一种空间大功率激光器寿命在轨评估方法与流程

本发明属于大功率空间激光器的在轨寿命进行评估，具体涉及一种空间大功率激光器寿命在轨评估方法。

背景技术：

1、空间太阳能电站是指在地球空间进行大规模太阳能收集、转化为电力，并通过微波或激光等方式进行无线电力传输的巨型空间设施。空间太阳能电站技术的发展对于推动我国能源产业变革、环境与经济可持续发展，带动无线电力传输产业发展，以及牵引能源、信息与航天技术的跨越式发展等具有重大现实意义，是促进我国经济可持续发展及保障国家安全的重要战略选择。而激光无线能量传输系统是其中关键组成部分。激光无线能量传输系统包括星载发射端以及地面接收端，主要完成能量传输卫星与地面能量接收系统之间的无线能量传输功能。

2、空间太阳能电站卫星寿命一般10年以上，对激光无线能量传输系统的发射端的寿命及可靠性提出了更高的要求，激光器的寿命是制约激光传能系统寿命的关键要素，通过对激光传能系统中大功率空间激光器的在轨寿命进行评估，可为激光器的在轨更换、在轨维修提供可靠的数据保障。

3、因此，设计空间大功率激光器寿命在轨评估方法，进行激光传能系统中空间激光器的在轨寿命预测，通过激光传能载荷中参数获得，建立激光器的寿命退化模型，通过在轨计算，计算出空间激光器的剩余寿命及可靠性，提出在轨维修策略，为空间传能系统的在轨可靠、长期运行提供保障，成为十分重要的研究课题。

技术实现思路

1、为解决背景技术中存在的问题，本发明提供一种空间大功率激光器寿命在轨评估方法，其包括如下的步骤：

2、s1、收集n个试验样本分别在时间t1，t2，…，tn的性能退化数据，对于第i个试验样本，性能退化数据为(tj，xij)(i＝1，2，…，n；j＝1，2，…，m)；

3、s2、根据记录的性能退化数据(tj，xij)，利用最小二乘法或者非线性最小二乘法估计各个样本性能退化轨迹模型的参数得到第i个试验样本的退化轨迹方程：

4、

5、s3、设失效阈值为d，根据样本的退化轨迹模型，外推求出各个样本的伪失效寿命：

6、

7、其中f-1为函数f的逆函数；如果得不到f-1解析解，则利用迭代法求解；

8、s4、利用图形估计法或其它分布假设检验方法，对伪失效寿命数据进行分布假设检验，选择性能退化失效寿命服从正态分布n(μ,σ2)，正态分布的密度函数(失效密度)为：

9、

10、s5、对均值和方差参数进行估计：

11、均值估计应采用极大似然估计，标准差估计采用最小方差无偏估计，得：

12、

13、式中，t为样本均值，s为样本标准差；

14、s6、将得到的伪失效寿命数据视为完全寿命数据，根据寿命分布的可靠性评估方法进行可靠性评估。

15、优选的方案中，步骤s1中，n个试验样本分别为激光器驱动电流、激光器温度、光功率、光斑分布。

16、优选的方案中，激光器驱动电流、激光器温度、光功率、光斑分布在不同时间tj的数据通过空间激光器寿命评估系统获得，所述空间激光器寿命评估系统包括激光电源、激光器、光纤、光学天线、分光镜a、分光镜b、温度传感器、电流传感器、数据处理单元、ccd探测器、功率计，其中，激光电源、激光器、光纤、光学天线属于激光传能系统，霍尔电流传感器进行激光器驱动电流的检测，温度传感器进行激光器温度变化的检测，分光镜a、分光镜b导出一定比例的光送入光功率计和ccd探测器进行光功率和光斑的检测；采集的电流、温度、光功率、光斑分布数据送入数据处理单元进行a/d转换、数据处理。

17、本发明所达到的有益效果为：

18、本发明提出了采用激光器驱动电流、温度、光功率及光斑分布作为表征影响激光器的寿命指标，设计了空间激光传能寿命评估系统的架构。根据在轨测量数据变化，采用最小方差无偏估计进行退化模型的适时修正。采用了性能退化轨迹法进行激光器在轨寿命预测，提高在轨寿命预测的可靠性。利用产品可靠性与性能退化量分布的关系，对激光器产品进行了可靠性评估。

技术特征：

1.一种空间大功率激光器寿命在轨评估方法，其特征在于，其包括如下的步骤：

2.根据权利要求1所述的一种空间大功率激光器寿命在轨评估方法，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的一种空间大功率激光器寿命在轨评估方法，其特征在于：

技术总结
本发明属于大功率空间激光器的在轨寿命进行评估技术领域，提供一种空间大功率激光器寿命在轨评估方法，采用激光器驱动电流、温度、光功率及光斑分布作为表征影响激光器的寿命指标，设计了空间激光传能寿命评估系统的架构。根据在轨测量数据变化，采用最小方差无偏估计进行退化模型的适时修正。采用了性能退化轨迹法进行激光器在轨寿命预测，提高在轨寿命预测的可靠性。利用产品可靠性与性能退化量分布的关系，对激光器产品进行了可靠性评估，能够为激光器的在轨维修、在轨更换提供有益的帮助，有效满足激光传能系统的应用需求，具有广泛的应用前景。

技术研发人员：徐红艳,石德乐,丰大强,黄秀军,王凯明,杜丙川,孟昊博,周洪文,侯欣宾,刘自立,张明
受保护的技术使用者：山东航天电子技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15