一种低轨卫星双轴太阳翼控制与能源平衡耦合计算方法技术

本发明专利技术的一个实施例公开了一种低轨卫星双轴太阳翼控制与能源平衡耦合计算方法，包括：获取太阳翼理论输出功率Ps、β角，卫星平均功耗P

【技术实现步骤摘要】
一种低轨卫星双轴太阳翼控制与能源平衡耦合计算方法
本专利技术涉及卫星总体
更具体地，涉及一种低轨卫星双轴太阳翼控制方法、能源平衡耦合计算方法、计算机设备和计算机可读存储介质。
技术介绍
低轨通信卫星具有轨道高度低、地影区时间长、通信载荷功耗大、体积重量要求严格等特点。双轴太阳翼具有两个控制轴(A轴、B轴)，适用于大轨道倾角卫星的能源供电，其中太阳翼A轴绕轨道面法线方向，运动范围0～360°，太阳翼B轴与A轴输出轴垂直，运动范围-90°～+90°。卫星采用的双轴太阳翼驱动方案，大β角时太阳翼B轴在连续跟踪太阳时相对轨道面斜向竖起，在卫星所处的轨道条件下，对日姿态下产生幅值大、非平衡的重力梯度力矩。太阳翼连续运动时，最大重力梯度力矩幅值可达2.5mN·m级。由于卫星姿态受重力梯度力矩的影响较大，导致太阳翼B轴不能连续跟踪太阳矢量的方向，则太阳翼法向与太阳矢量夹角增大，太阳电池阵发电效率降低。同时由于卫星飞行方向(卫星+X轴、-X轴方向)有通信载荷，要求太阳翼运动包络需要避开通信载荷天线的视场范围，多种因素制约下给太阳翼控制策略和能源平衡计算造成了较大的困难。
技术实现思路
本专利技术梳理各种输入条件，结合卫星平台设计状态，统筹考虑，定量计算，进行整星能源平衡计算和太阳翼控制策略设计工作。准确的能源平衡结果为太阳电池阵和蓄电池的设计和选型提供依据。本专利技术的目的在于提供一种低轨卫星双轴太阳翼控制与能源平衡耦合计算方法，以解决现有技术存在的问题中的至少一个。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种低轨卫星双轴太阳翼控制方法，包括:S10、获取太阳翼理论输出功率Ps、β角，卫星平均功耗P平，卫星光照区总时间Tg、卫星轨道周期总时间T总和太阳翼遮挡面积S；其中，β角在[-90°，90°]范围内周期性变化，S12、通过对β角在[-90°，90°]范围内进行遍历，将所述Ps、β、P平、Tg和T总代入公式(2)，将所述Ps、β、P平、Tg、T总和S代入公式(3)，得到能源余量的最优解，并得到该情况下太阳翼的控制角度a；在β角为小于预设角度时，两侧太阳翼在卫星配置为上下对称控制，则有：PH＝Ps*Tg*cos(β-a)*-P平*T总(2)式中：PH—整星能源余量，单位：Wh；Ps—太阳翼理论输出功率，3000W；Tg—卫星光照区总时间，与β角相关；a—太阳翼控制角度，单位：°；P平—卫星平均功耗，单位：W；T总—卫星轨道周期总时间，单位：min；在β角为不小于预设角度时，两侧太阳翼被配置为调整至卫星上方，则有：PH＝Ps*Tg*|[-sin(a-β)-sin(a+β)]|r1*[S]r2*-P平*T总(3)式中：PH—整星能源余量，单位：Wh；Ps—太阳翼理论输出功率，单位：W；Tg—卫星光照区总时间min；a—太阳翼控制角度，单位：°；S—太阳翼遮挡面积，为与太阳翼控制角度a相关的多项式；γ1—太阳光入射角权重系数；γ2—太阳翼遮挡面积权重系数；P平—卫星平均功耗，单位：W；T总—卫星轨道周期总时间，单位：min；S13、将所述a结合太阳翼的坐标系定义，得到针对不同β角情况下太阳翼对应的控制策略。在一个具体实施例中，获取P平包括以下步骤：S100、获取卫星的全业务功耗P全、无发射业务功耗P无及占空比q，将其带入公式(1)，得到卫星的平均功耗：P平＝P全*q+P无*(1-q)(1)。在一个具体实施例中，所述预设角度为60°。第二方面，本专利技术还提供一种能源平衡耦合计算方法，包括：S20、利用第一方面得到的太阳翼的控制角度a进一步计算得到太阳翼面积系数S1、太阳翼面积系数S2、太阳光入射角α和太阳光入射角γ；S22、获取太阳翼理论输出功率Ps，卫星分段平均功耗，卫星光照区总时间Tg，光照区各个地区运行时间和地影区各个地区运行时间；其中，所述卫星分段平均功耗包括：光照区赤道地区整星功耗Pg_c，光照区高纬度地区整星功耗Pg_g，光照区其他地区整星功耗Pg_q，地影区赤道地区整星功耗Py_c和地影区其他地区整星功耗Py_q；所述光照区各个地区运行时间包括：光照区赤道地区运行时间Tg_c，光照区高纬度地区运行时间Tg_g和光照区其他地区运行时间Tg_q；所述地影区各个地区运行时间包括：地影区赤道地区运行时间Ty_c和地影区其他地区运行时间Ty_q；S24、将所述太阳光入射角α和γ、所述太阳翼面积系数S1和S2、所述太阳翼理论输出功率Ps、所述卫星分段平均功耗，所述卫星光照区总时间Tg，光照区各个地区运行时间和地影区各个地区运行时间代入到公式(4)，通过对β角在[0°，90°]范围内进行遍历计算，得到各个β角对应情况下的整星能源余量，调整太阳翼理论输出功率，使其满足太阳翼按照控制策略调整时能量平衡：PH＝Ps*S1*Tg*cos(α)+Ps*S2*Tg*cos(γ)-Pg_c*Tg_c-Pg_g*Tg_g-Pg_q*Tg_q-Py_c*Ty_c-Py_q*Ty_q；(4)式中，PH—整星能源余量，单位：Wh；Ps—太阳翼理论输出功率，单位：W；S1—+Y太阳翼面积系数；S2—-Y太阳翼面积系数；α—太阳光与+Y太阳翼法向夹角；γ—太阳光与-Y太阳翼法向夹角；Pg_c—光照区赤道地区整星功耗，单位：W；Pg_g—光照区高纬度地区整星功耗，单位：W；Pg_q—光照区其他地区整星功耗，单位：W；Py_c—地影区赤道地区整星功耗，单位：W；Py_q—地影区其他地区整星功耗，单位：W；Tg—卫星光照区总时间，单位：h；Tg_c—光照区赤道地区运行时间，单位：h；Tg_g—光照区高纬度地区运行时间，单位：h；Tg_q—光照区其他地区运行时间，单位：h；Ty_c—地影区赤道地区运行时间，单位：h；Ty_q—地影区其他地区运行时间，单位：h。在一个具体实施例中，获取所述卫星分段平均功耗的步骤包括：S200、根据通信载荷业务规划及覆盖性进行计算，得到卫星通信载荷的开关机策略；S202、根据所述开关机策略把一个轨道周期分为光照区和地影区，光照区又细分为赤道地区、高纬度地区和其他地区，地影区又细分为赤道地区和其他地区；S204、根据所述开关机策略得到赤道地区、高纬度地区和其他地区平均功耗；其中，其他地区需要按照占空比计算平均功耗。在一个具体实施例中，所述步骤S22中的Tg、Tg_q和Ty_q是根据β角不同动态变化的，所述Tg_c、Ty_c和Tg_g是固定值。第三方面，本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本申请第一方面提供的方法。第四方面，本专利技术还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如本申请第一方面提供的方法。第五方面，本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低轨卫星双轴太阳翼控制方法，其特征在于，包括:/nS10、获取太阳翼理论输出功率Ps、β角，卫星平均功耗P

