[发明专利]一种基于频域分析法的太阳辐射监测仪在轨自整定方法

说明书

本发明涉及辐射计量技术领域，具体涉及一种基于频域分析法的太阳辐射监测仪在轨自整定方法，该方法包括获取接收腔的温度阶跃响应曲线，并辨识接收腔的数学模型；建立数学模型与PI控制器的预设控制策略的开环传递函数；根据频域分析法和开环传递函数建立PI控制器参数与频域性能指标的关系，获得目标函数并计算PI控制器参数；该方法解决了太阳辐射监测仪快速测量算法无法在轨应用的问题，通过辨识接收腔的数学模型，根据预设频域性能指标整定PI控制器参数，当PI控制器的工作环境变化时，可实时矫正接收腔的数学模型，提高基于PI控制器的快速测量算法的空间环境适应性。

技术领域

本发明涉及辐射计量技术领域，具体涉及一种基于频域分析法的太阳辐射监测仪在轨自整定方法。

背景技术

太阳总辐照度(Total Solar Irradiance，TSI)是地球气候系统的能量之源。太阳辐射为地球系统提供了绝大部分的能量输入，几乎驱动了地球系统中每一个动态过程。太阳对地球气候的影响已经受到了广泛的关注。自1978年，欧、美等国开展了基于卫星平台的太阳总辐照度测量。自此，多种辐射计先后搭载不同的卫星平台，获得了近40年的太阳总辐照度观测数据。长期观测结果不仅获得了太阳常数，也揭示了太阳总辐照度11年内变化0.1％的趋势。

中国科学院长春光学精密机械与物理研究所自主研制了基于SIAR型绝对辐射计的太阳辐照度监测仪(SIM)，并于2008年开始，成功搭载FY-3A、FY-3B、FY-3C气象卫星，执行长期的太阳总辐照度测量任务。自2016年，开始研制FY-3E国际比对型太阳辐射监测仪(JTSIM/FY-3E)。JTSIM/FY-3E由中国的SIAR型绝对辐射计和瑞士DARA型绝对辐射计组成，通过两种类型、不同通道的辐射计之间的比较，可有效地感知辐射计的测量噪声，从而达到测量真正太阳变化、降低仪器噪声影响的科学目标。相比于DARA型绝对辐射计，SIAR型绝对辐射计测量周期较长。为缩短SIAR测量周期，提高比对效率，设计了基于PI控制器的快速测量算法。辐射观测过程中，当入射的辐射功率发生变化时，PI控制器根据腔温变化，调整接收腔上加载的电功率，将接受腔快速恢复平衡状态。

PI控制器的稳定度及调节时间取决于两个关键参量：比例因子P和积分因子I。接收腔的数学模型直接决定了PI控制器参数。但受真空度影响，空间环境和地面环境中接收腔的数学是不同的，并且随着真空度的变化，接受腔的数学模型也在变化。因此，基于PI控制器的快速测量算法无法直接在轨应用。需要定期在轨辨识数学模型，优化比例因子P和积分因子I。

鉴于此，克服以上现有技术中的缺陷，提供一种新的基于频域分析法的太阳辐射监测仪在轨自整定方法成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于频域分析法的太阳辐射监测仪在轨自整定方法。

本发明的目的可通过以下的技术措施来实现：

本发明提供了一种基于频域分析法的太阳辐射监测仪在轨自整定方法，该方法包括：

获取接收腔的温度阶跃响应曲线，并辨识接收腔的数学模型；

建立PI控制器的预设控制策略，根据所述预设控制策略获取PI控制器参数；

建立所述数学模型与所述预设控制策略的关系，获得开环传递函数；

根据频域分析法和所述开环传递函数建立PI控制器参数与频域性能指标的关系，获得目标函数；

根据预设频域性能指标和所述目标函数计算所述PI控制器参数。

优选地，所述数学模型为：

其中，G(s)为s的函数，θ为滞后时间，τ为时间常数，K为热连接的热导率，e为自然常数，s为拉普拉斯变化算子。

优选地，所述预设控制策略为：