一种通信卫星载荷舱设备温度半物理仿真测量方法及系统技术方案

一种通信卫星载荷舱设备温度半物理仿真测量方法及系统，包括：(1)构建物理域；(2)设置物理域特征温度测温点；(3)定义物理域与设备映射关系；(4)计算温度数值映射关系矩阵；(5)根据每个物理域特征温度测温点的飞行遥测温度数据以及所述温度数值映射关系矩阵进行数学运算，得到载荷舱设备在轨飞行温度。本发明专利技术基于载荷舱散热辐射器有限测温点的半物理仿真测温方法，具有原理简单、算法简便、运算量小、测量精度高、普适应用性强等优势，可替代载荷设备设置测温点直接物理遥测温度的传统测温方式，使载荷舱测温点使用数量减配70％以上(相当整星减少40％)，减重约6kg，且载荷舱测温工程设计、实施与测试等研制费效比降低约70％。

A Semiphysical Simulation Method and System for Measuring the Temperature of Load Cabin Equipment of Communication Satellite

A semi-physical simulation measurement method and system for equipment temperature of communication satellite payload cabin includes: (1) constructing physical domain; (2) setting characteristic temperature measurement points in physical domain; (3) defining mapping relationship between physical domain and equipment; (4) calculating temperature numerical mapping relationship matrix; (5) flight telemetry temperature data and temperature numerical mapping relationship matrix based on characteristic temperature measurement points in each physical domain. The on-orbit flight temperature of the payload cabin equipment is obtained by mathematical calculation. The semi-physical simulation temperature measuring method based on the limited temperature measuring point of the radiator in the load cabin has the advantages of simple principle, simple algorithm, small computation, high measurement accuracy and strong adaptability. It can replace the traditional temperature measuring method of setting temperature measuring point directly by physical telemetry in the load cabin, and can reduce the number of temperature measuring points in the load cabin by more than 70% (equivalent to 40% of the whole satellite). The weight loss is about 6 kg, and the cost-effectiveness ratio of the design, implementation and test of the temperature measurement engineering of the load chamber is reduced by about 70%.

【技术实现步骤摘要】
一种通信卫星载荷舱设备温度半物理仿真测量方法及系统
本专利技术涉及一种基于载荷舱散热辐射器热管网络有限测温点的半物理仿真测量设备温度的方法及系统，属于卫星载荷舱设备温度测量

