高保真度的卫星负载场景重现装置和方法

摘要

本发明提供了一种高保真度的卫星负载场景重现装置和方法，其利用AD采集卡获取卫星负载变化情况，利用采集的波形数据驱动任意波形发生器输出负载变化波形，负载变化波形调制电子负载快速变化，从而高精度模拟卫星负载的变化情况；卫星蓄电池为慢变系统，蓄电池的遥测数据满足蓄电池初值精度要求，利用蓄电池仿真测试设备测试蓄电池获取蓄电池模型，在负载重现中，将模型数据导入蓄电池仿真测试设备，高精度模拟蓄电池，依据遥测数据设置蓄电池仿真测试设备的起始状态，从而高精度还原卫星负载现场的蓄电池状态；依据给卫星供电的太阳电池模拟阵软件存储的设置值，设置太阳模拟阵，还原卫星的外部供电状态。

权利要求

1.一种利用高保真度的卫星负载场景重现装置的高保真卫星负载场景重现方法，其特征在于，该方法包括两部分：负载场景记录与负载场景重现，包含如下步骤：步骤1：卫星负载场景记录，包含对卫星负载变化、蓄电池状态及太阳电池模拟阵状态进行记录；

步骤2：卫星负载重现，包含对卫星负载变化、蓄电池状态及太阳电池模拟阵状态进行重现；

其中，所述高保真度的卫星负载场景重现装置，包括如下装置：用于采集负载变化波形的AD采集卡；

用于生成负载变化波形的任意波形发生器；

用于模拟卫星负载的可接收输入波形调制的电子负载；

用于模拟卫星蓄电池的蓄电池仿真测试设备；

用于模拟卫星外电输入的太阳电池阵模拟器；

所述步骤1包括如下步骤：

步骤101：卫星母线电流经卫星I/V转换电路转换为电压量遥测信号，该电压量遥测信号经卫星电缆网、脱插电缆接至地面，地面AD采集卡高速采集该电压量遥测信号，将采集的电压量通过公式计算获得相应的母线电流值，获得母线负载变化信息；

步骤102：对于单机，通过电流钳测量单机负载电流的变化情况，获得单机负载变化信息；

步骤103：将AD采集卡采集的母线负载变化信息与单机负载变化信息发送至PC进行分析处理，获得调制母线电子负载和单机电子负载的波形数据；

步骤104：通过蓄电池仿真测试设备测试蓄电池，获取蓄电池的充放电、电压、电量、内阻信息，建立蓄电池模型；

步骤105：从卫星遥测数据中提取蓄电池的状态信息，作为蓄电池的初值；

步骤106：实时存储卫星太阳电池模拟阵的设置值与输出状态，依据存储的设置值还原卫星外电环境。

2.根据权利要求1所述的高保真卫星负载场景重现方法，其特征在于，所述步骤103包括如下步骤：步骤103.1：母线负载变化信息中扣除单机负载变化量，将母线电子负载与单机负载的变化信息分离；

步骤103.2：对负载电流变化量进行归一化处理，将处理值乘以任意波形发生器的最大输出值10V，获得控制任意波形发生器输出任意波的信息，该任意波的波形用于调制电子负载输出变化。

3.根据权利要求1所述的高保真卫星负载场景重现方法，其特征在于，所述步骤2包括如下步骤：步骤201：选择相应的时间起始点，依据记录的卫星太阳电池模拟阵设置值与输出状态，设置卫星太阳电池模拟阵输出，还原卫星外电场景；

步骤202：依据建立的蓄电池模型，设置蓄电池仿真测试系统，模拟卫星蓄电池；

步骤203：依据还原时间点的电压量遥测信号，确定蓄电池仿真的初始状态；

步骤204：依据AD采集卡采集的负载电流变化信息设置任意波形发生器输出任意波；

步骤205：任意波形发生器输出的母线负载变化波形调制大功率电子负载变化，对电子负载连续控制，模拟母线负载变化；

步骤206：任意波形发生器输出的单机负载变化波形调制普通功率电子负载，对电子负载高精度快速连续控制，模拟单机负载变化。

说明书

高保真度的卫星负载场景重现装置和方法

技术领域

[0001] 本发明涉及卫星供配电系统，具体地说，涉及的是一种高保真度的卫星负载重现装置和方法，应用于卫星供配电分系统测试及整星综合测试中。

背景技术

[0002] 卫星包含多种负载类型(比如制冷机为锯齿波变化型的负载，SAR雷达为脉冲型负载等)，且卫星工作期间整星负载变化较大，希望获取一次卫星真实负载变化特性，将负载特性多次高精度复现，测试卫星的供配电系统性能；此外在卫星故障排查中，为便于问题排查，需要高精度重建卫星的负载背景，进行多次模拟排查。

