CN107479070A - 一种卫星在轨供电状态的自动判别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫星在轨供电状态的自动判别方法。该方法包括：星载计算机获取卫星在当前飞行状态下的遥测数据，同时生成当前飞行状态对应的电源供电模式字；星载计算机将电源供电模式字及其对应的遥测数据一并发送给地面测发控计算机；地面测发控计算机识别电源供电模式字，调取预存的电源供电模式字对应的遥测数据判据；地面测发控计算机根据遥测数据判据，对接收到的遥测数据进行判读，以判别卫星电源当前在轨供电状态是否正常。本发明实现了提高卫星电源在轨供电状态判别的效率和准确度的目的。

Description

一种卫星在轨供电状态的自动判别方法

技术领域

本发明涉及航天器在轨运行与维护技术，尤其涉及一种卫星在轨供电状态的自动判别方法。

背景技术

卫星供电状态判别用于全面准确掌握卫星电源系统在轨期间的工作状态。卫星电源系统作为整星的关键分系统，其可靠性直接关系到卫星任务的成败，因此卫星供电状态判别是卫星在轨运行维护的关键环节之一。

卫星电源系统主要有太阳电池阵单独供电、蓄电池组单独供电、太阳电池阵与蓄电池组联合供电三种基本供电模式，每种基本供电模式下具体供电模式的工作状态与卫星所处轨道的光照条件、卫星飞行姿态、卫星工作模式、电池充电状态等密切相关。目前卫星供电状态判别基本采用边界法实现，通过判别卫星电源系统主要遥测参数的范围，给出卫星供电状态是否正常的结论。边界法主要对卫星电源系统的母线电压、蓄电池组电压等较为稳定的遥测参数给出唯一的上下限阈值，遥测参数值在该阈值范围内即认为状态正常；对卫星电源的充电电流、放电电流等随电源工作模式幅值变化较大的遥测参数给出唯一的上限阈值，遥测参数值不超出该上限阈值即认为状态正常。

航天东方红卫星有限公司专利“一种基于智能判别的卫星电源健康状况跟踪与检测方法”公开了一种基于基础测试知识库的卫星电源健康状态检查方法，主要是基于边界法建立电源遥测参数范围与整星主要故障情况的对应关系列表，通过查询列表的方式判别地面测试中的故障，该方法是对边界法在具体工程应用上的细化和延伸。上述两种方法主要存在以下问题：1.通过唯一的上下限阈值来判别供电状态的方式判别范围过大、颗粒度过粗，仅能够反映电源的基本功能状态；2.不能够根据卫星实际的工作模式调整判别范围，不能够区别出电源系统的具体供电状态，也就不能对具体供电状态进行判别，3.通过故障现象来推测出故障模式，所需故障模式清单庞大，工作量大，耗时多，对覆盖性要求非常高，且往往存在一个故障现象对应多个故障模式的问题，不能够准确定位故障模式；4.不能够预示卫星供电状态的故障现象，无法为卫星在轨故障诊断提供有力支持，不能为地面故障处理争取时间。

发明内容

本发明解决的技术问题是：相比于现有技术，提供了一种卫星在轨供电状态的自动判别方法，实现了提高卫星电源在轨供电状态判别的效率和准确度的目的。

本发明的上述目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供了一种卫星在轨供电状态的自动判别方法，包括如下步骤：

步骤一、星载计算机获取卫星在当前飞行状态下的遥测数据，同时生成所述当前飞行状态对应的电源供电模式字；

步骤二、星载计算机将所述电源供电模式字和所述电源供电模式字对应的遥测数据一并发送给地面测发控计算机；

步骤三、地面测发控计算机接收到所述电源供电模式字和所述电源供电模式字对应的遥测数据后，识别所述电源供电模式字，调取预存的所述电源供电模式字对应的遥测数据判据；

步骤四、地面测发控计算机根据所述遥测数据判据，对接收到的所述遥测数据进行判读，以判别卫星电源当前在轨供电状态是否正常。

进一步地，所述当前飞行状态包括：卫星在当前飞行时刻的飞行姿态、载荷工况、轨道光照条件、以及电池充电状态。

进一步地，所述卫星电源当前在轨供电状态包括发电设备状态、储能设备状态、以及功率调节设备状态。

进一步地，所述遥测数据包括母线电流和电池充电电流。

进一步地，所述遥测数据判据包括一级判据区间和二级判据区间，所述二级判据区间位于所述一级判据区间内；

当所述母线电流和电池充电电流均处于所述二级判据区间内时，判定卫星电源当前在轨供电状态为最优的正常状态；

当所述母线电流和电池充电电流均处于所述一级判据区间内，且所述母线电流和/或所述电池充电电流不处于所述二级判据区间内时，判定卫星电源当前在轨供电状态为存在异常变化趋势的正常状态；