技术介绍
航天器在空间运行时受到各种复杂外热流的影响，其温度变化是个复杂的温度场。航天器在轨运行时温度情况通过温度传感器进行反映，为此在航天器上设置温度传感器进行测温，目前国内航天器上用于飞行试验的温度传感器主要采用热敏电阻，通常在卫星结构本体和设备上设置测温点(粘贴热敏电阻)测量卫星温度场分布。通信系列卫星平台规模较大，载荷设备较多，用于载荷设备温度监视的测温点数量也较多。统计分析通信系列卫星测温点设置结果表明，载荷舱设备测温点使用数量约占整星测温点总量的30％～40％，且随平台载荷能力增强，该占比也愈大，乃至超过50％以上。可见，延续传统的设备粘贴热敏电阻直接物理遥测的测温方式，随载荷设备增多，用于载荷舱测温的传感器件、测量通道、采集电路、线缆等资源增多，必将导致平台测温设计资源需求增加、增重、工程实施与测试等研制成本上升。我国通信卫星载荷舱设备测温水平与国外卫星差距较大，与国外同等能力的SB4000平台相比，SB4000平台载荷舱设备测温点使用数量仅占整星测温点总量的5％，不足于国内卫星载荷舱设备测温点使用数量的十分之一。目前，针对减少卫星设备测温点使用数量，国内、外均没有公开的测温方法，因此无可借鉴。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于载荷舱散热辐射器有限测温点的半物理仿真测量设备温度方法及系统，解决通信卫星载荷舱设备测温点使用数量的问题。与传统测温点设置方法相比，采用本专利技术测温方法，可使载荷舱设备测温点使用数量减配70％以上。本专利技术的技术解决方案是：一种通信卫星载荷舱设备温度半物理仿真测量方法，步骤如下：(1)构建物理域；按等温化原则，对通信卫星载荷舱散热辐射器热管网络划分几何空间区域，形成多个近似等温的热网络子区域，即物理域；(2)设置物理域特征温度测温点；物理域构建后，在各物理域设置特征温度测温点，作为半物理仿真模型基准温度遥测物理量；(3)定义物理域与设备映射关系；确定各物理域内包含的对象，进而确定各个对象的温度与该物理域的基准温度之间的映射关系；(4)计算温度数值映射关系矩阵；通过地面热试验或热分析的数据，计算载荷舱设备与物理域内特征温度测温点之间的温度增量，形成物理域基准温度与设备温度对应的量化温度数值映射关系矩阵；(5)根据每个物理域特征温度测温点的飞行遥测温度数据以及所述温度数值映射关系矩阵进行数学运算，得到载荷舱设备在轨飞行温度。所述等温化原则是指温度梯度≤3℃。每个物理域都设置2个或以上的特征温度测温点且互为备份，特征温度测温点分布在最靠近物理域几何中心的热管上。所述基准温度为该物理域的特征温度测温点处的实测温度。所述对象是指分布布局在物理域内的星载设备。所述温度增量通过如下方式计算得到：ΔTj,i＝TEj,i-Tmb,j式中，ΔTj,i为物理域j中设备i的温度增量；TEj,i为物理域j中设备i的温度数值，通过地面热试验或热分析得到；Tmb,j为地面阶段物理域j的特征温度测温点的遥测数值。通过公式TFj,i＝Tfb,j+ΔTj,i计算载荷舱设备在轨飞行温度，其中，Tfb,j为在轨飞行阶段物理域j的特征温度测温点的遥测数值，TFj,i为物理域j中设备i的在轨飞行温度。一种基于所述通信卫星载荷舱设备温度半物理仿真测量方法实现的仿真测量系统，包括：物理域构建模块：按等温化原则，对通信卫星载荷舱散热辐射器热管网络划分几何空间区域，形成多个近似等温的热网络子区域，即物理域；物理域特征温度测温点设置模块：物理域构建后，在各物理域设置特征温度测温点，作为半物理仿真模型基准温度遥测物理量；物理域与设备映射关系定义模块：确定各物理域内包含的对象，进而确定各个对象的温度与该物理域的基准温度之间的映射关系；温度数值映射关系矩阵计算模块：通过地面热试验或热分析的数据，计算载荷舱设备与物理域内特征温度测温点之间的温度增量，形成物理域基准温度与设备温度对应的量化温度数值映射关系矩阵；在轨飞行温度确定模块：根据每个物理域特征温度测温点的飞行遥测温度数据以及所述温度数值映射关系矩阵进行数学运算，得到载荷舱设备在轨飞行温度。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术基于载荷舱散热辐射器有限测温点的半物理仿真测温方法，具有原理简单、算法简便、运算量小、测量精度高、普适应用性强等优势，可替代载荷设备设置测温点直接物理遥测温度的传统测温方式，使载荷舱测温点使用数量减配70％以上(相当整星减少40％)，减重约6kg，且载荷舱测温工程设计、实施与测试等研制费效比降低约70％。(2)本专利技术载荷舱设备温度半物理仿真测量精确度高，测量偏差≤3℃，占90.80％；测量偏差≤5℃，占100％。(3)载荷舱测温系统可靠度得到明显提高。附图说明图1为本专利技术通信卫星载荷舱设备温度半物理仿真测量流程图。具体实施方式本专利技术专利基于通信卫星载荷舱设备散热设计原理，提出一种通信卫星载荷舱设备半物理仿真测量方法，替代载荷设备设置测温点直接物理遥测温度的传统测温方式，达到大幅减配载荷舱测温点使用数量的目的。卫星在轨运行空间环境近似真空，故只存在传导与辐射两种换热方式。卫星结构板为卫星温度控制边界，星内设备(部件)安装在结构板上，将其发热量传导至结构板上，通过结构板实现向空间散热。分析卫星舱内传热关系可知，星内存在三种换热途径：设备与安装舱板的接触导热、设备与舱板的辐射换热、设备之间的辐射换热。以设备为控制体，其能量守恒集总参数数学模型如公式(1)。式中：Qheat为设备发热量/W；QBottom为设备安装底面与安装舱板间的接触导热量/W；ETop为设备顶面板与舱板及其它设备间的辐射热量/W；EFront为设备前面板与舱板及其它设备间的辐射热量/W；EBack为设备后面板与舱板及其它设备间的辐射热量/W；ELeft为设备左面板与舱板及其它设备间的辐射热量/W；ERight为设备右面板与舱板及其它设备间的辐射热量/W；TE为设备温度/℃；TSPM为设备的安装舱板温度/℃；R为设备与其安装舱板间的热阻/(℃/W)。上述三种热交换途径中，设备与其安装舱板之间的接触导热占主导地位，是设备散热的主要路径，安装舱板的温度水平决定了设备温度水平；由于设备表面积小且与其它换热对象之间温差较小，另外两种热辐射对设备温度影响相对很小。此外，在全寿命期内卫星舱内温度变化幅度相对较小，因此由辐射引起的换热量变化量亦很小，除设备安装底面外的其它5个面板的辐射热量可近似为常量。由公式(1)、(2)，星内设备温度的简化热数学模型可描述如下：式中，EC─设备各面板辐射总热量(即EC＝ETop+EFront+EBack+ELeft+ERight)，单位：W。由公式(3)可得到：TE＝TSPM+(Qheat-EC)·R(4)一般情况下，在设备安装方式与工作状态确定的前提下，热阻(R)、设备发热量(Qheat)两个物理量均为恒定值，EC可近似为常值，故公式(4)中(Qheat-EC)·R可按常量处理。综上所述，卫星载荷舱内设备温度与其安装舱板温度之间存在某种定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通信卫星载荷舱设备温度半物理仿真测量方法，其特征在于步骤如下：(1)构建物理域；按等温化原则，对通信卫星载荷舱散热辐射器热管网络划分几何空间区域，形成多个近似等温的热网络子区域，即物理域；(2)设置物理域特征温度测温点；物理域构建后，在各物理域设置特征温度测温点，作为半物理仿真模型基准温度遥测物理量；(3)定义物理域与设备映射关系；确定各物理域内包含的对象，进而确定各个对象的温度与该物理域的基准温度之间的映射关系；(4)计算温度数值映射关系矩阵；通过地面热试验或热分析的数据，计算载荷舱设备与物理域内特征温度测温点之间的温度增量，形成物理域基准温度与设备温度对应的量化温度数值映射关系矩阵；(5)根据每个物理域特征温度测温点的飞行遥测温度数据以及所述温度数值映射关系矩阵进行数学运算，得到载荷舱设备在轨飞行温度。

