CN111169662B - 一种适用于卫星光照条件的多参数自主诊断辨识方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于卫星光照条件的多参数自主诊断辨识方法，属于在轨卫星光照条件诊断辨识领域；步骤一、获取逻辑太阳敏感器的测量信号、太阳夹角数据、模拟太阳敏感器的测量信号和太阳电池阵的输出电流；步骤二、判断逻辑太阳敏感器的测量信号的输出为TRUE或FALSE；步骤三、判断太阳夹角数据的输出为TRUE或FALSE；步骤四、判断模拟太阳敏感器的测量信号的输出为TRUE或FALSE；步骤五、判断太阳电池阵的输出电流的输出为TRUE或FALSE；步骤六、建立逻辑树；步骤七、判断卫星是否处于光照区；本发明能够根据在轨卫星遥测参数设置的情况，实现高可靠性的光照区‑地影区状态检测，同时操作简单，适用性强。

Description

一种适用于卫星光照条件的多参数自主诊断辨识方法

技术领域

本发明属于在轨卫星光照条件诊断辨识领域，涉及一种适用于卫星光照条件的多参数自主诊断辨识方法。

背景技术

随着我国航天事业的发展，在轨运行卫星数量逐年增加。为了保障卫星安全、稳定的运行，要求及时、快速地发现在轨卫星故障，需要设计自动化的监测方法与系统来对数以千计的遥测参数进行判读，其中“参数-状态关联监测方法”是非常重要的一种。

参数-状态关联监测方法要将遥测参数值与卫星状态联合起来进行判读，卫星状态是遥测参数值判读的前提，在不同的卫星状态下按照不同的阈值进行判读。卫星状态是根据输入条件、理论计算结果或其它遥测参数来确定。

在光照区和地影区时，卫星电源、控制、热控等分系统会处于不同的工作状态，分系统的单机如分流器、放电调节器、蓄电池、太阳电池阵、星敏感器、太阳敏感器、红外地球敏感器、加热器等会处于不同的工作模式，单机相关的遥测参数需要按照不同的准则进行判读，因此在卫星遥测数据判读中需要首先要判断卫星是处于光照区还是地影区，光照区-地影区是一个非常重要的状态。

识别卫星是处于光照区还是地影区是电源等分系统遥测数据判读的一个先决条件，因此必须保证其准确、可靠。现有的判读方法一般包括以下2种：

1、轨道计算法

基于卫星的轨道数据，利用STK、Matlab等软件可计算出卫星各个光照区、地影区的确切时间，将计算结果输出后可作为数据判读软件的输入。

此方法一次计算能够获得一周甚至更长时间内在轨卫星各个光照区、地影区的确切时间，但需要定期更新轨道数据，工作繁琐；而且，此计算模块需要作为遥测数据自动化监测系统的外挂程序或建立数据接口，需要对现有的数据判读系统进行升级改造。

2、太阳敏感器输出判别法

利用安装在星体上的太阳敏感器的输出来作为光照区-地影区的判决条件。

此方法仅依据遥测数据，实现简单。但太阳敏感器为防杂光干扰，其判决阈值偏高，会造成偶发的识别错误，在轨实际也曾多次发生；而且若太阳敏感器发生故障，其判别结果将会错误，可靠性有待提高；另外，部分卫星可能没有配置太阳敏感器设备。

综上所述，现有的方法难以简单而可靠地实现在轨卫星光照区-地影区的自动识别。本发明全部基于在轨卫星的遥测数据，不需要额外的理论计算或其它输入，能够简单、快捷、可靠地实现在轨卫星光照区-地影区的自动识别，且对不同的卫星具有很好的适应性。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种适用于卫星光照条件的多参数自主诊断辨识方法，能够根据在轨卫星遥测参数设置的情况，实现高可靠性的光照区-地影区状态检测，同时操作简单，适用性强。

