一种卫星太阳翼输出电流的高精度自主诊断方法与流程

本发明属于在轨卫星太阳翼检测技术领域，涉及一种卫星太阳翼输出电流的高精度自主诊断方法。

背景技术：

随着我国航天事业的快速发展，在轨运行卫星数量逐年增加，为了及时地发现在轨卫星故障，保障卫星安全、稳定地运行，有效提高保证卫星在轨安全运行的能力，降低卫星在轨运行风险，这就要实现对在轨卫星遥测数据精细化、自动化的异常检测。

卫星电源分系统在全寿命期间为整星提供电功率：在轨运行的光照区内，通过太阳电池阵，将太阳能转变为电能，对星上设备供电和对蓄电池组充电；在轨运行的阴影区内，蓄电池组对星上仪器设备供电。目前我国卫星在轨运行所需能量要靠太阳翼产生，太阳翼是卫星的关键部件，是卫星全部的功率来源，太阳翼输出电流异常将会影响卫星正常工作甚至危及整星安全。

遥测参数是在轨阶段了解卫星状态最主要的手段，太阳翼是卫星关键部件，因此研究在轨卫星太阳翼输出电流的高精度自主异常检测方法具有非常重要的意义。现有的在轨卫星太阳翼输出电流异常检测方法主要包括以下3种。

1、单参数阈值监测方法

单参数阈值监测方法实现简单，仅需要判读遥测参数的值是否在预期的范围内，如果在预期的范围内，判读结果为正常；如果不在预期的范围内，判读结果则为异常。鉴于在轨卫星太阳翼输出电流变化特性，单参数阈值监测方法无法分别针对光照区和阴影区进行数据判读，因此无法满足在轨卫星太阳翼输出电流异常检测的需求。

2、参数-状态关联监测方法

参数-状态关联监测方法要对遥测参数值与卫星状态进行联合判读，卫星状态是遥测参数判读的前提，在不同的状态下按照不同的阈值进行判读。卫星状态是根据计算结果或遥测参数来确定。鉴于在轨卫星太阳翼输出电流变化特性，参数-状态关联监测方法异常检测精度低。鉴于在轨卫星太阳翼输出电流变化特性，参数-状态关联监测方法需要定期调整判读阈值，工作复杂度高。

3、理论计算结果比对方法

太阳翼输出电流可根据太阳入射角、日地距离因子、太阳电池阵温度和太阳电池阵衰减因子等参数来计算其理论值。理论计算结果比对方法就是将实际在轨遥测数据与此理论值进行比对，进而实现判读。此方法需要根据多项参数来进行运算，其中的轨道数据要定时更新、计算方法要不断进行修正，因此其计算复杂度高、工作复杂度高。

鉴于在轨卫星太阳翼输出电流变化特性，理论计算结果比对方法精度低。鉴于在轨卫星太阳翼输出电流变化特性，理论计算结果比对方法对卫星姿态机动状态下的数据进行判读时复杂度更高。鉴于在轨卫星太阳翼输出电流变化特性，理论计算结果比对方法能够较好地解决，但需要定期对轨道数据进行更新，而且整体计算复杂度高、太阳翼输出电流的物理模型也需要不断修正。综上所述，现有的3种方法均难以高精度、自主地实现在轨卫星太阳翼输出电流的异常检测。

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，提出一种卫星太阳翼输出电流的高精度自主诊断方法，根据在轨卫星太阳翼输出电流变化的特性，能够实现高精度的异常检测，同时方法输入需求少、计算复杂度低、适应性强

本发明解决技术的方案是：

一种卫星太阳翼输出电流的高精度自主诊断方法，包括如下步骤：

步骤一、建立卫星本体坐标系oxyz；

步骤二、从在轨卫星的历史遥测数据中提取当前1个卫星轨道周期内+y方向的太阳翼输出电流数据序列tmn01和-y方向的太阳翼输出电流数据序列tmn02；

步骤三、计算在轨卫星当前1个卫星轨道周期内，每次输出电流时刻，+y方向的太阳翼与-y方向的太阳翼的输出电流比值，获得电流比值序列tmn03；

步骤四、在电流比值序列tmn03中选取最大值value_max和最小值value_min，并计算电流比值序列tmn03的正常变化范围[lower，upper]；

步骤五、接收在轨卫星当前时刻传来的遥测数据；从当前时刻传来的遥测数据中，提取当前时刻+y方向的太阳翼输出电流数据tmn01′和-y方向的太阳翼输出电流数据tmn02′；计算当前时刻+y方向的太阳翼输出电流数据tmn01′与-y方向的太阳翼输出电流数据tmn02′的电流比值tmn03′；

步骤六、将电流比值tmn03′与正常变化范围[lower，upper]进行比较判断，获得在轨卫星太阳翼输出电流异常的检测结果。

在上述的一种卫星太阳翼输出电流的高精度自主诊断方法，所述步骤一中，卫星本体坐标系oxyz的建立方法为：

原点o位于在轨卫星的质心；z方向指向地心；x方向指向在轨卫星前进方向；y方向由右手定则确定。

在上述的一种卫星太阳翼输出电流的高精度自主诊断方法，所述步骤三中，在轨卫星运动1个周期内，+y方向的太阳翼和-y方向的太阳翼多次同时接受光照并同时脱离光照；当接受光照时，+y方向的太阳翼和-y方向的太阳翼同时输出电流。

