一种数据驱动的对地观测卫星电源系统应急保障能力评估方法技术方案

本发明专利技术提供了一种数据驱动的对地观测卫星电源系统应急保障能力评估方法，包括获取卫星遥测历史数据集，并对历史数据集进行预处理；根据预处理后的太阳电池阵历史数据集，对未来太阳电池阵输出功率进行预测；根据预处理后的蓄电池组相关参数历史数据集，计算卫星在轨执行各类型任务的能耗；根据所预测出的太阳电池阵输出功率及卫星各类型在轨任务能耗构建蓄电池组荷电状态仿真流程；将待评估的应急任务输入蓄电池组荷电状态仿真流程，得到蓄电池组荷电状态预测值；将蓄电池组荷电状态预测值与放电深度阈值进行比较，给出评估结果。本发明专利技术通过对卫星遥测历史数据集和任务指令信息进行分析，得到应急任务条件下电源系统的保障评估结果。

【技术实现步骤摘要】
一种数据驱动的对地观测卫星电源系统应急保障能力评估方法
本专利技术属于卫星电源系统在轨健康管理领域，尤其涉及一种数据驱动的对地观测卫星电源系统应急保障能力评估方法。
技术介绍
电源系统是卫星平台的重要支撑系统，通常采用的是基于太阳电池阵——蓄电池组的系统结构，其主要由太阳电池阵、蓄电池组和电源控制装置组成。电源系统是卫星在轨正常运行的主要能量来源：卫星处于光照区时，太阳电池阵吸收太阳辐射进行发电，一部分用于蓄电池组进行充电，另一部分则用于维持卫星在轨运行所需要的能量消耗；卫星运行至地影区时，太阳电池阵停止供电，切换由蓄电池组对卫星运行进行能量供应。对地观测卫星在轨运行时需要消耗大量能量，其能量消耗主要分为两大部分：一部分用于维持卫星常规消耗，如卫星的温控、星载计算设备、姿态等长期载荷的运行；另一部分用于执行卫星在轨任务，对地观测卫星在执行光学、雷达成像和电子侦察等任务以及相应的机动操作时，需要开启CCD相机等各类载荷并辅以侧摆、调姿等机动，这些载荷以及相应的机动都需要消耗大量的电能。为了保证卫星在轨运行时间能够达到预期要求，首要的目标是保证蓄电池组的在轨使用寿命能达到设定的要求。蓄电池组作为化学储能电源，会随着使用时间的增长以及循环次数的增加，储存荷电能力会逐渐降低。地面控制站为了尽可能减少蓄电池组荷电存储能力的损耗，往往通过限制卫星的在轨任务量来严格控制蓄电池组的充放电深度和次数。对于对地观测卫星而言，这类限制通常包括卫星单圈成像累计时间不得超过给定阈值、每天成像的圈数不得高于给定阈值、单圈机动次数不能超过给定次数等，这些限制条件对于确保卫星具有指定时长的在轨寿命无疑具有良好的保护支持作用。但在一些应急情况下（如发生重大自然灾难或战争）卫星电源系统是否能够保障完成一些机动性更强或任务时间更长的应急对地观测任务，这些应急任务的执行是否会使卫星蓄电池组放电深度超出限值，蓄电池组能否在后续周期恢复满充状态，电源系统后续需要多少个周期恢复能量平衡状态等，这些问题目前尚缺乏科学有效的技术手段来予以解决。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是怎样评估卫星电源系统是否能够保障完成一些机动性更强或任务时间更长的应急观测任务，提供了一种数据驱动的对地观测卫星电源系统应急保障能力评估方法。为解决该问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种数据驱动的对地观测卫星电源系统应急保障能力评估方法，包括以下步骤：步骤1：获取卫星遥测数据集中关于太阳电池阵及蓄电池组相关历史数据集，并对所获取的历史数据集进行预处理；步骤2：根据预处理后的太阳电池阵历史数据集，对未来某一时间段内太阳电池阵输出功率进行预测；步骤3：根据预处理后的蓄电池组相关参数历史数据集，计算卫星在轨执行各类型任务的能耗；步骤4：根据所预测出的太阳电池阵输出功率及卫星各类型在轨任务能耗构建蓄电池组荷电状态仿真流程；步骤5：将待评估的应急任务输入蓄电池组荷电状态仿真流程，得到蓄电池组荷电状态预测值；步骤6：将所述蓄电池组荷电状态预测值与放电深度阈值进行比较，如果荷电状态预测值大于放电深度阈值，则卫星电源系统能保障卫星完成应急任务，否则，卫星电源系统不能保障卫星完成应急任务。