【技术特征摘要】
1.一种通信卫星载荷舱设备温度半物理仿真测量方法，其特征在于步骤如下：(1)构建物理域；按等温化原则，对通信卫星载荷舱散热辐射器热管网络划分几何空间区域，形成多个近似等温的热网络子区域，即物理域；(2)设置物理域特征温度测温点；物理域构建后，在各物理域设置特征温度测温点，作为半物理仿真模型基准温度遥测物理量；(3)定义物理域与设备映射关系；确定各物理域内包含的对象，进而确定各个对象的温度与该物理域的基准温度之间的映射关系；(4)计算温度数值映射关系矩阵；通过地面热试验或热分析的数据，计算载荷舱设备与物理域内特征温度测温点之间的温度增量，形成物理域基准温度与设备温度对应的量化温度数值映射关系矩阵；(5)根据每个物理域特征温度测温点的飞行遥测温度数据以及所述温度数值映射关系矩阵进行数学运算，得到载荷舱设备在轨飞行温度。2.根据权利要求1所述的一种通信卫星载荷舱设备温度半物理仿真测量方法，其特征在于：所述等温化原则是指温度梯度≤3℃。3.根据权利要求1所述的一种通信卫星载荷舱设备温度半物理仿真测量方法，其特征在于：每个物理域都设置2个或以上的特征温度测温点且互为备份，特征温度测温点分布在最靠近物理域几何中心的热管上。4.根据权利要求1所述的一种通信卫星载荷舱设备温度半物理仿真测量方法，其特征在于：所述基准温度为该物理域的特征温度测温点处的实测温度。5.根据权利要求1所述的一种通信卫星载荷舱设备温度半物理仿真测量方法，其特征在于：所述对象是指分布布局在物理域内的星载设备。6.根据权利要求1所述的一种通信卫星载荷舱设备温度半物理仿真测量方法，其特征在于：所述温度增量通过如下方式计算得到：ΔTj,i＝TEj,i-Tmb,j式中，ΔTj,i为物理域j中设备i的温度增量；TEj,i为物理域j中设备i的温度数值，通过地面热试验或热分析得到；Tmb,j为地面阶段物理域j的特征温度测温点的遥测数值。7.根据权利要求1所述的一种通信卫星载荷舱设备温度半物理仿真测量方...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘百麟，王敏，李学林，刘绍然，王益红，刘坤，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11