GEO衛(wèi)星太陽電池陣輸出電流擬合算法研究

左子瑾 金迪 田華東

(北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部，北京 100094)

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GEO衛(wèi)星太陽電池陣輸出電流擬合算法研究

左子瑾 金迪 田華東

(北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部，北京 100094)

通過對(duì)在軌GEO衛(wèi)星大量遙測(cè)數(shù)據(jù)的分析，綜合分析太陽電池陣輸出電流與太陽入射光強(qiáng)等主要影響因素之間的量化關(guān)系，得到的太陽電池陣輸出電流擬合公式適用于太陽電池陣的異常檢測(cè)，且其相對(duì)誤差較小(約為3%)。該擬合方法可用于GEO衛(wèi)星的在軌管理工作，并為太陽電池陣異常檢測(cè)及預(yù)警提供參考。

GEO衛(wèi)星；太陽電池陣輸出電流；擬合算法

1 引言

太陽電池陣是利用光電轉(zhuǎn)換器件組合成的發(fā)電系統(tǒng)。其電性能設(shè)計(jì)的主要目的是滿足航天器的功率需求。太陽電池陣在光照期將太陽光能轉(zhuǎn)換成電能，向航天器供電并給蓄電池組充電。其性能的提高，對(duì)延長(zhǎng)航天器工作壽命起著重要的作用[1]。太陽電池陣是裸露在外的設(shè)備之一，面臨著惡劣的外太空環(huán)境，例如太陽風(fēng)暴、太陽黑子、地磁爆、空間碎片等等，會(huì)對(duì)太陽電池陣造成不良影響[2]。同時(shí)太陽電池陣性能隨在軌工作時(shí)間的增加而逐漸衰減，GEO衛(wèi)星太陽電池陣可靠性隨在軌時(shí)間的延長(zhǎng)而降低[3]，這意味著在入射太陽光強(qiáng)一定的前提下，壽命末期太陽電池陣輸出功率要低于初期。綜上所述，在極端情況下，太陽電池陣受外界和自身的影響可能導(dǎo)致衛(wèi)星壽命末期整星供電功率不足。因此為保障衛(wèi)星在軌正常工作、必要時(shí)進(jìn)行負(fù)載功率調(diào)整，需要開展對(duì)太陽電池陣的實(shí)時(shí)監(jiān)視和異常檢測(cè)工作。

目前太陽電池陣異常檢測(cè)手段較為匱乏，需要深入研究在軌異常檢測(cè)方法，從而提高在軌管理水平。開展太陽電池陣的在軌管理，避免出現(xiàn)災(zāi)難性故障，延緩太陽電池陣的性能衰減，最終實(shí)現(xiàn)高性能、高可靠、長(zhǎng)壽命的任務(wù)目標(biāo)。

本文研究了GEO衛(wèi)星太陽電池陣輸出電流的變化規(guī)律，研究結(jié)果是基于衛(wèi)星在軌真實(shí)的遙測(cè)數(shù)據(jù)得出的，與物理仿真、測(cè)試等數(shù)據(jù)相比，衛(wèi)星在軌遙測(cè)數(shù)據(jù)能更真實(shí)地反映衛(wèi)星在軌性能的變化情況。本文通過分析衛(wèi)星的在軌遙測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合太陽電池陣輸出電流的影響因素，利用數(shù)據(jù)擬合的方法，得到了GEO衛(wèi)星太陽電池陣輸出電流的擬合公式。由該公式得到的太陽電池陣輸出電流理論值，根據(jù)衛(wèi)星實(shí)際情況經(jīng)過外擴(kuò)一定范圍后適用于在軌監(jiān)視工作、優(yōu)化了原有的報(bào)警門限。作為監(jiān)測(cè)知識(shí)服務(wù)于在軌衛(wèi)星監(jiān)測(cè)任務(wù)中，可用于太陽電池陣異常檢測(cè)及預(yù)警。