进一步地，步骤2中未来某一时间段内太阳电池阵输出功率进行预测的方法是：步骤2.1：从预处理后的太阳电池阵遥测数据集中，提取出条与时间相对应的太阳电池阵电流以及电压数据；步骤2.2：对该条数据按时间顺序进行标识并排序，，为赋予每条数据的时间标识，为日期和为时刻；步骤2.3：计算所述条数据的历史输出功率，为第条数据的太阳电池阵电压，为第条数据的太阳电池阵电流，为第条数据历史输出功率；步骤2.4：根据每条数据的历史输出功率，判断时间标识时卫星位置处于阴影区或光照区；当时，卫星处于光照区；当时，卫星处于阴影区，为卫星太阳电池阵的历史输出功率的均值，；步骤2.5：根据周期变化规律求出每个周期的长度，一个所述周期包括卫星处在阴影区的不供电阶段和处在光照区的供电阶段，每个周期长度的计算方法为：当时，令，组成序列，表示所有从光照区向阴影区转换节点的时间标识值依次提取出来组成的转换节点序列，则每个周期的长度；步骤2.6：计算平均周期的长度，将该平均周期长度作为预测周期长度；步骤2.7：预测未来时间段内任一时间点的输出功率，获取预测时间点在提取的n条历史数据中每个周期位置与之相对应的时间点的输出功率，其中，令集合，为集合内元素的中位数，则时间点的预测输出功率为。进一步地，步骤3中对卫星各类型在轨任务功率进行计算的方法是：步骤3.1：从预处理后的蓄电池组及其关联参数遥测数据集中，提取出与卫星母线电流以及母线电压历史遥测数据；步骤3.2：根据母线电流及母线电压的历史遥测数据拟合卫星未执行任务期间母线电流时间函数及母线电压时间函数；步骤3.3：求取卫星执行某一类型任务时有效载荷工作产生的能耗；步骤3.3.1：根据卫星上行指令，从卫星所执行的每种任务类型中分别挑选一个任务，获取这些任务的开始时间和结束时间以及任务类型，并据此分别获取这些任务和之间母线电压及母线电流的遥测数据，分别计算执行各个任务卫星的总能耗；步骤3.3.2：分别计算卫星平台在执行某一类型任务期间用于维持常规载荷的能耗。步骤3.3.3：则由有效载荷工作引起的能耗，则执行某一类型任务的功率为：。进一步地，构建蓄电池组荷电状态仿真流程的方法是：步骤4.1：初始化参数，设定仿真开始时刻为t0，仿真步长为，蓄电池处于满充状态，仿真总时长为T；步骤4.2：根据步骤2预测t时刻的太阳电池阵输出功率；步骤4.3：根据所述太阳电池阵输出功率，计算当前t时刻的太阳电池阵输出电流，表示太阳电池阵输出电压；步骤4.4：根据任务列表中当前t时刻卫星所执行的任务类型，以及步骤3中计算出的执行该任务类型的功率，得到当前t时刻的母线电流，为t时刻的卫星未执行任务期间的母线电压，为t时刻的卫星未执行任务期间的母线电流；步骤4.5：根据太阳电池阵输出电流和母线电流的大小，计算蓄电池组荷电状态值；当时，卫星处于光照区；1）如果，则当前仿真时序索引t时刻的蓄电池组荷电状态值:，为时刻的蓄电池组荷电状态，为仿真间隔时长，为蓄电池额定容量；为蓄电池充电电流；2）如果，则蓄电池组荷电状态值：，其中，蓄电池组放电电流；当时，卫星处于地影区，则蓄电池组荷电状态值：其中蓄电池组放电电流；步骤4.6：令，如果，仿真结束，反之，转步骤4.2。与现有技术相比，本专利技术所取得的有益效果是：本专利技术通过对卫星遥测历史数据集和任务指令信息进行分析，对太阳电池阵输出功率进行预测，得到未来任意给定时间段内太阳电池阵的发电能力；通过对卫星执行各类本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数据驱动的对地观测卫星电源系统应急保障能力评估方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤1：获取卫星遥测数据集中关于太阳电池阵及蓄电池组相关历史数据集，并对所获取的历史数据集进行预处理；/n步骤2：根据预处理后的太阳电池阵历史数据集，对未来某一时间段内太阳电池阵输出功率进行预测；/n步骤3：根据预处理后的蓄电池组相关参数历史数据集，计算卫星在轨执行各类型任务的功率；/n步骤4：根据所预测出的太阳电池阵输出功率及卫星各类型在轨任务能耗构建蓄电池组荷电状态仿真流程；/n步骤5：将待评估的应急任务输入蓄电池组荷电状态仿真流程，得到蓄电池组荷电状态预测值；/n步骤6：将所述蓄电池组荷电状态预测值与放电深度阈值进行比较，如果荷电状态预测值大于放电深度阈值，则卫星电源系统能保障卫星完成应急任务，否则，卫星电源系统不能保障卫星完成应急任务。/n

