阵，S_B为所述太阳矢量在所述卫星本体坐标系的坐标，δ为帆板转角，S_BX、S_BY和S_BZ分别为所述S_B的三个坐标分量。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述太阳矢量在所述测量坐标系下的坐标，获取所述模拟太阳敏感器输出角度的预测值，包括：

根据所述太阳矢量在所述测量坐标系下的坐标的分量，通过所述模拟太阳敏感器的测量模型，计算所述模拟太阳敏感器的输出角度；

根据地球圆盘半角和轨道面的太阳高度角，计算所述卫星处于的阳照区弧段；

从所述输出角度中，剔除所述阳照区弧段以外的数据，及剔除所述模拟太阳敏感器的视场以外的数据；

根据所述模拟太阳敏感器的限幅特性，对剔除操作后的所述输出角度进行数据处理，得到所述输出角度的预测值。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设模式为对日定向模式并且帆板转角为绝对测量值，所述通过联合诊断方式计算所述模拟太阳敏感器输出角度的预测值，包括：

根据星体-Z轴对日定向模式下所述遥测数据包括的三轴姿态角，计算模拟太阳敏感器的输出角度；

根据地球圆盘半角和轨道面的太阳高度角，计算所述卫星处于的阳照区弧段；

从所述输出角度中，剔除所述阳照区弧段以外的数据，及剔除所述模拟太阳敏感器的视场以外的数据；

根据所述模拟太阳敏感器的限幅特性，对剔除操作后的所述输出角度进行数据处理，得到所述输出角度的预测值。

8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述预测值和所述遥测数据包括的所述输出角度的遥测值，判断所述模拟太阳敏感器在所述当前周期内是否出现故障，包括：

计算所述预测值与所述遥测数据包括的所述输出角度的遥测值之间的差值；

判断所述差值是否超出预设阈值范围，如果是，则判断所述模拟太阳敏感器在所述当前周期出现故障；如果否，则判断所述模拟太阳敏感器在所述当前周期未出现故障。

9.一种卫星模拟太阳敏感器故障检测装置，其特征在于，所述装置包括：

获取模块，用于获取卫星在当前周期的遥测数据；

确定模块，用于根据所述遥测数据，确定所述当前周期内所述卫星的工作模式是否为预设模式；

计算模块，用于若所述工作模式为所述预设模式，则通过联合诊断方式计算所述模拟太阳敏感器输出角度的预测值；

判断模块，用于根据所述预测值和所述遥测数据包括的所述输出角度的遥测值，判断所述模拟太阳敏感器在所述当前周期内是否出现故障。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述预设模式为对地工作模式时，所述计算模块包括：

计算单元，用于根据所述遥测数据包括的三轴姿态角数据和太阳星历数据，计算太阳矢量在卫星本体坐标系的坐标；根据所述太阳矢量在所述卫星本体坐标系的坐标及所述模拟太阳敏感器相对于所述卫星本体坐标系的转换矩阵，计算所述太阳矢量在所述模拟太阳敏感器的测量坐标系下的坐标；

获取单元，用于根据所述太阳矢量在所述测量坐标系下的坐标，获取所述模拟太阳敏感器输出角度的预测值。