一种卫星电源系统特征参数计算及多圈能量平衡判定方法与流程

本发明涉及一种卫星电源系统特征参数计算及多圈能量平衡判定方法，属于卫星电源系统在轨自主管理领域。

背景技术：
卫星绕地球一圈的时间为轨道周期Tr，通常情况下轨道周期包括阴影时间Tsw和光照时间Tsun，阴影时间是指卫星在轨道周期内不受太阳光照射的时间，光照时间是指卫星在轨道周期内受太阳光照射的时间，降交点地方时在早上或下午的晨昏轨道卫星，全年内会出现全日照季，在全日照季内整个轨道周期内只有光照时间，由于月球与地球的位置关系，轨道周期内会出现月影时间，即由于月球对太阳光的遮挡，卫星进入阴影时间。电源系统是指在卫星寿命期间提供能源的卫星子系统，低轨小卫星电源分系统一般为太阳电池阵—蓄电池组系统，由太阳电池阵、蓄电池组、其他调节和控制电路构成，在光照时间太阳电池阵受照发电，以方阵电流iSA的形式输出到卫星的供电母线vbus，为卫星用电设备提供能源，同时为蓄电池组充电ic，当蓄电池组充满后，为涓流状态，涓流标志由0变为1，其他时间涓流标志为0；在阴影时间，蓄电池组放电idc为卫星用电设备提供能源。卫星用电设备所需能源大小，在供电母线电压一定的情况下，可以用负载电流il来表征。蓄电池组作为化学储能电源，会随着使用时间的增长和循环次数的增加，荷电保持能力降低；太阳电池阵会受到空间辐照影响，同一条件下输出功率会随着使用时间的增长而降低；这就需要随着卫星寿命的增加，对太阳电池阵和蓄电池组的性能衰降情况做出评估，给出定量的分析，为卫星的长寿命在轨使用做出预测。目前，对蓄电池组和太阳电池阵进行在轨性能衰降评估时，由于整星遥测数据量较大，卫星在测控弧段以外的遥测数据不能进行完全的存储下传，不能得到特定条件下准确的特征参数。由于性能评估所用数据的有效性不能保证，则对于评估结果的有效性也不能保证。目前，由于低轨小卫星轨道周期短，太阳同步轨道的卫星每圈都有阴影的特点，一般要求卫星能源系统需要做到每圈内都能达到能量平衡，这就限制了卫星载荷工作的机动性和灵活性，限制了载荷的使用效率；另外，随着锂离子蓄电池组在低轨小卫星上大范围的应用，为了发挥其荷电保持能力强的特点，也为了增加卫星载荷工作的机动性和灵活性，就需要考虑卫星多圈能量平衡的问题。

技术实现要素：
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种卫星电源系统特征参数计算及多圈能量平衡判定方法，为蓄电池组和太阳电池阵在轨性能衰降评估提供简单有效的数据，提高了卫星能源系统在轨使用效率，增加了卫星载荷工作的机动性和灵活性，提高了其使用效率。本发明的技术方案是：一种卫星电源系统特征参数计算及多圈能量平衡判定方法，涉及的低轨小卫星电源分系统为太阳电池阵—蓄电池组系统，在光照时间太阳电池阵受照发电，以方阵电流的形式输出到卫星的供电母线，为卫星用电设备提供能源，同时为蓄电池组充电；在阴影时间，蓄电池组放电为卫星用电设备提供能源；步骤如下：1)设置计时启动标志和计圈模式启动标志；计时启动标志默认状态为0，表示不进行计时累计，“计时启动”指令发出后，计时启动标志由0变1，表示开始进行计时累计；计时启动标志为1时，轨道周期Tr内时间计数由0开始计数，每次加1，统计光照时间和阴影时间；计圈模式启动标志默认状态为0，表示只统计光照时间和阴影时间，不进行计圈，“计圈模式启动”指令发出后，计圈模式启动标志由0变1，表示开始进入计圈模式；2)设置光照标志，光照标志的默认状态为1，当方阵电流iSA>1A或放电电流idc<1A时，认为是光照时间Tsun，光照标志置为1；当方阵电流iSA<1A且放电电流idc>1A时，认为是阴影时间Tsw，光照标志置为0；当光照标志为1时，光照时间Tsun进行累计，当光照标志为0时，阴影时间Tsw进行累计；3)设置第一圈标志和计圈标志，且默认状态都为0，当光照标志置首次从0变为1时，第一圈标志置为1，同时计圈标志置为1，表示当前为第一圈，且开始进行计圈；设置全日照标志，默认状态为0，当Tsun＝Tr时，全日照标志置为1，同时计圈标志置为1，第一圈标志置为0；当光照标志置为0时，全日照标志置为0；4)当计时启动标志为1时，计算获得光照时间中间时的方阵电流值及此时的太阳电池阵温度、蓄电池组内电压；计算方阵总输出能量、负载光照时间总能量、充电总能量、单圈内能量余量、近5圈的能量余量和；其中各个参数的计算方法如下：蓄电池组内电压Vbatsun是指卫星由光照时间进入阴影时间时的蓄电池组电压；光照时间中间时的方阵电流值ISAmid及此刻的太阳电池阵温度TSA在每个轨道周期内光照时间过去一半即可获得；方阵总输出能量：负载光照区总能量：充电总能量：以上各式中，vbus为供电母线的电压、vbat为蓄电池组电压、il为光照时间内整星负载电流值、ic为蓄电池组充电电流值；单圈内能量余量Wsp＝WSA-Wlsun-Wcbat；近5圈能量余量和W5sum＝Wsp(n)+Wsp(n-1)+Wsp(n-2)+Wsp(n-3)+Wsp(n-4)，其中Wsp(n)为当圈能量余量，Wsp(n-1)为当圈的前1圈能量余量，Wsp(n-2)为当圈的第前2圈能量余量，Wsp(n-3)为当圈的第前3圈能量余量Wsp(n-4)为当圈的第前4圈能量余量；5)利用卫星在轨寿命期内统计的光照时间中间时的方阵电流值ISAmid及此刻的太阳电池阵温度TSA，进行归一化处理，得到标准条件下，即太阳入射角为0°、工作温度为25℃、日地距离因子为1时太阳电池阵输出电流：式中β为太阳电池阵电流温度系数、α为太阳入射角、FS为日地距离因子，每天内只选择一个ISAmid，且选择光照时间内短期载荷不工作时的ISAmid，有多个时，选择其中的最大值；在寿命期内，将计算得到的每天的Istd，进行指数函数的数据拟合，得到太阳电池阵输出电流衰减函数：y＝A×k1x，其中x为在轨运行天数；y为当天对应太阳电池阵输出电流，A、k1为数据拟合求得的指数函数的系数；根据衰减函数对太阳电池阵输出电流进行预估；6)利用卫星在轨寿命期内计算的每一个圈次内卫星由光照时间进入阴影时间的蓄电池组内电...