2 影響因子

影響太陽電池陣輸出功率的因素有很多，其中主要因素有太陽光強(qiáng)度、太陽入射角、衛(wèi)星姿態(tài)及太陽翼偏置角度、空間環(huán)境、太陽電池的工作溫度、天線遮擋等。

1)太陽光強(qiáng)度

太陽常數(shù)是指平均日地距離處的太陽輻射密度，一般取1 353 W/m2。實(shí)際上，地球與太陽的距離在一年中不斷變化，在遠(yuǎn)日點(diǎn)(夏至日)到達(dá)地球的太陽光強(qiáng)度比平均值小3.27%，在近日點(diǎn)(冬至日)到達(dá)地球的太陽光強(qiáng)度比平均值大3.42%。隨著日地距離變化，太陽到達(dá)地球附近的光強(qiáng)呈年周期變化。本文用到的太陽光強(qiáng)度即是這種隨日地距離變化的、呈年周期變化規(guī)律的數(shù)據(jù)。

2)太陽入射角

太陽入射角是入射陽光方向與太陽電池板法線的夾角[4]，該角度受太陽角、衛(wèi)星姿態(tài)、太陽翼偏置角度和太陽翼對(duì)日定向誤差角度的影響。其中，太陽角定義為軌道法線方向與太陽方向的夾角。對(duì)于GEO衛(wèi)星來說，太陽入射角在±23.5°之間變化。由于GEO衛(wèi)星在軌姿態(tài)控制十分穩(wěn)定，所以其太陽入射角是太陽角、太陽翼偏置角度、太陽翼對(duì)日定向誤差角度的三者矢量和。若衛(wèi)星太陽翼沒有偏置，那么其太陽入射角即為太陽角與太陽翼對(duì)日定向誤差角度的矢量和。

3)空間環(huán)境

空間環(huán)境對(duì)太陽電池輸出功率的影響因素包括化學(xué)損傷、高能帶電粒子輻射損傷、離子環(huán)境與高壓陣的相互作用引起的損傷、機(jī)械損傷等。其中，化學(xué)損傷主要來自高層大氣中的氧原子和太陽電磁輻射中的紫外波段：氧原子是一種強(qiáng)氧化劑，具有很強(qiáng)的腐蝕作用；太陽電池的玻璃蓋片在紫外線的長(zhǎng)期照射下，會(huì)變暗，降低透光率。高能帶電粒子輻射損傷主要有兩種方式：電離損傷和位移損傷，對(duì)太陽電池而言，以位移損傷為主，帶電粒子可使硅材料或砷化鎵材料中少數(shù)載流子的壽命不斷縮短，隨著帶電粒子累積通量的增加，使太陽電池陣輸出功率下降[5]。

4)太陽電池陣的工作溫度

相關(guān)研究結(jié)果表明，太陽電池的輸出功率隨溫度升高而下降[6]。在溫度變化幅度不大的情況下，溫度并不會(huì)對(duì)太陽電池陣輸出功率造成明顯影響，以單晶硅電池為例，太陽電池的工作溫度每升高1 ℃，硅電池輸出功率就下降0.5%[7]。而地球同步軌道衛(wèi)星在光照區(qū)太陽電池陣溫度在軌均較為穩(wěn)定，溫度對(duì)太陽電池陣輸出的影響甚微。

5)星體或天線遮擋

太陽電池陣在軌飛行過程中，星體結(jié)構(gòu)會(huì)遮擋住部分照射在太陽電池陣上的太陽光，使其損失部分輸出功率。星體遮擋面積的大小與衛(wèi)星軌道、結(jié)構(gòu)、太陽入射角相關(guān)[8]。對(duì)于裝有大口徑天線的衛(wèi)星，在一年中的某個(gè)時(shí)段可能會(huì)存在天線對(duì)太陽翼的遮擋現(xiàn)象。例如，若大天線安裝在衛(wèi)星+X面上，則發(fā)生遮擋的時(shí)段為夏至和冬至前后各約一個(gè)月，太陽電池板被遮擋的最大幅度隨太陽赤緯呈線性變化，發(fā)生時(shí)間為衛(wèi)星當(dāng)?shù)貢r(shí)早上6點(diǎn)左右。天線遮擋對(duì)太陽電池陣輸出的影響發(fā)生在特定的較短時(shí)間內(nèi)，且對(duì)太陽電池陣輸出電流的影響因不同衛(wèi)星的不同天線大小而異。

