[发明专利]一种非对日定向太阳电池阵最佳偏置角确定方法

说明书

本发明一种非对日定向太阳电池阵最佳偏置角确定方法，主要步骤包括：获取计算输入条件，即轨道高度H和轨道入射角范围；计算当前偏置角和当前轨道入射角下的地影张角；以地影张角作为输入，计算当前偏置角和当前轨道入射角下的太阳电池阵输出能量；遍历所有偏置角及所有轨道入射角，对太阳电池阵输出能量进行评价，获得最佳偏置角。本发明方法用于选定卫星太阳电池阵的最佳偏置安装角度，以获得综合最优的太阳电池阵输出能量，遍历所有偏置角及所有轨道入射角下太阳电池阵输出能量，并对太阳电池阵输出能量计算结果进行评价，实现最佳偏置角的选取。

技术领域

本发明涉及一种非对日定向太阳电池阵最佳偏置角确定方法，属于航天器供配电设计技术领域。特别适用于未安装对日定向驱动机构的卫星太阳电池阵，用于选定太阳电池阵相对于卫星本体的最佳安装偏置角度，减小太阳电池阵的太阳入射角度，提高太阳电池阵的在轨输出功率。

背景技术

太阳电池阵—蓄电池组电源系统是目前国内外应用最为广泛的航天器电源系统。对于太阳电池阵—蓄电池组电源系统而言，在总体设计过程中一项重要的任务是进行整星的能量平衡设计。在光照期，太阳电池阵给卫星负载供电，同时多余的能量给蓄电池组充电。在阴影期间以及光照期间太阳电池阵供电不足时，蓄电池组放电从而支撑整星负载。因此，如何有效提高太阳电池阵输出能量，设计太阳电池阵使其能够在光照期满足负载用电需求并为蓄电池充电，满足卫星单圈能量平衡，在留有一定裕量的基础上同时又能进行合理设计，有效降低卫星建造成本，是电源系统能量平衡设计的最主要任务。

为了提高卫星太阳电池阵的利用率，降低成本，卫星太阳翼一般采用展开式构型，可采用双轴或单轴对日定向。对于有双轴驱动的太阳翼，太阳电池阵可以始终对日定向，太阳光线和太阳电池阵法线的夹角只需要考虑对日定向的精度；对于采用单轴驱动的太阳翼，不考虑对日指向精度的情况下光照角为太阳光与轨道面的夹角。但是这种对日定向的帆板控制机构较为复杂，受限于卫星重量、成本和姿态控制精度的要求，较多的卫星不使用太阳电池阵对日定向驱动机构，而采用固定式安装并预偏置的方法以改善光照条件。如何选择最佳的太阳翼偏置方式和偏置角度，使得太阳电池阵能较好的满足整星功率需求，是此类卫星电源分系统设计阶段的一项重要工作。

为了分析不同偏置角下太阳电池阵输出能量，主要还存在如下问题：1)对于轨道光照条件变化剧烈的卫星如何计算地影时间；2)如何在一轨道周期内实时计算太阳电池阵法线与太阳光的夹角；3)最佳偏置角的评价原则；4)如何通过简易可行的手段完成对不同偏置角的遍历，从而实现最佳偏置角的评价和选取。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种非对日定向太阳电池阵最佳偏置角确定方法，优化现有的太阳电池阵输出能量计算方法，高效地实现对太阳电池阵不同偏置安装角、不同轨道入射角的全遍历，解决了传统人工计算偏置角步长过大，计算不全面的问题；提出了具有普适性的地影时间计算方法和太阳电池阵法线与太阳光夹角的计算方法；提出太阳电池阵最佳偏置角的评价原则，实现了非对日定向太阳电池阵最佳偏置角的选取。

本发明的技术解决方案：

一种非对日定向太阳电池阵最佳偏置角确定方法，包括步骤如下：

1)根据卫星的轨道入射角的取值范围，按照一定采样步长采样获得n个轨道入射角β_i，其中，n为正整数，i为正整数且i∈[1,n]；

2)根据卫星轨道高度H、轨道入射角和输入的太阳电池阵安装偏置角，分别确定每个轨道入射角β_i对应的太阳电池阵输出能量，获得n个轨道入射角β_i分别对应太阳电池阵输出能量，将获得的n个太阳电池阵输出能量作为能量数据组；

3)根据输入的太阳电池阵安装偏置角的取值范围，按照一定采样步长采样获得m个太阳电池阵安装偏置角θ_j，重复步骤1)～2)，直至获得每个安装偏置角θ_j对应的能量数据组，获得m个能量数据组，其中，m为正整数，j为正整数，j∈[1,m]；