[发明专利]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

摘要

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，包括能源约束条件的模型提出、能源约束条件及影响卫星能源情况的输入条件的建模，以及蓄电池组充放电过程模型的建立，并给出了利用该模型进行短期有效载荷工作规划的方法的及应用实例。该数学模型能够根据卫星运行中的每一个轨道圈的实际运行参数作为输入条件进行计算，与以往只考虑最恶劣条件下的短期有效载荷工作模式和工作时间约束相比，提高了卫星有效载荷的使用效率，并且用户在进行任务规划时可以在满足能源约束条件的前提下，在一个轨道圈内任意组合载荷的工作模式，任意设定载荷的工作时机和工作时长，增加了卫星的易用性。

主权项

1.一种提高卫星能源使用效率的短期有效载荷工作规划方法，其特征在于步骤如下：1)建立能源约束条件，包括当圈能量平衡条件和当圈放电深度约束条件；当圈能量平衡条件：轨道周期结束时蓄电池组的充放电量Q(T0)≥Qe；当圈放电深度约束条件：在一个轨道圈内任一时刻的当前电量Q(t)≥Qe·DODmax；其中:Qe为卫星所用蓄电池组的额定电量；T0为从阴影区起始的轨道周期时间；DODmax为设计允许的最大放电深度；Q(T0)为一个轨道周期结束时的当前电量值；t为以开始进入阴影区为起点的时间，范围为[0,T0]；2)获取太阳光矢量与太阳电池阵正面法线的夹角β角，以及轨道周期内的阴影时间T₁；获取卫星在轨运行时的长期加电设备的功率P₁；根据卫星短期载荷工作的任务规划，获取在一个轨道圈内各个短期载荷的功耗、工作的时机和时间长度：(P₂₁,t₁)、(P₂₂,t₂)……，其中P₂₁为短期载荷1的负载功耗，t₁为在此轨道周期内短期载荷1工作的总时长，P₂₂为短期载荷2的负载功耗，t₂为在此轨道周期内短期载荷2工作的总时长……，获取侧摆的时机和时间长度，及侧摆角度α的大小；计算获得卫星在轨正常姿态飞行时光照时间的太阳电池阵输出功率p₀＝P_zcos(β)，其中P_z为寿命末期太阳光垂直照射太阳电池阵时的输出功率；卫星侧摆时，计算获得太阳电池阵输出功率p₀＝P_z[sinαsinθsinβ+cosαcosβ+(1‑cosα)cosθcosθcosβ]，其中α为卫星侧摆角度，3)以开始进入阴影时间作为卫星运行中一个轨道周期的开始，计算当前电量其中i(t)＝b(p₀‑P₁‑p₂)为当前时刻作用在蓄电池组上的电流；a为电流积分因子，充电时其中k₀为蓄电池组的再充电系数，放电时其中k₁为充电调节器效率，k₂为放电调节器效率，k₃为放电线路损耗；为功率转化系数，U_c为蓄电池组充电时的电压；p₀为太阳电池阵实际的输出功率，根据任务规划中侧摆的情况而变化，是由任务规划决定的关于时间t的函数；p₂为卫星短期载荷的功耗，根据任务规划中不同短期载荷的工作情况而变化，是由任务规划决定的关于时间t的函数；U_f表示当蓄电池组放电时蓄电池组电压，取为恒定值；4)根据任务规划及已知输入条件，进行一个轨道圈内的当前电量Q(t)的积分计算，将计算结果代入能源约束条件，若满足Q(T0)≥Qe且Q(t)≥Qe·DODmax，则认为任务规划有效；若不满足，则需要调整各个短期载荷工作的时机和时间长度，以及侧摆的时机和时间长度，及侧摆角度大小，重新计算，直到满足能源约束条件为止。