3 擬合算法

本章的主要研究?jī)?nèi)容為：分析并計(jì)算太陽入射光強(qiáng)；以某顆在軌衛(wèi)星為例，對(duì)原始的遙測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，獲取衛(wèi)星在軌工作中太陽電池陣輸出電流的歷史數(shù)據(jù)；引入修正因子，進(jìn)行曲線形變修正和在軌衰減修正，然后利用數(shù)據(jù)擬合的方法，最終得到GEO衛(wèi)星太陽電池陣輸出電流的擬合公式。

3.1 太陽入射光強(qiáng)計(jì)算

太陽電池陣?yán)霉怆娦?yīng)將投射至其上的一部分光能轉(zhuǎn)化為電能，因此，太陽電池陣的輸出直接決定于太陽入射光強(qiáng)(WSUN)，即垂直入射到電池陣光照面上的光功率密度。太陽入射光強(qiáng)由太陽光強(qiáng)度和太陽入射角共同決定，是太陽電池陣輸出的決定性因素，其大小直接決定了太陽電池陣輸出功率的高低。

1)太陽光強(qiáng)度

太陽光強(qiáng)S是影響太陽電池陣輸出功率的重要因素，計(jì)算時(shí)考慮日地距離對(duì)光強(qiáng)的影響，進(jìn)行光強(qiáng)修正。

2)太陽入射角

太陽入射角α是太陽方向與太陽翼法線的夾角，與太陽角β、太陽翼偏置角θp、太陽翼對(duì)日定向誤差角θs的三者相關(guān)。

(1)太陽角β

對(duì)于GEO衛(wèi)星來說，太陽角β(即軌道法線方向與太陽方向的夾角)在±23.5°之間變化。本文中β角是在已知衛(wèi)星真實(shí)軌道根數(shù)的前提下，利用STK軟件計(jì)算得到。GEO衛(wèi)星在軌期間對(duì)軌道傾角進(jìn)行保持控制，因此β角的變化具有年周期變化規(guī)律。

(2)太陽翼偏置角θp

對(duì)于光照期太陽電池陣輸出總電流遠(yuǎn)大于負(fù)載電流的在軌衛(wèi)星，其太陽翼會(huì)設(shè)置為偏置一定的常值角度，即為太陽翼偏置角θp。

(3)太陽翼對(duì)日定向誤差角θs

太陽翼驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在跟蹤太陽光進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)使得太陽翼法線與太陽光線的夾角偏離最佳位置[9]，從而導(dǎo)致存在不同程度的對(duì)日定向誤差角度θs，θs可由太陽電池板過零時(shí)刻、衛(wèi)星定點(diǎn)位置推算得到。

(4)太陽入射角α的計(jì)算

根據(jù)前文定義有：α為太陽方向與太陽翼法向之間的夾角；β為GEO軌道法線方向與太陽方向的夾角；(θp+θs)：太陽翼法向與無太陽翼偏置且無太陽翼對(duì)日定向誤差時(shí)的太陽翼法向之間的夾角；則在球面坐標(biāo)系中，α、β、(θp+θs)形成了一個(gè)球面直角三角形，根據(jù)球面三角公式可知：

(1)

3)太陽入射光強(qiáng)

根據(jù)太陽光強(qiáng)度和太陽入射角，可得太陽電池板在無遮擋情況下的太陽入射光強(qiáng)(W/m2)為

(2)

式中：S為太陽光強(qiáng)；α為太陽入射角；β為太陽角；θp為太陽翼偏置角度；θs為太陽翼對(duì)日定向誤差角度。由于太陽光強(qiáng)度和太陽入射角均呈現(xiàn)年周期變化規(guī)律，因此太陽入射光強(qiáng)也呈年周期變化。