【技术特征摘要】
1.一种数据驱动的对地观测卫星电源系统应急保障能力评估方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：获取卫星遥测数据集中关于太阳电池阵及蓄电池组相关历史数据集，并对所获取的历史数据集进行预处理；
步骤2：根据预处理后的太阳电池阵历史数据集，对未来某一时间段内太阳电池阵输出功率进行预测；
步骤3：根据预处理后的蓄电池组相关参数历史数据集，计算卫星在轨执行各类型任务的功率；
步骤4：根据所预测出的太阳电池阵输出功率及卫星各类型在轨任务能耗构建蓄电池组荷电状态仿真流程；
步骤5：将待评估的应急任务输入蓄电池组荷电状态仿真流程，得到蓄电池组荷电状态预测值；
步骤6：将所述蓄电池组荷电状态预测值与放电深度阈值进行比较，如果荷电状态预测值大于放电深度阈值，则卫星电源系统能保障卫星完成应急任务，否则，卫星电源系统不能保障卫星完成应急任务。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2中未来某一时间段内太阳电池阵输出功率进行预测的方法是：
步骤2.1：从预处理后的太阳电池阵遥测数据集中，提取出条与时间相对应的太阳电池阵电流以及电压数据；
步骤2.2：对该条数据按时间顺序进行标识并排序，，为赋予每条数据的时间标识，为日期和为时刻；
步骤2.3：计算所述条数据的历史输出功率，，

为第条数据的太阳电池阵电压，为第条数据的太阳电池阵电流，为第条数据历史输出功率；
步骤2.4：根据每条数据的历史输出功率，判断时间标识时卫星位置处于阴影区或光照区；



当时，卫星处于光照区；当时，卫星处于阴影区，为卫星太阳电池阵的历史输出功率的均值，；
步骤2.5：根据周期变化规律求出每个周期的长度，一个所述周期包括卫星处在阴影区的不供电阶段和处在光照区的供电阶段，每个周期长度的计算方法为：
当时，令，组成序列，表示所有从光照区向阴影区转换节点的时间标识值依次提取出来组成的转换节点序列，则每个周期的长度

；
步骤2.6：计算平均周期的长度，将该平均周期长度作为预测周期长度；
步骤2.7：预测未来时间段内任一时间点的输出功率，获取预测时间点在提取的n条历史数据中每个周期位置与之相对应的时间点的输出功率，其中

，令集合，为集合内元素的中位数，则时间点的预测输出功率为

。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤3中对卫星各类型在轨任务能耗进行计算的方法是：
步骤3.1：从预处理后的蓄电池组及其关联参数遥测数据集中，提取出与母线电流以及电压历史遥测数据；
步骤3.2：根据母线电流及母线电压的历史...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘亚杰，王羽，李训嘉，张涛，雷洪涛，王锐，王嘉，惠建江，郑建峰，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43