当所述母线电流或所述电池充电电流不处于所述一级判据区间内时，判定卫星电源当前在轨供电状态为异常状态。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)、本发明中星载计算机通过获取卫星在当前飞行状态下的遥测数据，同时生成当前飞行状态对应的电源供电模式字，地面参数判别应用程序通过识别电源供电模式字，调取预存的所述电源供电模式字对应的遥测数据判据，以对遥测数据进行判读，能够提高卫星电源在轨供电状态判别的准确度。

(2)、本发明无需在地面测试期间积累大量的故障模式数据，而是通过利用电源供电模式字与遥测数据的映射对应关系，以及电源供电模式字与遥测数据判据的映射对应关系，能够大幅度降低卫星电源在轨供电状态判别的工作量，从而提高卫星电源在轨供电状态判别的效率。

(3)、本发明中遥测数据判据采用两级判据区间方式，能够及时反馈出卫星电源遥测数据表征状态是否正常的判别结论，并给出卫星在轨供电模式的异常变化趋势，从而能够为卫星在轨故障预案和故障处理措施的制定争取时间。

(4)、本发明采取星上与地面相结合的判别方式，卫星根据当前实际飞行状态形成电源供电模式字并在过境时下传，利用预存的遥测数据判据对遥测数据进行判读则在地面判别软件中实现，对卫星资源占用较少，实现方式简单。

附图说明

图1是本发明提出的一种卫星在轨供电状态的自动判别方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

卫星在轨供电状态自动判别方法主要用于对卫星电源系统在轨期间的功能性能表现进行地面的自动判别处理，可实现卫星在轨供电状态的准确高效判别，为卫星在轨运行保障和故障处理提供有力支持。

图1是本发明提出的一种卫星在轨供电状态的自动判别方法的流程图。如图1所示，本发明提出的一种卫星在轨供电状态的自动判别方法，包括如下步骤：

步骤一、星载计算机获取卫星在当前飞行状态下的遥测数据，同时生成所述当前飞行状态对应的电源供电模式字。

具体的，所述当前飞行状态包括：卫星在当前飞行时刻的飞行姿态、载荷工况、轨道光照条件、以及电池充电状态。所述遥测数据包括母线电流和电池充电电流，用于表征电源性能。当然，所述遥测数据还包括电池充电电压、电池放电电流等。所述电源供电模式字为反映星上电源实际供电模式的标志字，用于为地面判别范围的选取和地面判别工作提供输入依据。

步骤二、星载计算机将所述电源供电模式字和所述电源供电模式字对应的遥测数据一并发送给地面测发控计算机。

步骤三、地面测发控计算机接收到所述电源供电模式字和所述电源供电模式字对应的遥测数据后，识别所述电源供电模式字，调取预存的所述电源供电模式字对应的遥测数据判据。

具体的，所述遥测数据判据包括一级判据区间和二级判据区间，所述二级判据区间位于所述一级判据区间内，即所述二级判据区间的左端点值大于所述一级判据区间的左端点值；所述二级判据区间的右端点值小于所述一级判据区间的右端点值。例如，母线电流的一级判据区间可以为[25，30]，二级判据区间可以为[26，29]；电池充电电流的一级判据区间可以为[6，8]，二级判据区间可以为[6.5，7.5]。

可基于卫星电源系统设计和整星功率平衡预算，结合地面测试数据和在轨测试期间的数据分析，形成卫星各供电模式下电源遥测参数的判别范围。本实施例中，遥测数据判据有两个层级，包括一级判据区间和二级判据区间，一级判据区间为当前供电模式处于正常状态时电源各遥测参数的范围阈值，该范围阈值一般选取设计指标阈值；二级判据区间位于一级判据区间内，即二级判据区间相对于一级判据区间更窄、约束更严格，为当前供电模式处于最优状态时电源各遥测参数的范围阈值，该范围阈值一般选取正常工作实际数据与设计指标的中间值。

