星用太陽(yáng)電池在軌性能退化預(yù)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及航天器技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種星用太陽(yáng)電池在軌性能退化預(yù)測(cè) 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著航天技術(shù)的迅速發(fā)展，人類(lèi)對(duì)宇宙空間的探索日益頻繁、不斷深入，使航天器 向多功能、多任務(wù)和多設(shè)備的方向發(fā)展，要求復(fù)雜化和多樣化程度越來(lái)越高，同時(shí)還要求實(shí) 現(xiàn)長(zhǎng)壽命、高可靠性和高精度。這需要不斷增加信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器的功率和數(shù)量才能滿(mǎn)足需要，從 而對(duì)電源系統(tǒng)的功率需求也相應(yīng)增加。太陽(yáng)電池陣電源系統(tǒng)是目前國(guó)內(nèi)航天器主要采用的 電源系統(tǒng)，它的性能決定著整個(gè)航天器的工作狀態(tài)，所以太陽(yáng)電池陣需要具備更高的光電 轉(zhuǎn)換效率、更高的可靠性及更長(zhǎng)的使用壽命。
[0003] 由于衛(wèi)星在空間環(huán)境中受到的影響比較復(fù)雜，一直處于帶電粒子構(gòu)成的輻射環(huán)境 中，遭受帶電粒子的轟擊、紫外光線的照射和溫度交變的影響，使得在航天器上的太陽(yáng)電池 的特性發(fā)生衰降。所以國(guó)內(nèi)外對(duì)星用太陽(yáng)能電池性能衰減的研究，主要是基于帶電粒子輻 照、質(zhì)子和電子、紫外線等具體某一因素對(duì)它的影響。
[0004] 目前在針對(duì)某一因素對(duì)星用太陽(yáng)能電池性能的衰減影響上，比如空間粒子輻射對(duì) 太陽(yáng)電池的影響研究，國(guó)內(nèi)的研究較多，而沒(méi)有對(duì)綜合各種因素下的太陽(yáng)電池在軌退化預(yù) 測(cè)研究，也沒(méi)有綜合因素下太陽(yáng)電池在軌退化模型的相關(guān)研究。
[0005] 沒(méi)有發(fā)現(xiàn)同本方法類(lèi)似的說(shuō)明或報(bào)告，也尚未收集到國(guó)內(nèi)外類(lèi)似的資料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種星用太陽(yáng)電池在軌性能退化預(yù) 測(cè)方法，解決制約衛(wèi)星平臺(tái)壽命與可靠性的太陽(yáng)電池在空間環(huán)境下的壽命和可靠性的問(wèn) 題，避免衛(wèi)星因太陽(yáng)電池效率下降而導(dǎo)致衛(wèi)星失效。
[0007] 本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0008] -種星用太陽(yáng)電池在軌性能退化預(yù)測(cè)方法，包括如下步驟：
[0009] 步驟1 :根據(jù)太陽(yáng)電池的結(jié)構(gòu)和布局，選取表征太陽(yáng)電池性能衰減特征參數(shù)的電 流值遙測(cè)數(shù)據(jù)原碼；
[0010] 步驟2 :原碼數(shù)據(jù)處理：將電流值遙測(cè)數(shù)據(jù)原碼轉(zhuǎn)化為物理量，分析整理轉(zhuǎn)化后數(shù) 據(jù)，對(duì)于缺失的數(shù)據(jù)采用均值插補(bǔ)的方法進(jìn)行補(bǔ)充，形成電流值遙測(cè)數(shù)據(jù)和；
[0011] 步驟3 :遙測(cè)數(shù)據(jù)分析：引入太陽(yáng)入射角，當(dāng)太陽(yáng)光與太陽(yáng)電池所在平面不垂直 時(shí)，太陽(yáng)電池的電路發(fā)生變化，具有如下關(guān)系：
[0012] Imax= I/COS Θ
[0013] 式中，1_為垂直光照角下的電流，I為實(shí)際測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)片電流，即電流值遙測(cè)數(shù) 據(jù)，Θ為太陽(yáng)入射角，即太陽(yáng)入射方向與太陽(yáng)電池表面法向的夾角；
[0014] 取至少一年內(nèi)電流值遙測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算等效垂直光照角下的電流值；
[0015] 步驟4 :選取冪函數(shù)模型作退化建模分析：冪函數(shù)模型如下：
[0017] 式中，D(t)為垂直光照角下電流，8卩1_，（!+13*儼表示電流的衰退規(guī)律，
為太陽(yáng)福照強(qiáng)度影響系數(shù)，S。= 1353w/m2, T = 365(天），ε~N(0， σ2)表示ε服從標(biāo)準(zhǔn)正太分布，t為在軌天數(shù)，a、b、c、d、a分別為模型參數(shù)，a>〇，b<0， c < 1，d和α表示同一個(gè)參數(shù)；其中，a表示t = 0時(shí)的電流；b表示一天的電流衰減率；c 為t變化的指數(shù)參數(shù)；d和α均表示太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的周期變化的參數(shù)；
[0018] 定義殘差平方和RSS，建立太陽(yáng)電池在軌退化預(yù)測(cè)模型：