本发明解决技术的方案是：

一种适用于卫星光照条件的多参数自主诊断辨识方法，包括如下步骤：

步骤一、获取逻辑太阳敏感器的测量信号、太阳夹角数据、模拟太阳敏感器的测量信号和太阳电池阵的输出电流；

步骤二、对逻辑太阳敏感器的测量信号进行判断，判断逻辑太阳敏感器的测量信号的输出为TRUE或FALSE；

步骤三、计算太阳夹角的阈值threshold；将太阳夹角数据与阈值threshold进行比较，判断太阳夹角数据的输出为TRUE或FALSE；

步骤四、对模拟太阳敏感器的测量信号进行判断，判断模拟太阳敏感器的测量信号的输出为TRUE或FALSE；

步骤五、计算输出电流的阈值threshold′，将太阳电池阵的输出电流与阈值threshold′进行比较，判断太阳电池阵的输出电流的输出为TRUE或FALSE；

步骤六、建立逻辑太阳敏感器测量信号输出结果、模拟太阳敏感器测量信号输出结果、太阳夹角数据输出结果和太阳电池阵的输出电流输出结果的逻辑树；

步骤七、根据逻辑树的判断结果，判断卫星是否处于光照区。

在上述的一种适用于卫星光照条件的多参数自主诊断辨识方法，所述步骤一中，逻辑太阳敏感器具有4π全空间视场；所述太阳光轴矢量在轨道坐标系上的投影。

在上述的一种适用于卫星光照条件的多参数自主诊断辨识方法，所述步骤二中，判断逻辑太阳敏感器的测量信号的输出为TRUE或FALSE的具体方法为：

当逻辑太阳敏感器的测量信号为0时，输出FALSE；否则输出TRUE。

在上述的一种适用于卫星光照条件的多参数自主诊断辨识方法，所述步骤三中，太阳夹角阈值threshold的计算方法为：

式中，δ为第一容差，δ＝0.1；

h为在轨卫星的轨道高度；

R为地球半径。

在上述的一种适用于卫星光照条件的多参数自主诊断辨识方法，所述步骤三中，判断太阳夹角数据的输出为TRUE或FALSE的具体方法为：

当太阳夹角数据小于等于threshold时，输出为TRUE；当太阳夹角数据大于threshold时，输出为FALSE。

在上述的一种适用于卫星光照条件的多参数自主诊断辨识方法，所述步骤四中，判断模拟太阳敏感器的测量信号的输出为TRUE或FALSE的具体方法为：

当模拟太阳敏感器的测量信号为0时，输出FALSE；当模拟太阳敏感器的测量信号大于0时，输出TRUE。

在上述的一种适用于卫星光照条件的多参数自主诊断辨识方法，所述步骤五中，输出电流阈值threshold′的计算方法为：

threshold＝v₀*(1-δ′)

太阳电池阵的输出电流分为0值和高值两个状态；

式中，v₀为太阳电池阵的输出电流在高状态时的最小值；

δ′为第二容差，δ′＝0.1。

在上述的一种适用于卫星光照条件的多参数自主诊断辨识方法，所述步骤五中，判断太阳电池阵的输出电流的输出为TRUE或FALSE的方法为：

当太阳电池阵的输出电流大于等于threshold′时，输出TRUE；当太阳电池阵的输出电流小于threshold′时，输出FALSE。

在上述的一种适用于卫星光照条件的多参数自主诊断辨识方法，所述步骤六中，逻辑树的建立方法为：

逻辑太阳敏感器测量信号输出结果与模拟太阳敏感器测量信号输出结果通过第一逻辑或门连通；太阳夹角数据输出结果与太阳电池阵的输出电流输出结果通过第二逻辑或门连通；第一逻辑或门的输出与第二逻辑或门的输出通过第三逻辑或门连通；即逻辑太阳敏感器测量信号输出结果、模拟太阳敏感器测量信号输出结果、太阳夹角数据输出结果和太阳电池阵的输出电流输出结果中，任意一个输出为TRUE时，逻辑树的判断结果为TURE。