地面机在接收到卫星电源供电模式字后，根据电源供电模式字与遥测数据判据之间的映射关系，调取电源各遥测参数的判别范围。实际中，可以先建立与所述电源供电模式字对应的电源供电模式列表，然后再根据电源供电模式列表，在地面机中预存电源供电模式列表中各电源供电模式对应的遥测数据判据，以便于直观全面的设置遥测数据判据。例如，若根据卫星飞行姿态、载荷工况、轨道光照情况、电池充电状态四个输入条件建立电源供电模式列表，每一项供电模式应包含卫星飞行姿态、载荷工况、轨道光照情况、电池充电状态四个输入条件的信息。

具体来说，卫星飞行姿态作为第一个输入组，包括正飞、侧摆飞行、偏航飞行等姿态，将每个不同的飞行姿态作为一个独立因子列在该输入组中；载荷工况作为第二个输入组，包括长期工况和短期工况等情况，将每个不同的工况作为一个独立因子列在该输入组中；轨道光照条件作为第三个输入组，包括光照期、地影期等条件，将每个不同的光照条件作为一个独立因子列在该输入组中；电池充电状态作为第四个输入组，包括充电、停充等状态，将每个不同的充电状态作为一个独立因子列在该输入组中；然后从四个输入组中各选取一个因子进行排列组合，根据卫星在轨工作模式对形成的组合进行筛选，剔除不存在的项目，筛选后的组合即可形成所述电源供电模式列表。

然后，建立所述电源供电模式列表与所述卫星电源供电模式字的映射关系，并给出每一项电源供电模式下所述遥测参数的判据。以所述电源供电模式列表作为中间量，最终建立所述卫星电源供电模式字与地面机预存的遥测参数判据之间的映射关系。

步骤四、地面测发控计算机根据所述遥测数据判据，对接收到的所述遥测数据进行判读，以判别卫星电源当前在轨供电状态是否正常。

具体的，所述步骤四，包括：

所述遥测数据判据包括一级判据区间和二级判据区间，所述二级判据区间位于所述一级判据区间内；

当所述母线电流和电池充电电流均处于所述二级判据区间内时，判定卫星电源当前在轨供电状态为最优的正常状态，所述最优的正常状态不存在异常变化趋势；

当所述母线电流和电池充电电流均处于所述一级判据区间内，且所述母线电流和/或所述电池充电电流不处于所述二级判据区间内时，判定卫星电源当前在轨供电状态为存在异常变化趋势的正常状态；

当所述母线电流或所述电池充电电流不处于所述一级判据区间内时，判定卫星电源当前在轨供电状态为异常状态。其中，所述卫星电源当前在轨供电状态包括发电设备状态、储能设备状态、功率调节设备状态、以及自主管理软件状态。

生成判别结果用于给出电源当前供电模式工作状态的评价结论。依据电源各遥测参数的地面判据，对地面接收到的各遥测参数具体数值进行判别。若数值在二级判据区间内，则认为电源当前供电模式工作状态最优良；若数值超出二级判据区间但在一级判据区间内，则认为电源当前供电模式工作状态正常，但存在异常变化趋势；若数值超出一级判据区间，则认为电源当前供电模式工作状态异常，需及时进行故障处理。

实施例：以某卫星为例，

(1)根据卫星总体设计状态，卫星飞行姿态包括正常飞行、侧摆20°飞行两种情况；卫星载荷工况包括载荷待机(长期)、载荷成像(短期)两种情况；轨道光照条件包括光照期、地影期两种情况；电池充电状态包括充电、停充两种情况，从四个类别各抽取一个因子进行排列组合，形成组合如下：

组合1：正常飞行、载荷待机、光照期，停充

组合2：正常飞行、载荷成像、光照期，停充

组合3：正常飞行、载荷待机、地影期，停充

组合4：正常飞行、载荷成像、地影期，停充

组合5：侧摆20°飞行、载荷待机、光照期，停充

组合6：侧摆20°飞行、载荷成像、光照期，停充

组合7：侧摆20°飞行、载荷待机、地影期，停充

组合8：侧摆20°飞行、载荷成像、地影期，停充

组合9：正常飞行、载荷待机、光照期，充电

组合10：正常飞行、载荷成像、光照期，充电

组合11：正常飞行、载荷待机、地影期，充电

组合12：正常飞行、载荷成像、地影期，充电

组合13：侧摆20°飞行、载荷待机、光照期，充电

组合14：侧摆20°飞行、载荷成像、光照期，充电

组合15：侧摆20°飞行、载荷待机、地影期，充电

组合16：侧摆20°飞行、载荷成像、地影期，充电

根据卫星在轨工作模式，对上述16种组合进行筛选，考虑到地影期卫星不侧摆、载荷不成像且电池不充电，剔除组合4、7、8、11、12、15、16。将剩余9种组合重新排列，建立卫星电源供电模式列表。

