在軌航天器模型的實(shí)時(shí)修正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種航天器模型的修正方法，特別是涉及一種在軌航天器模型的實(shí)時(shí) 修正方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在軌航天器在經(jīng)受各種外界環(huán)境作用與長(zhǎng)期的操作使用，其性能和功能將出現(xiàn)緩 變或突變，需要對(duì)故障模型進(jìn)行建模。由于運(yùn)行環(huán)境的復(fù)雜性和未知因素的影響，建立部分 系統(tǒng)或部件的精確物理解析模型難度太大且實(shí)用性不強(qiáng)，因此需要分析在軌運(yùn)行情況后對(duì) 模型進(jìn)行辨識(shí)和調(diào)整，建立一種航天器模型的實(shí)時(shí)修正系統(tǒng)。
[0003] 現(xiàn)有的系統(tǒng)辨識(shí)方法中，為提高辨識(shí)精度，需利用大量的歷史測(cè)量數(shù)據(jù)為依據(jù)，對(duì) 模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)，導(dǎo)致辨識(shí)出的模型對(duì)受歷史數(shù)據(jù)影響大。對(duì)于穩(wěn)定工作的航 天器模型，采用這種方法辨識(shí)結(jié)果較為準(zhǔn)確可信，但對(duì)于發(fā)生故障的模型，由于歷史數(shù)據(jù)的 影響，會(huì)導(dǎo)致辨識(shí)結(jié)果不能實(shí)時(shí)緊跟當(dāng)前狀態(tài)，而無(wú)法建立準(zhǔn)確的故障模型。因此，需要對(duì) 辨識(shí)結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，保證建立的模型具有實(shí)時(shí)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有航天器模型的修正方法實(shí)時(shí)性差的不足，本發(fā)明提供一種在軌航天 器模型的實(shí)時(shí)修正方法。該方法根據(jù)歷史測(cè)量數(shù)據(jù)辨識(shí)出在軌航天器在正常狀態(tài)下的模 型，在tk時(shí)刻對(duì)模型進(jìn)行修正，從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中提取最新的m個(gè)采樣時(shí)刻的數(shù)據(jù)，并將該組數(shù) 據(jù)分成A層，依次對(duì)每一層數(shù)據(jù)進(jìn)行辨識(shí)，得到每一層數(shù)據(jù)的辨識(shí)模型./_,(&)，計(jì)算修正模 型的相對(duì)誤差，判斷相對(duì)誤差是否超過(guò)設(shè)定的門(mén)限值，若未超出門(mén)限值，認(rèn)為在軌航天器工 作狀態(tài)穩(wěn)定，若超出門(mén)限值，認(rèn)為在軌航天器工作狀態(tài)發(fā)生改變。由于采用數(shù)據(jù)分層、逐層 辨識(shí)的方法建立修正方程，能夠使得辨識(shí)出的模型更加逼近在軌航天器的運(yùn)行狀態(tài)。能夠 消除因歷史數(shù)據(jù)對(duì)辨識(shí)結(jié)果的影響，增加模型辨識(shí)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，真實(shí)反應(yīng)在軌航天 器的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)對(duì)在軌航天器發(fā)生狀態(tài)異變或故障的反應(yīng)更加靈敏，能夠應(yīng)用于大多 數(shù)運(yùn)行狀態(tài)連續(xù)變化的在軌航天器模型的實(shí)時(shí)修正。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種在軌航天器模型的實(shí)時(shí)修正方 法，其特點(diǎn)是采用以下步驟：
[0006] 步驟一、根據(jù)歷史測(cè)量數(shù)據(jù)辨識(shí)出在軌航天器某系統(tǒng)在正常狀態(tài)下的模型：
[0007] y=f(0) (1)其中y表示模型的輸出，0表示模型的參數(shù)，f(0)為正常狀態(tài)下 的模型；
[0008] 步驟二、在tk時(shí)刻對(duì)模型進(jìn)行修正，從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中提取最新的m個(gè)采樣時(shí)刻的數(shù) 據(jù)，并將該組數(shù)據(jù)分成A層，其中第一層數(shù)據(jù)為tk_mA+1時(shí)刻到tk時(shí)刻的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，第j層 為第tk_^A+1時(shí)刻到tk時(shí)刻的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。
[0009] 步驟三、依次對(duì)每一層數(shù)據(jù)進(jìn)行辨識(shí)，得到每一層的辨識(shí)模型/, )，其中&為第 j層辨識(shí)模型的參數(shù)。利用步驟一正常狀態(tài)下的模型和計(jì)算出的A個(gè)分層辨識(shí)模型，計(jì)算 模型的修正量為：
[0011] 其中A/^冷）為采用X層數(shù)據(jù)進(jìn)行修正得到的模型修正量，從而得到修正后的模 型為：