在上述的一种适用于卫星光照条件的多参数自主诊断辨识方法，所述步骤七中，判断卫星是否处于光照区的方法为：

当逻辑树判断结果为TURE时，判断卫星处于光照区；当逻辑树判断结果为FALSE时，判断卫星未处于光照区。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明以在轨卫星已有的遥测参数作为输入，不需要复杂计算，实现方法简单；而且此方法能够直接集成在现有的遥测数据判读系统中，实现方便；

(2)本发明利用多个分系统、多种单机的遥测参数组合后对光照区、地影区进行识别，可靠性高；

(3)本发明各卫星可根据实际单机配置情况、遥测参数设置情况进行取舍，适应性强。

附图说明

图1为本发明姿态耦合控制流程图；

图2为本发明太阳电池阵的输出电流状态示意图；

图3为本发明逻辑树示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

本发明提供一种适用于卫星光照条件的多参数自主诊断辨识方法，通过对在轨卫星遥测数据变化情况的分析，克服现有方法的不足，选取多个分系统、多台单机的遥测参数作为输入，进行组合后形成一种简单、可靠并且适应性强的光照区-地影区自动识别方法。

本发明的技术解决方案是：1、在轨卫星光照条件敏感遥测参数的选取：分析在轨卫星遥测参数在光照区、地影区内的变化情况，选取出对光照条件敏感的、在不同光照条件下变化规律会有明显区别的遥测参数，以此作为光照区-地影区自动识别方法的输入。2、不同来源多遥测参数的组合：选取不同分系统、不同单机的多个遥测参数进行组合，保证参数有多种来源且相关性小，形成可靠性高且适应性强的光照区-地影区自动识别方法。3、光照区-地影区识别结果的输出：基于此方法，利用在轨卫星的相关遥测参数进行自动识别，将识别结果输出作为“参数-状态关联监测方法”进行判读的依据。

如图1所示，多参数自主诊断辨识方法，主要包括如下步骤：

步骤一、对在轨卫星可能适用于光照区-地影区识别的遥测参数进行梳理，分析其在光照区、地影区内的变化情况，最终从控制、电源等分系统中选择硬件测量信号、软件计算结果、单机输出等类型的参数作为光照区-地影区自动识别的输入，具体包括4种，分别是逻辑太阳敏感器的测量信号、太阳夹角数据、模拟太阳敏感器的测量信号和太阳电池阵的输出电流。

其中，逻辑太阳敏感器的测量信号，采用拥有4π全空间视场的0-1太阳敏感器，在地影区输出为0，在光照区输出非0，并且与卫星姿态无关，适合作为光照区/地影区的判断依据。但单机都存在一定的故障率，如果敏感器故障，此结果将不可信；另外，如果星上未配置0-1太阳敏感器设备，将无此信号。

太阳夹角数据为太阳光轴矢量(星日连线)在卫星Z轴(轨道坐标系)上的投影，与卫星姿态无关，随季节变化小，根据其数值可以推断卫星处于光照区还是地影区。太阳夹角可以作为识别依据，但需要根据卫星由地影区进入光照区的实际数据及理论计算的光照/地影转换阈值，来选择判断光照/地影转换时太阳夹角的阈值，此阈值受卫星轨道高度的影响，各个型号之间存在差异。如示例卫星轨道高度为约500km，太阳夹角的阈值可以取0.374，太阳夹角介于[0.374，0.853]时为地影区，太阳夹角介于[-0.853，0.374]时为光照区。

模拟太阳敏感器的测量信号,正常情况下，光照区内太阳肯定出现在模拟太阳敏感器的视场内。但在帆板转角控制出现问题时，卫星出影后太阳光有可能无法进入太阳敏感器视场，导致太阳敏感器输出监视码与实际情况不符。另外在卫星姿态出现错误时，卫星出影后太阳光有可能无法进入太阳敏感器视场，导致太阳敏感器输出信号与实际情况不符。在太阳敏感器出现故障时或卫星姿态出现偏差时，其输出与实际情况不符，以其输出作为判据将可能导致错误的结果。