【技术特征摘要】
1.一种低轨卫星双轴太阳翼控制方法，其特征在于，包括:
S10、获取太阳翼理论输出功率Ps、β角，卫星平均功耗P平，卫星光照区总时间Tg、卫星轨道周期总时间T总和太阳翼遮挡面积S；其中，β角在[-90°，90°]范围内周期性变化；
S12、通过对β角在[-90°，90°]范围内进行遍历，将所述Ps、β、P平、Tg和T总代入公式(2)，将所述Ps、β、P平、Tg、T总和S代入公式(3)，得到能源余量的最优解，并得到该情况下太阳翼的控制角度a；
在β角为小于预设角度时，两侧太阳翼在卫星配置为上下对称控制，则有：
PH＝Ps*Tg*cos(β-a)*-P平*T总(2)
式中：PH—整星能源余量，单位：Wh；Ps—太阳翼理论输出功率，3000W；Tg—卫星光照区总时间，与β角相关；a—太阳翼控制角度，单位：°；P平—卫星平均功耗，单位：W；T总—卫星轨道周期总时间，单位：min；
在β角为不小于预设角度时，两侧太阳翼被配置为调整至卫星上方，则有：
PH＝Ps*Tg*|[-sin(a-β)-sin(a+β)]|r1*[S]r2*-P平*T总(3)
式中：PH—整星能源余量，单位：Wh；Ps—太阳翼理论输出功率，单位：W；Tg—卫星光照区总时间min；a—太阳翼控制角度，单位：°；S—太阳翼遮挡面积，为与太阳翼控制角度a相关的多项式；γ1—太阳光入射角权重系数；γ2—太阳翼遮挡面积权重系数；P平—卫星平均功耗，单位：W；T总—卫星轨道周期总时间，单位：min；
S13、将所述a结合太阳翼的坐标系定义，得到针对不同β角情况下太阳翼对应的控制策略。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取P平包括以下步骤：
S100、获取卫星的全业务功耗P全、无发射业务功耗P无及占空比q，将其带入公式(1)，得到卫星的平均功耗：
P平＝P全*q+P无*(1-q)(1)。


3.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其特征在于，所述预设角度为60°。


4.一种能源平衡耦合计算方法，其特征在于，包括：
S20、利用权利要求1-3中任一项所述的方法得到的太阳翼的控制角度a进一步计算得到太阳翼面积系数S1、太阳翼面积系数S2、太阳光入射角α和太阳光入射角γ；
S22、获取太阳翼理论输出功率Ps，卫星分段平均功耗，卫星光照区总时间Tg，光照区各个地区运行时间和地影区各个地区运行时间；
其中，所述卫星分段平均功耗包括：光照区赤道地区整星功耗Pg_c，光照区高纬度地区整星功耗Pg_g，光照区其他地区整星功耗Pg_q，地影区赤道地区整星功耗Py_c和地影区其他地区整星功耗Py_q；
所述光照区各个地区运行时间包括：光照区赤道地区运行时间Tg_c，光照区高纬度地区运行时间Tg_g和光照区其他地区运行时间Tg_q；
所述地影区各个地区运行时间包括：地影区赤道地区运行时间Ty_c和地影区其他地区运...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵岩，杨彪，章雷，李博，贺泉，王鑫，王进己，李月朋，
申请(专利权)人：航天科工空间工程发展有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42