[发明专利]一种基于DSM的卫星耦合设计流程结构化分析及反演方法

摘要

本发明涉及一种基于DSM的卫星耦合设计流程结构化分析及反演方法，属于航天器设计领域。该方法首先基于传统的流程表述方式，整理和归纳出设计遥感卫星或其他类型航天器的一般流程；然后映射生成DSM矩阵、统计DSM项以及逐项进行结构化定量分析，得到一个完善的参数关联明细表；再利用基于电子表格中间件技术，实现电子表格的数据库存储，根据数据库中的对于DSM关联子项的存储信息，反演出卫星的耦合设计流程。本发明基于航天器现有设计流程，将其映射生成DSM，存入数据库进行维护，以Excel电子表格为前端界面，为下一步的优化打好基础。

主权项

一种基于DSM的卫星耦合设计流程结构化分析及反演方法，其特征在于，所述分析方法包括以下步骤：第一步：基于传统的流程表述方式，整理和归纳出设计卫星的一般流程；所述卫星的设计分为总体S0和若干个分系统，所述若干个分系统包括载荷分系统S1、姿轨控分系统S2、推进分系统S3、数管分系统S4、测控分系统S5、热控分系统S6、电源分系统S7、结构分系统S8，每个分系统的活动可以分别进一步分解为多项子活动：总体S0包括：1)研制总要求下达、2)大系统初步接口协调、3)各分系统FMEA、4)各分系统可靠性预计、5)动态成像质量分析、6)图像定位精度仿真分析、7)图像辐射质量仿真分析、8)可靠性指标分配、9)整星可靠性预计、10)整星FMEA、11)安全性设计、12)有效载荷配置分析、13)平台选择分析、14)轨道初步方案设计、15)总体参数预算、16)空间环境条件分析、17)轨道设计、18)图像几何质量需求分析、19)图像辐射质量需求分析、20)星上固存容量需求分析、21)有效载荷工作模式设计、22)卫星构型、23)各设备布局、24)总装设计相关分析；载荷分系统S1包括：1)初始任务分析、2)成像方式选择、3)光谱获取方式选择、4)光学系统选型、5)探测器件选型、6)星上定标方式选择、7)制冷方式选择、8)初步总体方案、9)可靠性、安全性设计、10)电子学方案设计与分析、11)光学系统方案设计、12)光学系统MTF分析、13)结构方案设计、14)结构模型分析、15)热控方案设计与热设计、16)定标方案设计、17)扫描机构设计、18)二维指向机构设计、19)综合分析与性能预估、20)关键部组件装调检测方案设计、21)光学遥感器总装方案设计、22)光学遥感器整机测试方案设计、23)光学遥感器初步设计评审文件；姿轨控分系统S2包括：1)用户需求、2)系统部件配置及安装的初步方案论证、3)工作模式分析的初步方案论证、4)燃耗计算的初步方案论证、5)初步方案论证报告、6)方案研究、7)仿真验证、8)技术总结、9)关键技术攻关报告、10)工作模式、11)系统部件配置及安装的初样方案设计、12)动力学建模的初样方案设计、13)扰动影响分析的初样方案设计、14)姿态确定方案的初样方案设计、15)姿态控制方案的初样方案设计、16)部件诊断策略、17)系统重构策略、18)控制系统稳定性分析、19)数字仿真、20)燃耗计算的初样方案设计、21)任务需求分析、22)初样方案设计报告PDR、23)动力学建模的需求分析、24)扰动影响分析需求分析、25)姿态控制策略、26)姿态确定策略、27)系统部件配置及安装需求分析、28)工作模式分析的需求分析、29)需求分析报告、30)动力学建模的初步方案论证、31)扰动影响分析的初步方案论证、32)姿态控制方案的初步方案论证、33)姿态确定方案的初步方案论证；推进分系统S3包括：1)总体输入、2)卫星推力器工作模式输入、3)推进系统任务分析、4)推进系统安全性验证、5)推进系统可靠性验证、6)推进系统文件编写、7)推进系统文件评审、8)推进系统接口协调、9)推进系统方案选择、10)推进系统方案设计、11)推进系统安全性设计、12)推进系统可靠性设计、13)推进系统方案初步评估、14)建立系统数学模型、15)推进系统数学仿真、16)初步方案评审、17)推进系统热设计、18)推进系统密封设计、19)推进系统结构强度设计、20)推进系统接口设计；数管分系统S4包括：1)分系统用户需求、2)分系统用户需求分析、3)星上总线设计、4)遥控指令设计、5)遥测数据设计、6)测温、控温接口设计、7)时间系统设计、8)软件设计、9)硬件设计、10)抗辐照、抗SEU设计、11)可靠性预计、12)FMEA分析、13)方案设计报告编写、14)分系统用户需求分析评审；测控分系统S5包括：1)测控分系统需求分析、2)分系统初步方案设计评审文件编写、3)明确研制阶段、工作流程、4)星地测控需求、5)测控分系统对外接口协调、6)可靠性、安全性初步要求、7)测控分系统初步要求、8)分系统方案分析、9)射频信道参数设计、10)应答机测距测速指标及体制设计、11)应答机频率捕获跟踪范围设计、12)遥测体制设计、13)遥控体制设计、14)星地链路预算、15)与星务分系统接口设计、16)与电源分系统接口设计、17)与总体电路接口设计、18)与热控分系统接口设计、19)与天线分系统接口设计、20)与卫星总体接口设计、21)可靠性、安全性预计、22)可靠性验证试验、23)分系统测试计划；热控分系统S6包括：1)热控分系统任务分析、