[0003] 但是使用真实卫星负载、蓄电池，存在安全性、难以快速重复建立状态的问题，会对蓄电池寿命和单机安全造成影响，蓄电池的状态也难以快速设置为需求状态，因此需要建立一种高保真度的卫星负载场景重现方法，可快速多次建立卫星负载、内电(蓄电池)与外电(太阳电池模拟阵)状态，重现卫星供配电现场。

[0004] 本发明就是为了解决上述问题的一种测试技术。目前没有发现类似相关技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

[0005] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高保真度的卫星负载场景重现装置和方法。

[0006] 本发明在测试过程中，利用AD采集卡(或示波器)获取卫星负载变化情况，利用采集的波形数据驱动任意波形发生器输出负载变化波形，负载变化波形调制电子负载快速变化，从而高精度模拟卫星负载的变化情况；卫星蓄电池为慢变系统，蓄电池的遥测数据满足蓄电池初值精度要求，利用蓄电池仿真测试设备测试蓄电池获取蓄电池模型，在负载重现中，将模型数据导入蓄电池仿真测试设备，高精度模拟蓄电池，依据遥测数据设置蓄电池仿真测试设备的起始状态，从而高精度还原卫星负载现场的蓄电池状态；依据给卫星供电的太阳电池模拟阵软件存储的设置值，设置太阳模拟阵，还原卫星的外部供电状态。

[0007] 根据本发明提供的一种高保真度的卫星负载场景重现装置，包括如下装置：

[0008] 用于采集负载变化波形的AD采集卡；

[0009] 用于生成负载变化波形的任意波形发生器；

[0010] 用于模拟卫星负载的可接收输入波形调制的电子负载；

[0011] 用于模拟卫星蓄电池的蓄电池仿真测试设备；

[0012] 用于模拟卫星外电输入的太阳电池阵模拟器。

[0013] 优选地，所述AD采集卡：用于采集母线负载及单机负载变化波形，具体为：

[0014] 卫星母线电流经星上I/V转换电路(例如，高精度毫欧电阻与差分运放、霍尔传感电路等)转换为电压模拟量，该电压模拟量通过星上电缆网、星地脱插电缆接至地面，地面使用AD采集卡采集卫星一次、二次母线电流的有线测量信号，获取卫星母线负载的变化情况；对于单机，通过电流钳测量单机的电流变化情况，获取单机负载的变化情况。

[0015] 优选地，所述任意波形发生器：用于依据AD采集卡采集的卫星负载电流波形信息，输出负载变化波形至电子负载，调制电子负载输出。

[0016] 优选地，所述电子负载：用于模拟卫星负载，分为两种类型：

[0017] 一种为大功率负载，用于模拟卫星母线负载(如chroma公司的63200系列负载)；

[0018] 另一种为普通负载，用于模拟单机功耗(如Agilent公司的N3300系列负载)，接收任意波形发生器输入的负载变化波形，通过波形调制实现负载的连续变化。

[0019] 优选地，所述蓄电池仿真测试设备：用于通过对蓄电池进行测试，获取蓄电池的充放电、电压、电量、内阻信息，建立蓄电池的模型，代替蓄电池应用于负载重现场景。卫星蓄电池属于慢变系统，具有负载与电源二象性，蓄电池仿真测试设备(如Agilent公司的APS高级电源)具备电源与负载二象无缝转换功能，通过对蓄电池进行测试，获取蓄电池的充放电、电压、电量、内阻等信息，建立蓄电池的高精度模型，代替蓄电池应用于负载重现场景。使用蓄电池模拟器，一是便于快速建立状态(真实蓄电池为慢变系统，难以快速建立状态)，二是可进行多次重复测试(在负载场景重现中，多次使用真实蓄电池，损害电池寿命，且存在安全风险)。

