[发明专利]一种针对卫星规划任务的能源约束系统及方法

说明书

本申请涉及一种在整个卫星运行期内对规划任务进行能源约束检查的针对卫星规划任务的能源约束系统。本申请的系统利用能源数据库记录卫星整个运行周期的能源数据，可准确获取能源初始值，在能源约束检查不通过时根据任务优先级进行任务调整，并引入了真实的遥测数据对能源数据进行校正消除计算误差，可实现在卫星整个运行周期内准确地进行能源能约束检查。本申请还提供一种利用如本文所述的针对卫星规划任务的能源约束系统对卫星进行能源约束的方法。

技术领域

本申请涉及卫星任务仿真技术领域，具体涉及一种针对卫星规划任务的能源约束系统及方法，应用于需要任务规划的对地观测卫星，在整个卫星运行期内对规划任务进行能源约束检查。

背景技术

对地观测卫星携带可见光、电子侦察、合成孔径雷达等星载传感器，获取地面目标的图像和信号等信息，并将这些信息传回地面站分析使用。由于卫星成本高昂，卫星资源显得尤为宝贵，为充分利用星地资源，最大限度地发挥卫星效能，有必要对卫星进行任务规划以最大化利用卫星资源。在任务规划过程中，由于星地资源有限，任务规划需要考虑很多约束，例如卫星姿态约束、载荷工作能力约束以及卫星能源约束等。在过去，卫星的姿态机动能力和星上载荷工作能力限制了单轨的任务执行数量，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,在进行卫星任务规划时不考虑能源约束，或者只是简单考虑载荷工作期间的能源消耗。随着卫星姿态机动能力和载荷性能的提升，卫星大幅提升了其工作水平，但同时也增加了卫星的能源消耗，有必要对卫星能源预期使用情况进行估计，防止卫星在执行任务时出现能源不足的状况，导致卫星故障及任务无法顺利完成。

目前，针对卫星进行能源约束的研究较少，Trevor Bihl等人提出了卫星能源系统的建模方法和分析工具(Bihl T,Heidenreich J,Allen D,et al.SPECTTRA:A SpacePower System Modeling and Simulation Tool[C]//International Energy ConversionEngineering Conference.2013)。崔文聪等人提出了近地卫星电源系统能量的仿真分析方法(崔文聪,林宝军,吕从民.近地卫星电源系统能量的仿真分析[J].计算机仿真,2005,22(8):35-36)。李小飞等人提出倾斜轨道能源平衡优化方法(李小飞,乔明,陈琦.倾斜轨道卫星能量平衡优化分析方法[J].航天器工程,2014,23(4):52-56)，上述方法能够实现卫星的能源消耗计算用于指导卫星电源系统设计，但不是针对卫星规划任务进行能源约束检查。乔亦实等人在中国发明专利申请“一种遥感卫星能源平衡约束分析系统及方法”(申请号：201610609295.1)中披露可针对姿态机动的遥感卫星实施规划任务能源约束检查。张勇等人在中国发明专利申请“一种提高卫星能源使用效率的短期有效载荷工作规划方法”(申请号：2016108333288.X)中披露可针对卫星运行中的每一个轨道圈中的短期有效载荷进行能源约束。

但是，现有的能源平衡计算方法和能源约束系统能够对单次规划任务或单轨道规划任务进行能源约束计算，但是无法在卫星整个运行周期内对多次卫星规划任务进行准确的能源约束检查。这些系统实际运用中规划任务能源约束检查时面临三方面问题：一是每次进行能源约束计算时需要人为给定初始能源值，而规划任务时往往不知道任务开始时的能源情况，特别是规划未来的任务时，无法知道未来时刻的能源初始值；二是由于建模的简化及卫星功耗变化，计算结果与实际结果出现偏差，不进行校正会导致误差积累，从而影响最后的计算结果；三是若规划的任务不能满足能源约束条件，只给出不通过的结果，未提供规划任务调整建议，不利于后期对任务进行快速调整，导致整个任务规划周期过长。

为此，本领域迫切需要开发一种在整个卫星运行期内对规划任务进行能源约束检查的针对卫星规划任务的能源约束系统及方法。

发明内容