供电模式1：正常飞行、载荷待机、光照期，停充

供电模式2：正常飞行、载荷成像、光照期，停充

供电模式3：正常飞行、载荷待机、地影期，停充

供电模式4：侧摆20°飞行、载荷待机、光照期，停充

供电模式5：侧摆20°飞行、载荷成像、光照期，停充

供电模式6：正常飞行、载荷待机、光照期，充电

供电模式7：正常飞行、载荷成像、光照期，充电

供电模式8：侧摆20°飞行、载荷待机、光照期，充电

供电模式9：侧摆20°飞行、载荷成像、光照期，充电

(2)选取表征电源供电模式状态的遥测参数，以母线电流、电池充电电流2个遥测参数为例，设置各个供电模式下的上述遥测参数的判据区间如下：

供电模式1：母线电流一级判据区间[15，20]，二级判据区间[16，19]；

电池充电电流一级判据区间[0，1]，二级判据区间[0.1，0.5]；

供电模式2：母线电流一级判据区间[25，30]，二级判据区间[26，29]；

电池充电电流一级判据区间[0，1]，二级判据区间[0.1，0.5]；

供电模式3：母线电流一级判据区间[15，20]，二级判据区间[16，19]；

电池充电电流一级判据区间[0，1]，二级判据区间[0.1，0.5]；

供电模式4：母线电流一级判据区间[15，20]，二级判据区间[16，19]；

电池充电电流一级判据区间[0，1]，二级判据区间[0.1，0.5]；

供电模式5：母线电流一级判据区间[25，30]，二级判据区间[26，29]；

电池充电电流一级判据区间[0，1]，二级判据区间[0.1，0.5]；

供电模式6：母线电流一级判据区间[15，20]，二级判据区间[16，19]；

电池充电电流一级判据区间[9，11]，二级判据区间[9.5，10.5]；

供电模式7：母线电流一级判据区间[25，30]，二级判据区间[26，29]；

电池充电电流一级判据区间[9，11]，二级判据区间[9.5，10.5]；

供电模式8：母线电流一级判据区间[15，20]，二级判据区间[16，19]；

电池充电电流一级判据区间[6，8]，二级判据区间[6.5，7.5]；

供电模式9：母线电流一级判据区间[25，30]，二级判据区间[26，29]；

电池充电电流一级判据区间[6，8]，二级判据区间[6.5，7.5]。

(3)卫星电源供电模式字设置如下：

电源供电模式字格式：长度设计为1个字，每个标志位占用4Byte，从低到高依次为飞行姿态标识位(0-3位)、载荷工况标识位(4-7位)、轨道光照条件标志位(8-11位)、电池充电状态标志位。

飞行姿态标识位：00B正常飞行，01B侧摆20°飞行；

载荷工况标志位：00B载荷待机，01B载荷成像；

轨道光照条件标志位：00B光照期，01B地影期；

电池充电状态标志位：00B充电，01B停充。

假设星载计算机获取卫星的当前飞行状态为侧摆20°飞行、载荷成像、光照期，充电状态；并获取卫星在当前飞行状态下的遥测数据，本实施例中，所述遥测数据为母线电流和电池充电电流，则星载计算机生成当前飞行状态对应的电源供电模式字为00000101B，转换为16进制为05H，对应供电模式9，从而建立了电源供电模式字05H与遥测数据的映射对应关系，如下所示。

表1电源供电模式字与电源供电模式的映射关系表

星载计算机将电源供电模式字05H和所述电源供电模式字05H对应的遥测数据一并发送给地面测发控计算机中的参数判别应用程序。

地面测发控计算机中的参数判别应用程序接收到电源供电模式字05H和电源供电模式字05H对应的遥测数据后，识别所述电源供电模式字05H，调取预存的所述电源供电模式字05H对应的遥测数据判据，所述遥测数据判据包括一级判据区间和二级判据区间，所述二级判据区间位于所述一级判据区间内，本实施例中，所述预存的遥测数据判据即为供电模式9对应的遥测数据判据区间。