[0020] 优选地，所述太阳电池阵模拟器：用于模拟卫星太阳电池阵供电输出(如Agilent公司的E4360系列)，作为卫星的外电输入。

[0021] 根据本发明提供的一种利用上述的高保真度的卫星负载场景重现装置的高保真卫星负载场景重现方法，其特征在于，该方法包括两部分：负载场景记录与负载场景重现，包含如下步骤：

[0022] 步骤1：卫星负载场景记录，包含对卫星负载变化、蓄电池状态及太阳电池模拟阵状态进行记录；

[0023] 步骤2：卫星负载重现，包含对卫星负载变化、蓄电池状态及太阳电池模拟阵状态进行重现。

[0024] 优选地，所述步骤1包括如下步骤：

[0025] 步骤101：卫星母线电流经卫星I/V转换电路转换为电压量遥测信号，该电压量遥测信号经卫星电缆网、脱插电缆接至地面，地面AD采集卡高速采集该电压量遥测信号，将采集的电压量通过公式计算获得相应的母线电流值，获得母线负载变化信息；

[0026] 步骤102：对于单机，通过电流钳测量单机负载电流的变化情况，获得单机负载变化信息；

[0027] 步骤103：将AD采集卡采集的母线负载变化信息与单机负载变化信息发送至PC进行分析处理，获得调制母线电子负载和单机电子负载的波形数据；

[0028] 步骤104：通过蓄电池仿真测试设备测试蓄电池，获取蓄电池的充放电、电压、电量、内阻信息，建立蓄电池模型；

[0029] 步骤105：从卫星遥测数据中提取蓄电池的状态信息，作为蓄电池的初值；

[0030] 步骤106：实时存储卫星太阳电池模拟阵的设置值与输出状态，依据存储的设置值还原卫星外电环境。

[0031] 优选地，所述步骤103包括如下步骤：

[0032] 步骤103.1：母线负载变化信息中扣除单机负载变化量，将母线电子负载与单机负载的变化信息分离；

[0033] 步骤103.2：对负载电流变化量进行归一化处理，将处理值乘以任意波形发生器的最大输出值(10V)，获得控制任意波形发生器输出任意波的信息，该任意波的波形用于调制电子负载输出变化；

[0034] 优选地，所述步骤2包括如下步骤：

[0035] 步骤201：选择相应的时间起始点，依据记录的卫星太阳电池模拟阵设置值与输出状态，设置卫星太阳电池模拟阵输出，还原卫星外电场景；

[0036] 步骤202：依据建立的蓄电池模型，设置蓄电池仿真测试系统(如Agilent的APS7900系列)，模拟卫星蓄电池；

[0037] 步骤203：依据还原时间点的电压量遥测信号，确定蓄电池仿真的初始状态(开路电压、蓄电池电量等信息)，由于蓄电池为慢变系统，蓄电池遥测的刷新周期为0.5s～2s，可满足蓄电池仿真的初值精度要求。

[0038] 步骤204：依据AD采集卡采集的负载电流变化信息设置任意波形发生器输出任意波；

[0039] 步骤205：任意波形发生器输出的母线负载变化波形调制大功率电子负载变化，对电子负载连续控制，模拟母线负载变化；

[0040] 步骤206：任意波形发生器输出的单机负载变化波形调制普通功率电子负载，对电子负载高精度快速连续控制，模拟单机负载变化。

[0041] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

[0042] 1、本发明高保真度卫星负载场景重现方法提供了一种卫星真实负载场景高精度模拟的方法，可快速重建负载场景，使卫星的负载、蓄电池、太阳电池阵模拟器工作在设定起始点，进行多次负载场景模拟。

[0043] 2、本发明所公开的措施方法对各种型号卫星供配电系统测试及整星综合测试具有一定的通用性，可应用于所有具有卫星供配电系统地面测试及产品研制中。

[0044] 3、本发明提供了一种高保真卫星整星负载、内电(蓄电池)状态及外电(太阳模拟阵)状态的场景记录与现场重现方法，对于故障场景复现、供配电系统测试具有重要意义。