[0020] 將電流值遙測(cè)數(shù)據(jù)和電池片溫度遙測(cè)數(shù)據(jù)代入冪函數(shù)模型，令RSS最小的情況下 計(jì)算模型參數(shù)a、b、c、d、α，對(duì)太陽(yáng)電池在軌性能退化進(jìn)行預(yù)測(cè)；
[0021] 優(yōu)選地，在步驟1中，提取1~3年表征太陽(yáng)電池性能衰減特征參數(shù)數(shù)據(jù)。
[0022] 優(yōu)選地，在步驟2中，對(duì)轉(zhuǎn)化后數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理時(shí)，需結(jié)合衛(wèi)星在軌運(yùn)行狀態(tài)確 定選取表征太陽(yáng)電池性能衰減的特征參數(shù)時(shí)間間隔。
[0023] 優(yōu)選地，在步驟4中，利用太陽(yáng)電池在軌1~2年的表征太陽(yáng)電池性能衰減的特征 參數(shù)進(jìn)行在軌衰減趨勢(shì)的理論模型擬合，確定模型參數(shù)，利用第3年的表征太陽(yáng)電池性能 衰減的特征參數(shù)對(duì)理論模型進(jìn)行模型參數(shù)的驗(yàn)證，驗(yàn)證太陽(yáng)電池在軌退化預(yù)測(cè)模型的準(zhǔn)確 性，對(duì)太陽(yáng)電池在軌性能退化進(jìn)行預(yù)測(cè)。
[0024] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0025] 1、本發(fā)明涉及表征太陽(yáng)電池性能衰減特征參數(shù)分析，通過(guò)對(duì)表征太陽(yáng)電池性能衰 減特征參數(shù)進(jìn)行退化建模，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的壽命預(yù)測(cè)和可靠性評(píng)估；
[0026] 2、對(duì)太陽(yáng)電池的在軌遙測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行提煉，通過(guò)將在軌遙測(cè)數(shù)據(jù)原碼轉(zhuǎn)換為物理 量，再進(jìn)行篩選、提煉，用于確定太陽(yáng)電池在軌退化模型參數(shù)；
[0027] 3、本發(fā)明解決了制約衛(wèi)星平臺(tái)壽命與可靠性的太陽(yáng)電池在空間環(huán)境下的壽命和 可靠性的問(wèn)題，避免衛(wèi)星因太陽(yáng)電池效率下降而導(dǎo)致衛(wèi)星失效；
[0028] 4、本發(fā)明有利于提升衛(wèi)星平臺(tái)長(zhǎng)期、可靠運(yùn)行能力，有利于提升衛(wèi)星平臺(tái)的成熟 度和繼承性，有利于提升衛(wèi)星平臺(tái)的應(yīng)用能力、應(yīng)用范圍。
【附圖說(shuō)明】
[0029] 通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、 目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：
[0030] 圖1為2011年數(shù)據(jù)插補(bǔ)處理示意圖，其中，（a)為處理前，（b)為處理后；
[0031] 圖2為2011~2013年垂直光照角下電流值，其中，（a)為2011年，（b)為2012 年，（c)為2013年；
[0032] 圖3為太陽(yáng)能電池電流退化曲線一；
[0033] 圖4為太陽(yáng)能電池電流退化曲線二；
[0034] 圖5為本發(fā)明方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明：本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保 護(hù)范圍。
[0036] 實(shí)施例
[0037] 本實(shí)施例提供了一種星用太陽(yáng)電池在軌性能退化預(yù)測(cè)方法，包括如下步驟：
[0038] 步驟1 :根據(jù)太陽(yáng)電池的結(jié)構(gòu)、布局，選取表征太陽(yáng)電池性能衰減特征參數(shù)，即電 流值遙測(cè)數(shù)據(jù)原碼，提取一年數(shù)據(jù)；
[0039] 步驟2 :數(shù)據(jù)處理：將遙測(cè)數(shù)據(jù)原碼轉(zhuǎn)化為物理量，分析整理數(shù)據(jù)，對(duì)于缺失的數(shù) 據(jù)采用均值插補(bǔ)的方法進(jìn)行補(bǔ)充，形成電流值遙測(cè)數(shù)據(jù)；
[0040] 步驟3:數(shù)據(jù)分析：引入太陽(yáng)入射角，太陽(yáng)光與太陽(yáng)能電池所在平面不垂直時(shí)，其 電路也會(huì)發(fā)生變化，有如下關(guān)系：
[0041] Inax= I/cos Θ
[0042] 式中，1_為垂直光照下的電流，I為實(shí)際測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)片電流，即電流值遙測(cè)數(shù)據(jù)， Θ為太陽(yáng)入射角，即為太陽(yáng)入射角方向與太陽(yáng)電池表面法向的夾角；
[0043] 取一年內(nèi)電流值遙測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算等效垂直光照角下的電流值；
[0044] 步驟4 :選取冪函數(shù)模型作退化建模分析：冪函數(shù)模型如下：
[004