[发明专利]一种遥感卫星能源平衡约束分析系统及方法

说明书

本发明涉及一种遥感卫星能源平衡约束分析系统，属于卫星任务仿真技术领域，针对具有快速姿态机动需求的高分辨率遥感卫星的复杂任务规划、复杂构形，动态分析卫星的能源平衡。本发明的系统系统根据计算得到卫星的每个载荷任务结束时刻的卫星放电深度，并得到每圈阳照区结束时卫星能源平衡所需圈数。并根据放电深度安全阈值对卫星任务能否满足能源约束进行判断，如能满足卫星能源约束则输出能源分析结果，否则将计算结果返回上一级的任务规划系统，根据每圈能源平衡情况以及每个任务结束时的放电深度，重新调整并输入新的任务规划进行计算。

技术领域

本发明涉及一种遥感卫星能源平衡约束分析系统，属于卫星任务仿真技术领域，针对具有快速姿态机动需求的高分辨率遥感卫星的复杂任务规划、复杂构形，动态分析卫星的能源平衡。

背景技术

我国传统的遥感卫星，姿态机动能力较差，卫星单轨成像任务数量少，卫星的姿态机动能力限制了单轨的任务执行数量，因此卫星的能源对任务的约束不成为卫星任务实现能力的主要限制。传统卫星的能源约束采用粗放的静态约束方式，根据卫星最大侧摆角(背向太阳方向)、功耗最大载荷任务下的能源消耗，以卫星单圈能源平衡的原则约束卫星单轨的侧摆次数及成像侦照的时间。

随着我国遥感卫星姿态机动能力的提高，卫星姿态机动的速度及范围都大幅提升，可以实现沿滚动+俯仰任意角度快速姿态机动，卫星的星上任务执行能力大幅提升。同时后续遥感卫星为进一步提升卫星姿态机动能力需减小卫星太阳翼的规模，尽管可以采取提高卫星电池效率等技术手段，卫星的发电能力仍将缩减，卫星的能源约束已成为任务执行能力的最大瓶颈。为最大程度的提升卫星任务能力，优化卫星能源约束使用模式是目前提升卫星使用效能需求下亟待解决的问题。

目前，我国现有卫星尚未开发针对频繁机动成像任务的能源约束计算分析模型。已有的遥感卫星数字化建模仿真成果主要用于特定卫星状态的静态参数建模仿真，在建模仿真应用上以卫星研制设计验证或可视化展示为主，无法根据成像任务动态计算能源约束，从而提升卫星的在轨任务执行能力。张晓峰、陈琦等提出的发明专利“探月飞行器动态功率平衡分析系统”(ZL201310108746.X)可以针对探月任务对卫星不同阶段的能源消耗进行分析，但无法根据卫星姿态机动任务对卫星能源情况进行动态分析，同时该系统不考虑卫星复杂构形对太阳翼遮挡对星上能源的影响，无法满足遥感卫星在复杂任务规划、复杂构形条件下，动态、精确分析卫星的能源平衡的任务要求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种遥感卫星能源平衡约束分析系统及方法，该分析系统改变了目前通过限制卫星姿态机动次数、载荷任务时间的静态卫星能源平衡约束使用模式，形成动态计算卫星能源状态的数字化系统，根据卫星实际的载荷任务规划，动态计算卫星能源状态，该分析系统可以在保证卫星放电深度安全阈值的前提下，按卫星最大能力发挥卫星在轨任务能力。

本发明的技术解决方案是：

一种遥感卫星能源平衡约束分析系统，所述的遥感卫星上嵌有姿态机动模型、星表构形模型、太阳翼布片模型、卫星充放电模型；

该分析系统包括输入模块、太阳入射角计算模块、太阳翼遮挡模块、太阳电池输出电流计算模块和放电深度计算模块；

其中，所述的输入模块用于将遥感卫星的载荷任务序列和仿真时间段内遥感卫星的轨道进行输入；

所述的太阳入射角计算模块通过读取仿真时间段内的遥感卫星的轨道，并读取遥感卫星载荷任务序列得到遥感卫星的任务姿态，根据遥感卫星上嵌有的姿态机动模型计算遥感卫星姿态机动过程中的姿态，并得到仿真时间段内的遥感卫星的姿态序列，最后根据仿真时间段内遥感卫星姿态序列和仿真时间段内遥感卫星的轨道计算仿真时间段内遥感卫星太阳翼电池法向相对于太阳光矢量的夹角即太阳入射角；

所述的太阳翼遮挡模块根据太阳光矢量和星表构形模型，计算星表构形对太阳翼的遮挡区域，通过将遮挡区域映射到卫星太阳翼布片模型上得到太阳翼电池串的遮挡串数；