[0013] 步驟四、計(jì)算修正模型的相對(duì)誤差，判斷相對(duì)誤差是否超過(guò)設(shè)定的門(mén)限值，若未超 出門(mén)限值，認(rèn)為航天器工作狀態(tài)穩(wěn)定，使用原辨識(shí)模型表示航天器當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)；若超出 門(mén)限值，認(rèn)為航天器工作狀態(tài)發(fā)生改變，用修正后的模型表示航天器的運(yùn)行狀態(tài)。
[0014] 本發(fā)明的有益效果是：該方法根據(jù)歷史測(cè)量數(shù)據(jù)辨識(shí)出在軌航天器在正常狀態(tài)下 的模型，在tk時(shí)刻對(duì)模型進(jìn)行修正，從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中提取最新的m個(gè)采樣時(shí)刻的數(shù)據(jù)，并將該 組數(shù)據(jù)分成A層，依次對(duì)每一層數(shù)據(jù)進(jìn)行辨識(shí)，得到每一層數(shù)據(jù)的辨識(shí)模型./丨(么），計(jì)算修 正模型的相對(duì)誤差，判斷相對(duì)誤差是否超過(guò)設(shè)定的門(mén)限值，若未超出門(mén)限值，認(rèn)為在軌航天 器工作狀態(tài)穩(wěn)定，若超出門(mén)限值，認(rèn)為在軌航天器工作狀態(tài)發(fā)生改變。由于采用數(shù)據(jù)分層、 逐層辨識(shí)的方法建立修正方程，能夠使得辨識(shí)出的模型更加逼近在軌航天器的運(yùn)行狀態(tài)。 能夠消除因歷史數(shù)據(jù)對(duì)辨識(shí)結(jié)果的影響，增加模型辨識(shí)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，真實(shí)反應(yīng)在軌 航天器的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)對(duì)在軌航天器發(fā)生狀態(tài)異變或故障的反應(yīng)更加靈敏，能夠應(yīng)用于 大多數(shù)運(yùn)行狀態(tài)連續(xù)變化的在軌航天器模型的實(shí)時(shí)修正。
[0015] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1是本發(fā)明在軌航天器模型的實(shí)時(shí)修正方法的流程圖。
[0017] 圖2是本發(fā)明方法中試驗(yàn)數(shù)據(jù)分層示意圖。
[0018] 圖3是本發(fā)明方法【具體實(shí)施方式】中修正結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比圖。
[0019]圖4是本發(fā)明方法【具體實(shí)施方式】中修正結(jié)果的相對(duì)誤差曲線。
[0020] 圖5是本發(fā)明方法【具體實(shí)施方式】中修正前后模型輸出相對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 參照?qǐng)D1-5。本發(fā)明在軌航天器模型的實(shí)時(shí)修正方法具體步驟如下：
[0022] 步驟1 :根據(jù)歷史測(cè)量數(shù)據(jù)使用相應(yīng)的辨識(shí)方法辨識(shí)出航天器某系統(tǒng)在正常狀態(tài) 下的正常模型：
[0023] y=f(0) (1)
[0024]其中y表示模型的輸出，0表示模型的參數(shù)，f(0)為正常狀態(tài)下的模型。常用的 辨識(shí)方法有最小二乘法、極大似然法，可根據(jù)工程實(shí)際的需要進(jìn)行選取。
[0025] 采用歷史數(shù)據(jù)辨識(shí)電源系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下的模型：
[0026] 電源系統(tǒng)是在軌航天器的重要組成部分，通常采用太陽(yáng)電池陣一蓄電池組形式。 其中太陽(yáng)電池、蓄電池及控制系統(tǒng)共同工作，相互關(guān)聯(lián)，因此可對(duì)電源系統(tǒng)整體進(jìn)行系統(tǒng)的 辨識(shí)與修正。在進(jìn)行系統(tǒng)辨識(shí)之前，對(duì)電源系統(tǒng)工作過(guò)程進(jìn)行建模分析，可將電源系統(tǒng)看成 一系列單個(gè)組件相互連接構(gòu)成的系統(tǒng)，根據(jù)需要對(duì)這些組件的輸入、輸出進(jìn)行行為描述。
[0027] 根據(jù)對(duì)在軌航天器電源系統(tǒng)的分析，其主要相關(guān)遙測(cè)數(shù)據(jù)包括平臺(tái)母線電流、平 臺(tái)太陽(yáng)電池陣總電流、蓄電池溫度、以及蓄電池組當(dāng)前的電量、充電量和放電量。此外，在軌 衛(wèi)星的工作狀態(tài)與軌道位置也有密切的關(guān)系，不同的軌道位置，電源系統(tǒng)的工作狀態(tài)不同。 對(duì)電源系統(tǒng)具有重要影響的軌道信息主要有煒度幅角、軌道傾角、升交點(diǎn)赤經(jīng)和軌道半長(zhǎng) 軸。
[0028] 在此，以平臺(tái)太陽(yáng)電池陣總電流I、四組蓄電池組的溫度1\，T2,T3,T4、蓄電池組當(dāng) 前的電量Q、充電量％、放電量Q。、煒度幅角《、軌道傾角i、升交點(diǎn)赤經(jīng)D和軌道半長(zhǎng)軸 a為輸入，平臺(tái)母線電流Ig為輸出，建立電源系統(tǒng)差分方程模型，并使用最小二乘法進(jìn)行辨 識(shí)。得到在軌航天器的模型為：