3.2 獲取衛(wèi)星太陽電池陣實(shí)際輸出電流

對(duì)于具有太陽電池陣輸出測(cè)量電流參數(shù)的衛(wèi)星，直接查詢光照期間的太陽電池陣實(shí)際輸出電流；對(duì)于沒有太陽電池陣輸出測(cè)量電流參數(shù)的衛(wèi)星，如東方紅三號(hào)平臺(tái)GEO衛(wèi)星，其實(shí)際太陽電池陣輸出總電流沒有直接測(cè)點(diǎn)，因此由負(fù)載電流、充電電流、分流電流的三者之和表征。本文采用的數(shù)據(jù)均選取衛(wèi)星光照期間，且充電電流為0值或涓流值的時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的在軌數(shù)據(jù)進(jìn)行太陽電池陣輸出總電流的計(jì)算。

以某顆東方紅三號(hào)平臺(tái)GEO衛(wèi)星(記為衛(wèi)星A)為例，該星太陽翼未進(jìn)行偏置，且該星對(duì)太陽翼驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采取自主閉環(huán)控制，星上軟件根據(jù)太陽翼轉(zhuǎn)角控制誤差自主控制驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)跟蹤太陽，保證跟蹤誤差在較小的范圍內(nèi)，因此太陽翼對(duì)日定向誤差角可忽略不計(jì)。通過查詢2010年7月1日至2012年6月30日的負(fù)載電流、充電電流、分流電流的在軌歷史遙測(cè)數(shù)據(jù)，得到該星太陽電池陣輸出總電流。圖1為衛(wèi)星A在軌兩年的太陽電池陣實(shí)際輸出和太陽入射光強(qiáng)的變化情況，其中紅色曲線為太陽電池陣實(shí)際輸出總電流，黑色曲線為太陽入射光強(qiáng)。

圖1 太陽電池陣輸出總電流與太陽入射光強(qiáng)變化趨勢(shì)比對(duì)(衛(wèi)星A)Fig.1 Comparison of solar array output current and incident light intensity (satellite A)

3.3 線性擬合

太陽入射光強(qiáng)是太陽電池陣輸出的重要影響因素，如圖1所示，太陽電池陣輸出總電流與太陽入射光強(qiáng)有較強(qiáng)的相關(guān)性。對(duì)衛(wèi)星A的太陽電池陣實(shí)際輸出總電流Ireal與太陽入射光強(qiáng)WSUN進(jìn)行線性擬合分析結(jié)果見圖2，從圖中可看出，太陽電池陣輸出總電流與太陽入射光強(qiáng)不呈現(xiàn)嚴(yán)格的線性關(guān)系，因此直接對(duì)二者進(jìn)行線性擬合的效果不佳，如圖3所示。圖3中紅色曲線為Ireal，黑色曲線為簡(jiǎn)單線性擬合結(jié)果I1，簡(jiǎn)單線性擬合結(jié)果與實(shí)際的太陽電池陣輸出總電流仍存在較大誤差：直接進(jìn)行線性擬合后的線性相關(guān)系數(shù)為0.93；擬合標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.01；擬合最大絕對(duì)誤差為2.44A；相對(duì)誤差為3.49%。

因此在對(duì)太陽電池陣輸出總電流與太陽入射光強(qiáng)進(jìn)行線性擬合之前，需要根據(jù)衛(wèi)星的歷史遙測(cè)數(shù)據(jù),進(jìn)一步對(duì)太陽入射光強(qiáng)與太陽電池陣輸出總電流的關(guān)系進(jìn)行修正。

圖2 太陽入射光強(qiáng)與太陽電池陣輸出總電流的關(guān)系Fig.2 Relationship of incident light intensity and solar array output current

圖3 I1與太陽電池陣輸出總電流的比較Fig.3 Comparison of I1 and solar array output current

3.4 擬合公式和修正因子

由前節(jié)所述可知，太陽電池陣輸出總電流與太陽入射光強(qiáng)之間并不是一種簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。通過大量數(shù)據(jù)分析得知，需要先引入修正因子，然后再進(jìn)行線性擬合，則可以得到GEO衛(wèi)星太陽電池陣輸出總電流的擬合公式如下：