2)服务舱建模、3)载荷舱建模、4)材料热物性和辐射参数选取、5)仪器设备热耗和加热器设置、6)轨道设置、7)外热流计算、8)极端工况温度场分析、9)优化热设计参数满足指标要求、10)确定热设计状态、11)热控分系统可靠性、12)安全性分析与设计、13)热控分系统测试计划、14)热控分系统初步需求分析、15)热控分系统初步设计评审文件编写、16)卫星轨道环境分析、17)舱板散热能力分析、18)卫星各个舱段平均热耗统计、19)热控分系统外部接口协调、20)热控分系统初步设计方案、21)载荷舱初步热控设计方案、22)服务舱初步热控设计方案、23)载荷舱各小舱散热面计算、24)载荷舱各小舱散热面草图、25)载荷舱特殊单机控温需求分析、26)载荷舱特殊单机控温回路初步设计、27)载荷舱热管选型、28)载荷舱热管布局、29)服务舱热管选型、30)服务舱热管布局、31)服务舱各小舱散热面计算、32)服务舱各小舱散热面草图、33)服务舱特殊单机控温需求分析、34)服务舱特殊单机控温回路初步设计、35)推进系统热控设计、36)卫星舱板外热控设计、37)卫星设备状态设计、38)卫星舱板内热控设计、39)热控分系统初步设计结果；电源分系统S7包括：1)电源系统初始任务分析、2)确定供配电系统拓扑结构和基本配置、3)太阳电池阵和蓄电池组初步需求、4)功率分配需求确认、5)电源分系统初步技术要求、6)太阳电池阵初步设计、7)蓄电池组初步设计、8)电源控制装置(PCU)初步设计、9)电源下位机初步设计、10)配电器设计、11)配电器下位机初步设计、12)电缆网设计、13)可靠性、安全性分析与设计、14)电源分系统能量平衡分析、15)电源系统测试计划、16)电源分系统初步设计评审文件编写；结构分系统S8包括：1)结构分系统研制技术要求、2)总体、总装、热控接口、3)天线、太阳翼有限元模型、4)任务明确和协调、5)初步技术要求评审(PTRR)、6)结构分系统总体设计、7)太阳翼接口设计、8)天线接口设计、9)星箭接口设计、10)贮箱接口设计、11)主承力结构设计、12)结构之间的连接设计、13)起吊点设计、14)结构分系统关键部件方案设计、15)结构分系统关键部件力学分析验证、16)结构分系统关键部件力学验证试验设计、17)建立卫星主结构初步三维模型、18)建立卫星主结构初步有限元模型、19)整星初步静力分析、20)整星初步模态分析、21)卫星主结构初步力学分析报告、22)结构分系统初步设计评估、23)整星力学试验验证方案、24)整星力学试验设计、25)建立卫星主结构详细三维模型、26)结构分系统部装设计、27)结构分系统图样设计、28)整星有限元详细建模、29)整星静力分析、30)整星模态分析、31)整星频响分析、32)卫星主结构详细力学分析报告、33)结构分系统初步设计方案评审(PDR)；以上的总体S0和分系统S1‑S8以及相应的分系统的各项子活动共同构成一个串并行混合式流程。第二步：映射生成DSM；将所述设计卫星的所述总体S0和分系统S1‑S8的各项子活动进行整理或聚类，作为若干个独立的元素沿着矩阵对角线排列，形成一个N×N的方阵，称之为N维DSM矩阵；然后在此矩阵中对角线上方或下方的单元格中进行标注，标注的原则是：设单元格(i，j)表示第i行、第j列单元格，则当且仅当对角线上从左上角开始数的第i个元素到第j个元素有信息传递时，标为1，可以记作D(i，j)＝1；反之D(j，i)＝1表示对角线上第j个元素到第i个元素有信息传递；如果两个元素之间没有信息依赖关系，则记为0或者留作空白；如D(m，n)＝0，表示没有信息从第m个元素流向第n个元素；第三步：自动统计DSM项；对于所述N维DSM矩阵，从第1行或第1列开始逐行或逐列进行遍历，将所有非对角线上单元格中非0/非空的关联子项穷举出来，并按顺序进行编号，再逐项补充上两个关联元素的详细信息，形成一个表格，所述详细信息包括元素的名称、项目编号；第四步：逐项进行结构化定量分析；将上述表格中的每项关联，进行深入剖析，按照预先定义的结构化分析模版补充信息，进一步穷举出所有的关联子项，从而实现卫星分系统设计子活动之间的信息精确建模和传递；第五步：运用ExcelSever电子表格中间件技术和SQL关系数据库技术，存储上述关联子项的明细信息；第六步：根据数据库中的对于DSM关联子项的存储信息，反演出卫星的耦合设计流程，所述耦合设计流程的具体步骤包括：1)根据当前卫星各个分系统的代号进行查询得到所有子活动集A，将其按照活动在分系统内部的流水号和项目编号进行升序排列；2)根据数据关联进行查询与当前分系统所有子活动相关的、来自于其他的分系统的外部活动项集B，同样将其按照所属分系统升序排列；3)统计集合B中每个外部设计活动所属的分系统集C；4)按照从左至右、从上到下的顺序依次生成A集、C集中的每个子活动图框；5)对于分系统内部的关联，起点和终点均为A集内活动元素，可以直接连接线，从起点活动图框的右侧锚点出发，连接到终点活动图框的左侧锚点；遍历本分系统内部所有的关联子项，直至将活动集A内部元素之间的关联线全部生成；6)对于跨分系统的关联，一个为外部分系统，另一个为当前分系统的具体设计活动，连线的起点仍为提供信息输出的设计活动图框的右侧锚点，终点为接受信息输入的设计活动的左侧锚点。