太阳电池阵的输出电流,太阳电池阵输出电流可分为0、高值两种状态，影阴区太阳电池阵输出电流为0，光照区太阳电池阵输出电流为高值。这也能够间接反映卫星是处于光照区还是地影区。太阳电池阵出现故障时在光照区也可能会出现输出电流大幅减小甚至为0的情况，此时其结果将不可信。

步骤二、对逻辑太阳敏感器的测量信号进行判断，判断逻辑太阳敏感器的测量信号的输出为TRUE或FALSE；判断逻辑太阳敏感器的测量信号的输出为TRUE或FALSE的具体方法为：

当逻辑太阳敏感器的测量信号为0时，输出FALSE；否则输出TRUE。

步骤三、计算太阳夹角的阈值threshold；将太阳夹角数据与阈值threshold进行比较，判断太阳夹角数据的输出为TRUE或FALSE；太阳夹角阈值threshold的计算方法为：

式中，δ为第一容差，δ＝0.1；

h为在轨卫星的轨道高度；

R为地球半径。

判断太阳夹角数据的输出为TRUE或FALSE的具体方法为：当太阳夹角数据小于等于threshold时，输出为TRUE；当太阳夹角数据大于threshold时，输出为FALSE。

步骤四、对模拟太阳敏感器的测量信号进行判断，判断模拟太阳敏感器的测量信号的输出为TRUE或FALSE；判断模拟太阳敏感器的测量信号的输出为TRUE或FALSE的具体方法为：

当模拟太阳敏感器的测量信号为0时，输出FALSE；当模拟太阳敏感器的测量信号大于0时，输出TRUE。

步骤五、计算输出电流的阈值threshold′，将太阳电池阵的输出电流与阈值threshold′进行比较，判断太阳电池阵的输出电流的输出为TRUE或FALSE；输出电流阈值threshold′的计算方法为：

threshold′＝v₀*(1-δ′)

如图2所示，太阳电池阵的输出电流分为0值和高值两个状态；

式中，v₀为太阳电池阵的输出电流在高状态时的最小值；

δ′为第二容差，δ′＝0.1。

判断太阳电池阵的输出电流的输出为TRUE或FALSE的方法为：

当太阳电池阵的输出电流大于等于threshold′时，输出TRUE；当太阳电池阵的输出电流小于threshold′时，输出FALSE。

步骤六、原始遥测数据经过再处理，形成逻辑量“TRUE”或“FALSE”；在此基础上，进行多参数组合状态识别，获得“光照区-地影区”的识别结果，判决流程示意图如图3所示，建立逻辑太阳敏感器测量信号输出结果、模拟太阳敏感器测量信号输出结果、太阳夹角数据输出结果和太阳电池阵的输出电流输出结果的逻辑树；逻辑树的建立方法为：

逻辑太阳敏感器测量信号输出结果与模拟太阳敏感器测量信号输出结果通过第一逻辑或门连通；太阳夹角数据输出结果与太阳电池阵的输出电流输出结果通过第二逻辑或门连通；第一逻辑或门的输出与第二逻辑或门的输出通过第三逻辑或门连通；即逻辑太阳敏感器测量信号输出结果、模拟太阳敏感器测量信号输出结果、太阳夹角数据输出结果和太阳电池阵的输出电流输出结果中，任意一个输出为TRUE时，逻辑树的判断结果为TURE。

步骤七、根据逻辑树的判断结果，判断卫星是否处于光照区。判断卫星是否处于光照区的方法为：当逻辑树判断结果为TURE时，判断卫星处于光照区；当逻辑树判断结果为FALSE时，判断卫星未处于光照区。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种适用于卫星光照条件的多参数自主诊断辨识方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、获取逻辑太阳敏感器的测量信号、太阳夹角数据、模拟太阳敏感器的测量信号和太阳电池阵的输出电流；逻辑太阳敏感器具有4π全空间视场；