(3)

式中：a，b為線性擬合的一次項(xiàng)和常數(shù)項(xiàng)；μ為修正因子，可根據(jù)衛(wèi)星軌道和歷史在軌數(shù)據(jù)計(jì)算得到。下面具體介紹μ的計(jì)算方法。

1)形變因子

太陽電池陣實(shí)際輸出電流Ireal與太陽入射光強(qiáng)WSUN的關(guān)系存在一個(gè)形變因子，這是因?yàn)閮芍咙c(diǎn)附近太陽光強(qiáng)相對(duì)小，太陽電池陣溫度低，使得太陽電池陣光電轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較高，因此其輸出電流同比高于太陽入射光強(qiáng)曲線；反之，兩分點(diǎn)附近太陽光強(qiáng)相對(duì)較大，則太陽電池陣溫度高、光電轉(zhuǎn)換效率低，因此其輸出電流曲線同比低于太陽入射光強(qiáng)曲線。

根據(jù)衛(wèi)星自身設(shè)計(jì)特點(diǎn)，若利用太陽電池陣伏安特性曲線計(jì)算太陽電池陣實(shí)際輸出十分復(fù)雜，且與在軌真實(shí)值差別較大，若利用溫度—功率系數(shù)進(jìn)行太陽電池陣輸出電流修正也會(huì)存在較大誤差，并且計(jì)算方法十分繁瑣。根據(jù)多顆GEO衛(wèi)星長(zhǎng)期在軌數(shù)據(jù)觀察與摸索，本文利用(cosβ)n來代替溫度——功率系數(shù)，其擬合誤差很小，同時(shí)化繁為簡(jiǎn)，工程應(yīng)用性高。

定義(cosβ)n為形變因子，根據(jù)衛(wèi)星的歷史在軌數(shù)據(jù)可確定形變因子中的常數(shù)n。

2)衰減修正

由于太陽電池陣在軌性能會(huì)出現(xiàn)自然衰減現(xiàn)象，因此在對(duì)其進(jìn)行曲線擬合時(shí)需要考慮輸出電流的衰減問題。根據(jù)大量在軌數(shù)據(jù)觀察，太陽電池陣的年度衰減率可近似為常數(shù)，定義ε為衰減因子，根據(jù)衛(wèi)星每年的太陽電池陣在軌衰減情況確定ε，ε需要每年進(jìn)行修正。

綜上所述，得到最終的適用于該衛(wèi)星的修正因子μ=ε·(cosβ)n。

3)修正后線性擬合

對(duì)衛(wèi)星A的太陽電池陣輸出總電流Ireal與μ·WSUN進(jìn)行線性擬合分析見圖4。經(jīng)過形變因子和衰減因子的修正后，μ·WSUN和實(shí)際太陽電池陣輸出總電流Ireal具有十分良好的線性關(guān)系，相較圖2明顯收斂，同時(shí)擬合標(biāo)準(zhǔn)偏差也大幅縮小。衛(wèi)星A的太陽電池陣輸出總電流擬合公式修正為：

Ifit=-27.752 27+0.072 54·μ·WSUN

式中：線性相關(guān)系數(shù)為0.99；擬合標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.45；擬合最大絕對(duì)誤差為1.61 A；相對(duì)誤差為2.29%。擬合得到的輸出總電流Ifit與衛(wèi)星實(shí)際輸出總電流Ireal的趨勢(shì)如圖5所示。

圖4 μ·WSUN與太陽電池陣輸出總電流的關(guān)系及線性擬合曲線Fig.4 Relationship and liner fit of μ·WSUN and solar array output current