附图说明

[0045] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

[0046] 图1为本发明高保真度的卫星负载场景重现装置的结构框图；

[0047] 图2为本发明卫星负载场景重现方法流程图。

具体实施方式

[0048] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

[0049] 本发明公开一种高保真度的卫星负载场景重现方法，包括：卫星一次、二次母线电流经I/V转换电路转换为电压量信号，经卫星电缆网、脱插电缆至地面，地面AD采集卡高速采集此电压量，通过公式计算出对应的母线电流，从而获得卫星母线高精度负载变化信息，通过电流钳探头采集卫星配电分支电流变化信息，从而获取单机负载的高精度变化波形信息；通过蓄电池仿真测试设备测试蓄电池，获取蓄电池模型，蓄电池为慢变系统，卫星遥测数据中蓄电池遥测信息即可满足蓄电池的初值精度要求，依据蓄电池的初值与模型还原蓄电池的运行状态；太阳电池阵控制软件实时记录存储模拟阵的设置值与输出状态，用于还原卫星外电场景；通过以上步骤完成了卫星负载、内电(蓄电池)与外电(太阳电池模拟阵)的场景记录。使用记录的高分辨负载变化数据驱动任意波形发生器，输出负载变化波形，将任意波形发生器的输出至电子负载的波形调制接口，电子负载即可依照输入的调制波形改变输出，实现高精度的负载模拟；蓄电池仿真测试设备依据测得的蓄电池模型仿真蓄电池，依据蓄电池的相关遥测数据确定蓄电池初始状态，完成卫星内电状态重现；依据记录的太阳模拟阵设置值，设置模拟阵输出，还原卫星外部供电状态；最终从而完成卫星负载、内电与外电的现场重现。

[0050] 为解决卫星负载场景高精度快速重现问题，本发明采用AD采集器(示波器)、任意波形发生器、电子负载来高精度获取及重现卫星负载变化情况，利用蓄电池仿真测试设备获取蓄电池模型，依据遥测数据设置蓄电池初值，完成卫星内电场景的快速建立，利用太阳模拟阵设置值的记录信息设置模拟阵输出，完成卫星外电环境的快速建立，从而实现了卫星负载、内电、外电场景的快速高精度建立，便于卫星问题排查与供配电系统测试验证。

[0051] 步骤一：使用蓄电池仿真测试设备(如Agilent公司的APS7900系列)测试蓄电池，获取蓄电池模型(含电量、电压、内阻等信息)。

[0052] 步骤二：卫星供电接口通过脱插电缆与太阳电池模拟阵设备互连，保证卫星外电通路正确。

[0053] 步骤三：卫星母线电流有线监视信号通过脱插电缆引至地面，地面使用AD采集卡(或示波器)采集母线负载电流变化信息。

[0054] 步骤四：将电流钳探头接至重点关注单机的供电输入接口，准备采集单机负载变化信息。

[0055] 步骤五：卫星加电工作，记录卫星负载、内电、外电状态信息：使用AD采集卡采集母线负载与单机负载变化信息，太阳模拟阵控制软件实时记录模拟阵设置信息与输出状态，卫星实时采集蓄电池状态，通过遥测数据下传，蓄电池为慢变系统，蓄电池遥测的更新周期为0.5s～2s，满足蓄电池状态确定的精度要求。

[0056] 步骤六：综上，完成负载现场记录。根据需要，选择需要重现的负载变化区段，对区段内的信息进行处理，获取调制电子负载变化的波形信息。

[0057] 步骤七：使用蓄电池模拟器代替真实蓄电池，与卫星电源控制器互连，一是可以快速多次建立需要的卫星内电状态，二是避免对真实蓄电池的损伤，提高负载重现测试的安全性。

[0058] 步骤八：将大功率负载接入卫星母线，将普通功率负载代替单机接入卫星配电分支，完成对母线负载与重点关注单机负载的模拟。

[0059] 步骤九：将电子负载的波形调制接口与任意波形发生器互连，配置电子负载为输入波形调制状态。

[0060] 步骤十：依据太阳电池阵模拟器控制软件记录的设置信息，设置模拟阵输出，给卫星加电，完成卫星外电环境重现。

[0061] 步骤十一：配置蓄电池仿真测试设备，模拟真实蓄电池，依据需要重现的负载变化区段的信息，设置蓄电池仿真测试设备的初始状态，完成蓄电池状态重现。

[0062] 步骤十二：根据记录的负载变化波形数据，控制任意波形发生器输出波形，高精度调制母线负载与单机负载变化，还原卫星负载变化场景。

[0063] 综上，可快速、重复完成负载场景重现，进行测试。

[0064] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。