步骤二、对逻辑太阳敏感器的测量信号进行判断，判断逻辑太阳敏感器的测量信号的输出为TRUE或FALSE；判断逻辑太阳敏感器的测量信号的输出为TRUE或FALSE的具体方法为：

当逻辑太阳敏感器的测量信号为0时，输出FALSE；否则输出TRUE；

步骤三、计算太阳夹角的阈值threshold；将太阳夹角数据与阈值threshold进行比较，判断太阳夹角数据的输出为TRUE或FALSE；太阳夹角阈值threshold的计算方法为：

式中，δ为第一容差，δ＝0.1；

h为在轨卫星的轨道高度；

R为地球半径；

步骤四、对模拟太阳敏感器的测量信号进行判断，判断模拟太阳敏感器的测量信号的输出为TRUE或FALSE；

步骤五、计算输出电流的阈值threshold′，将太阳电池阵的输出电流与阈值threshold′进行比较，判断太阳电池阵的输出电流的输出为TRUE或FALSE；所述步骤五中，输出电流阈值threshold′的计算方法为：

threshold′＝v₀*(1-δ′)

太阳电池阵的输出电流分为0值和高值两个状态；

式中，v₀为太阳电池阵的输出电流在高状态时的最小值；

δ′为第二容差，δ′＝0.1；

步骤六、建立逻辑太阳敏感器测量信号输出结果、模拟太阳敏感器测量信号输出结果、太阳夹角数据输出结果和太阳电池阵的输出电流输出结果的逻辑树；

步骤七、根据逻辑树的判断结果，判断卫星是否处于光照区。

2.根据权利要求1所述的一种适用于卫星光照条件的多参数自主诊断辨识方法，其特征在于：所述步骤三中，判断太阳夹角数据的输出为TRUE或FALSE的具体方法为：

当太阳夹角数据小于等于threshold时，输出为TRUE；当太阳夹角数据大于threshold时，输出为FALSE。

3.根据权利要求2所述的一种适用于卫星光照条件的多参数自主诊断辨识方法，其特征在于：所述步骤四中，判断模拟太阳敏感器的测量信号的输出为TRUE或FALSE的具体方法为：

当模拟太阳敏感器的测量信号为0时，输出FALSE；当模拟太阳敏感器的测量信号大于0时，输出TRUE。

4.根据权利要求3所述的一种适用于卫星光照条件的多参数自主诊断辨识方法，其特征在于：所述步骤五中，判断太阳电池阵的输出电流的输出为TRUE或FALSE的方法为：

当太阳电池阵的输出电流大于等于threshold′时，输出TRUE；当太阳电池阵的输出电流小于threshold′时，输出FALSE。

5.根据权利要求4所述的一种适用于卫星光照条件的多参数自主诊断辨识方法，其特征在于：所述步骤六中，逻辑树的建立方法为：

逻辑太阳敏感器测量信号输出结果与模拟太阳敏感器测量信号输出结果通过第一逻辑或门连通；太阳夹角数据输出结果与太阳电池阵的输出电流输出结果通过第二逻辑或门连通；第一逻辑或门的输出与第二逻辑或门的输出通过第三逻辑或门连通；即逻辑太阳敏感器测量信号输出结果、模拟太阳敏感器测量信号输出结果、太阳夹角数据输出结果和太阳电池阵的输出电流输出结果中，任意一个输出为TRUE时，逻辑树的判断结果为TURE。

6.根据权利要求5所述的一种适用于卫星光照条件的多参数自主诊断辨识方法，其特征在于：所述步骤七中，判断卫星是否处于光照区的方法为：

当逻辑树判断结果为TURE时，判断卫星处于光照区；当逻辑树判断结果为FALSE时，判断卫星未处于光照区。

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