在上述的一种卫星太阳翼输出电流的高精度自主诊断方法，所述步骤四中，正常变化范围[lower，upper]的计算方法为：

lower＝value_min-(value_max-value_min)*σ

upper＝value_max+(value_max-value_min)*σ

式中，σ为容差，σ＝5％。

在上述的一种卫星太阳翼输出电流的高精度自主诊断方法，所述步骤五中，电流比值tmn03′的计算方法为：

在上述的一种卫星太阳翼输出电流的高精度自主诊断方法，所述步骤六中，对电流比值tmn03′与正常变化范围[lower，upper]进行判断的具体方法为：

当tmn03′位于[lower，upper]范围内，则判断+y太阳翼输出电流和-y太阳翼输出电流均正常；

当tmn03′大于upper，则判断-y太阳翼输出电流异常；

当tmn03′小于lower，则判断+y太阳翼输出电流异常。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明能够完全适应在轨卫星太阳翼输出电流变化特性，适应性强；

(2)本发明的异常检测精度高，对于示例卫星可达到约1a，而其它方法异常检测精度约为3～5a；

(3)本发明仅利用在轨卫星+y太阳翼输出电流、-y太阳翼输出电流2个遥测参数，不需要结合卫星轨道、物理模型等进行计算，复杂度低，实现简单；

(4)本发明仅需要在轨卫星+y太阳翼输出电流、-y太阳翼输出电流的遥测数据，不需要设计值、理论模型等，方法输入需求少。

附图说明

图1为本发明太阳翼输出电流自主诊断流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

本发明提出了一种利用太阳翼输出电流相关性数据比值来实现高精度自主诊断的方法，此方法异常检测精度高，适应性强，而且输入需求少，计算复杂度低，实现对太阳翼输出电流的异常检测。

考虑到+y太阳翼、-y太阳翼的转角相同，姿态机动带来的影响也相同，因此太阳光入射角相同，而太阳翼电池片的布片面积是固定的，因此+y太阳翼输出电流、-y太阳翼输出电流的比值应该是固定的。鉴于此分析结论，可以通过对+y太阳翼输出电流与-y太阳翼输出电流比值的检测进而实现对太阳翼输出电流的异常检测。如图1所示，高精度自主诊断方法，主要包括如下步骤：

步骤一、建立卫星本体坐标系oxyz；卫星本体坐标系oxyz的建立方法为：原点o位于在轨卫星的质心；z方向指向地心；x方向指向在轨卫星前进方向；y方向由右手定则确定。

步骤二、从在轨卫星的历史遥测数据中提取当前1个卫星轨道周期内+y方向的太阳翼输出电流数据序列tmn01和-y方向的太阳翼输出电流数据序列tmn02。

步骤三、计算在轨卫星当前1个卫星轨道周期内，每次输出电流时刻，+y方向的太阳翼与-y方向的太阳翼的输出电流比值，获得电流比值序列tmn03；在轨卫星运动1个周期内，+y方向的太阳翼和-y方向的太阳翼多次同时接受光照并同时脱离光照；当接受光照时，+y方向的太阳翼和-y方向的太阳翼同时输出电流。

步骤四、在电流比值序列tmn03中选取最大值value_max和最小值value_min，并计算电流比值序列tmn03的正常变化范围[lower，upper]；正常变化范围[lower，upper]的计算方法为：

lower＝value_min-(value_max-value_min)*σ

upper＝value_max+(value_max-value_min)*σ

式中，σ为容差，典型情况取容差σ取5％，容差的大小可根据实际情况进行调整。。

步骤五、接收在轨卫星当前时刻传来的遥测数据；从当前时刻传来的遥测数据中，提取当前时刻+y方向的太阳翼输出电流数据tmn01′和-y方向的太阳翼输出电流数据tmn02′；计算当前时刻+y方向的太阳翼输出电流数据tmn01′与-y方向的太阳翼输出电流数据tmn02′的电流比值tmn03′；电流比值tmn03′的计算方法为：

步骤六、将电流比值tmn03′与正常变化范围[lower，upper]进行比较判断，获得在轨卫星太阳翼输出电流异常的检测结果。

对电流比值tmn03′与正常变化范围[lower，upper]进行判断的具体方法为：

当tmn03′位于[lower，upper]范围内，则判断+y太阳翼输出电流和-y太阳翼输出电流均正常；

当tmn03′大于upper，则判断-y太阳翼输出电流异常；

当tmn03′小于lower，则判断+y太阳翼输出电流异常。

表1为示例卫星遥测参数变化情况统计，由表1可知，对于示例卫星，利用此前的参数-状态关联监测方法、理论计算结果比对方法来进行异常检测时，其精度分别不会超过5.41a(tmn01)、3.41a(tmn02)；而利用本发明提出的方法时异常检测精度可达到1.01a。

表1

本发明提供的自主诊断方法适应性强，对于在轨卫星太阳翼输出电流变化特性，能够完全适用；若卫星机动时不造成太阳翼的遮挡，则此方法也能够完全适用。

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。