圖5 Ifit與太陽電池陣輸出總電流的比較Fig.5 Comparison of Ifit and solar array output current

4 算法驗(yàn)證

針對(duì)前文的擬合算法，本文選取了兩組衛(wèi)星在軌數(shù)據(jù)進(jìn)行案例驗(yàn)證：①選取另一顆在軌運(yùn)行的東三平臺(tái)GEO衛(wèi)星(記為衛(wèi)星B)在軌2年的數(shù)據(jù)，以驗(yàn)證本算法適用于同類衛(wèi)星的太陽電池陣輸出電流的擬合。②選取一顆在軌運(yùn)行的傾斜圓軌道地球同步(IGSO)衛(wèi)星(記為衛(wèi)星C)在軌2年的數(shù)據(jù)，以驗(yàn)證本算法可擴(kuò)展應(yīng)用于IGSO衛(wèi)星的太陽電池陣輸出電流的擬合。

1)衛(wèi)星B在軌數(shù)據(jù)驗(yàn)證

查詢衛(wèi)星B的在軌兩年的歷史遙測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行算法驗(yàn)證。圖6為衛(wèi)星B太陽電池陣在軌實(shí)際的輸出電流與利用本文提出算法的擬合電流比對(duì)結(jié)果。

圖6 衛(wèi)星B的數(shù)據(jù)擬合結(jié)果Fig.6 Data fitting result of satellite B

由于選取的在軌遙測(cè)數(shù)據(jù)波動(dòng)較大，因此圖中紅色曲線即太陽電池陣實(shí)際輸出總電流的“毛刺”較多，但可以看出擬合曲線貼合度仍較好。通過擬合算法得到的曲線線性相關(guān)系數(shù)為0.98；擬合標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.58；最終得到的擬合最大絕對(duì)誤差為2.11A；相對(duì)誤差3.01%。因此本文提出的擬合算法有效可行。

2)衛(wèi)星C在軌數(shù)據(jù)驗(yàn)證

查詢衛(wèi)星C的在軌兩年的歷史遙測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行算法驗(yàn)證。圖7為衛(wèi)星C太陽電池陣在軌實(shí)際的輸出電流與利用本文提出算法的擬合電流比對(duì)結(jié)果。通過擬合算法得到的曲線線性相關(guān)系數(shù)為0.96；擬合標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.47；得到的擬合最大絕對(duì)誤差為1.78A；相對(duì)誤差3.29%。因此本文的擬合算法可擴(kuò)展應(yīng)用至IGSO衛(wèi)星。

圖7 衛(wèi)星C的數(shù)據(jù)擬合結(jié)果Fig.7 Data fitting result of satellite C

通過本章的兩個(gè)案例驗(yàn)證，說明本文的算法適用于同類衛(wèi)星的太陽電池陣輸出電流的擬合，同時(shí)可擴(kuò)展應(yīng)用至IGSO衛(wèi)星的太陽電池陣輸出電流的擬合。

5 在軌太陽電池陣輸出電流異常檢測(cè)的應(yīng)用

根據(jù)衛(wèi)星軌道及太陽光強(qiáng)因子計(jì)算太陽入射光強(qiáng)，再結(jié)合衛(wèi)星現(xiàn)有的歷史遙測(cè)數(shù)據(jù)，利用本文提出的太陽電池陣輸出總電流的擬合方法，得到擬合公式并計(jì)算太陽電池陣輸出電流的理論值。由于一些衛(wèi)星沒有太陽電池陣輸出電流直接測(cè)點(diǎn)，需要將相關(guān)參數(shù)相加得到，因此會(huì)存在難以避免的計(jì)算誤差值，統(tǒng)計(jì)衛(wèi)星全年最大的計(jì)算誤差值，以該值為基礎(chǔ)將該理論值進(jìn)行外擴(kuò)，一般為±2～2.5A，從而形成適用于該衛(wèi)星太陽電池陣輸出電流的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)報(bào)警范圍，進(jìn)行在軌異常的檢測(cè)。