地面测发控计算机中的参数判别应用程序根据供电模式9对应的遥测数据判据区间，对接收到的遥测数据进行判读，以判别卫星电源当前在轨供电状态是否正常。

若接收到的遥测数据为：母线电流27A、电池充电电流7A；母线电流和电池充电电流均处于二级判据区间内，则可以给出当前电源供电状态为最优的正常状态，所述最优的正常状态不存在异常变化趋势；

若接收到的遥测数据为：母线电流27A、电池充电电流6.3A；母线电流和电池充电电流均处于一级判据区间内，但电池充电电流不处于二级判据区间内，则可以给出当前电源供电状态为存在异常变化趋势的正常状态；

若接收到的遥测数据数据为：母线电流31A、电池充电电流7A；由于母线电流不处于一级判据区间内，则可以给出当前电源供电状态为状态异常，需地面立即进行故障处理。

本发明的技术方案中：

(1)供电模式字可以提高判别覆盖性和准确度：根据卫星相关信息建立电源供电模式列表，可以完全覆盖卫星在轨供电模式，不需要在地面测试期间积累大量的故障模式数据；并根据卫星实际状态生成电源供电模式字，通过电源供电模式字与遥测参数判据的映射关系查找具体判别范围，可以有效提高判别准确度；

(2)映射关系的建立可以大幅降低判别工作量，提升效率：电源供电模式与遥测参数判据之间的映射关系，可以为每个供电模式提供独立的参数判别范围，能够大幅降低电源供电模式判别及对应参数范围判别的工作量，提升判别工作效率；

(3)两层级判别范围可以有效判别供电状态及趋势：通过设置两层级的判别范围，既可以实时给出在轨供电模式的工作状态，又可以及时反映在轨供电模式的异常变化趋势，为卫星在轨故障预案和故障处理措施的制定争取时间；

(4)解决了卫星电源系统状态量遥测难以准确判别的问题，通过供电模式的精细化区分，可以针对性的给出状态量遥测的判据，并给出状态量遥测表征状态是否正常的判别结论；

(5)采取星上与地面相结合的判别方式，卫星根据当前实际状态形成供电模式字并在过境时下传，映射关系等判据在地面判别软件中实现，对卫星资源占用较少，实现方式简单。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (5)

1.一种卫星在轨供电状态的自动判别方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、星载计算机获取卫星在当前飞行状态下的遥测数据，同时生成所述当前飞行状态对应的电源供电模式字；

步骤二、星载计算机将所述电源供电模式字和所述电源供电模式字对应的遥测数据一并发送给地面测发控计算机；

步骤三、地面测发控计算机接收到所述电源供电模式字和所述电源供电模式字对应的遥测数据后，识别所述电源供电模式字，调取预存的所述电源供电模式字对应的遥测数据判据；

步骤四、地面测发控计算机根据所述遥测数据判据，对接收到的所述遥测数据进行判读，以判别卫星电源当前在轨供电状态是否正常。

2.根据权利要求1所述的卫星在轨供电状态的自动判别方法，其特征在于，所述当前飞行状态包括：卫星在当前飞行时刻的飞行姿态、载荷工况、轨道光照条件、以及电池充电状态。

3.根据权利要求1所述的卫星在轨供电状态的自动判别方法，其特征还在于，所述卫星电源当前在轨供电状态包括发电设备状态、储能设备状态、以及功率调节设备状态。

4.根据权利要求1所述的卫星在轨供电状态的自动判别方法，其特征在于，所述遥测数据包括母线电流和电池充电电流。

5.根据权利要求4所述的卫星在轨供电状态的自动判别方法，其特征在于，

所述遥测数据判据包括一级判据区间和二级判据区间，所述二级判据区间位于所述一级判据区间内；

当所述母线电流和电池充电电流均处于所述二级判据区间内时，判定卫星电源当前在轨供电状态为最优的正常状态；

当所述母线电流和电池充电电流均处于所述一级判据区间内，且所述母线电流和/或所述电池充电电流不处于所述二级判据区间内时，判定卫星电源当前在轨供电状态为存在异常变化趋势的正常状态；

当所述母线电流或所述电池充电电流不处于所述一级判据区间内时，判定卫星电源当前在轨供电状态为异常状态。