1)衛(wèi)星A的在軌異常檢測(cè)應(yīng)用

對(duì)衛(wèi)星A的在軌異常檢測(cè)門限設(shè)置見圖8，圖中標(biāo)出了固定的報(bào)警上下限和本文的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)報(bào)警上下限。固定的報(bào)警上下限，即根據(jù)發(fā)射初期和壽命末期預(yù)估的門限值[50A，70A]，閾值跨度為20A；而本文給出的報(bào)警門限閾值跨度僅為5A，大大壓縮了現(xiàn)行的報(bào)警門限范圍，同時(shí)動(dòng)態(tài)變化的門限值能夠更貼切地反映太陽電池陣輸出電流的變化情況，從而更準(zhǔn)確合理地進(jìn)行異常檢測(cè)。

圖8 衛(wèi)星A在軌報(bào)警門限設(shè)置Fig.8 Alarm threshold setting of satellite A

在軌監(jiān)測(cè)工作中，利用本文給出的報(bào)警門限進(jìn)行監(jiān)視，若實(shí)際太陽電池陣輸出電流超出該范圍，則進(jìn)行報(bào)警。其中，應(yīng)嚴(yán)格設(shè)置太陽電池陣輸出電流的報(bào)警下限，并對(duì)其進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)視，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)異?；蝾A(yù)警，為搶救工作贏得寶貴的時(shí)間。

2)衛(wèi)星C在軌真實(shí)發(fā)生太陽電池異常的案例應(yīng)用

衛(wèi)星C在軌曾發(fā)生太陽電池陣電路損壞的真實(shí)情況，若利用固定門限進(jìn)行監(jiān)視，則未超出報(bào)警門限，因此無法識(shí)別出該異常，但利用本文給出的動(dòng)態(tài)管道門限監(jiān)視，則超出門限范圍，即可準(zhǔn)確報(bào)警檢測(cè)出該異常，見圖9。

圖9 衛(wèi)星C在軌異常檢測(cè)示意Fig.9 Fault diagnosis of satellite C

6 結(jié)論

本文分析了在軌GEO衛(wèi)星的在軌遙測(cè)數(shù)據(jù)，提出了一種適用于GEO衛(wèi)星太陽電池陣輸出電流的擬合算法并應(yīng)用于異常檢測(cè)中，主要結(jié)論如下。

(1)本文的擬合算法絕對(duì)誤差較小，相對(duì)誤差約為3%。同時(shí)擬合公式表達(dá)相對(duì)簡(jiǎn)單、在異常檢測(cè)中應(yīng)用性較強(qiáng)。

(2)本文的擬合算法可擴(kuò)展應(yīng)用至IGSO衛(wèi)星太陽電池陣輸出電流的擬合。

(3)通過擬合算法得到的太陽電池陣輸出電流理論值外擴(kuò)一定數(shù)值后，作為在軌異常檢測(cè)的報(bào)警動(dòng)態(tài)門限，可更及時(shí)有效地檢測(cè)或預(yù)警在軌異常，是一種監(jiān)測(cè)在軌太陽電池陣輸出性能的合理可行手段。

(4)本文提出的擬合算法可用于分析并評(píng)價(jià)太陽電池陣輸出能力、建立在軌衛(wèi)星的預(yù)測(cè)模型等研究中。

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(編輯：張小琳)

Fitting Algorithm Research on Solar Array Output of GEO Satellite

ZUO Zijin JIN Di TIAN Huadong

(Beijing Institute of Spacecraft System Engineering,Beijing 100094,China)

Based on the analysis of a large number of telemetry data on orbit GEO satellite,the quantitative relationship between the output current of the solar array and the intensity of the incident light is analyzed in this paper. The fitting formula is simple,fitting engineering application,and the relative error is small of about 3%. By verification,the method is suitable for the same kind of satellite. The method can be used in the on orbit management of the GEO satellite,and provides reference for the fault detection and early warning of the solar array.

GEO satellite; solar array output; fitting algorithm

2017-03-21；

2017-04-05

左子瑾，女，碩士，研究方向?yàn)楹教炱髟谲夁\(yùn)行管理。Email：1135175629@qq.com。

V422

A

10.3969/j.issn.1673-8748.2017.02.012