CN110824369A - 一种卫星放电深度超限诊断与恢复测试方法 - Google Patents

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李晓梦
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韩欢
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王爽
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Abstract

一种卫星放电深度超限诊断与恢复测试方法，首先将电源控制器模拟器、蓄电池接口管理单元模拟器作为故障测试的地面模拟设备，以为测试提供故障触发条件的输入参数，并选择相应的服务保障设备作为卫星放电故障检测，然后对放电深度超限故障进行分类，分为整星2级故障、整星4级故障、并行故障、耦合故障，最后根据故障机理，分别制定各类故障对应的制造方案，完成卫星放电深度超限诊断与恢复测试。本发明利用模拟器修改电源管理软件判定的参数或者修改电源管理软件判定参数判据的方式实现对故障的模拟，减少了真实电池测试过程中的性能下降程度及使用风险，提高了电池使用寿命，也降低了测试风险，保证了卫星安全。

Description

一种卫星放电深度超限诊断与恢复测试方法
技术领域
本发明涉及一种卫星放电深度超限诊断与恢复测试方法。
背景技术
卫星蓄电池组是卫星重要的储能设备，是卫星在轨运行的生命保障***之一。一旦发生故障，若不能及时检测或及时处理，可能会对卫星蓄电池组造成不可逆的损伤，从而导致卫星出现灾难性后果。为了防止此事件的发生，卫星设计了放电深度超限诊断与恢复策略，其主要用于检测蓄电池组的放电深度，并将蓄电池组放电深度分为两个故障等级，在达到任一故障等级时均会及时报警。同时，卫星会根据故障等级，作出相应的故障处理。从而保障在发生故障情况下，尽可能的减小对蓄电池组的损伤，延长卫星任务及减少任务中断的损失，优化燃料的消耗，保证卫星的寿命。卫星将卫星放电深度超限故障中的两个等级分别定义为整星2级故障和4级故障。在整星地面综合测试阶段，蓄电池组及卫星状态与在轨阶段存在差异，现有技术不能对放电深度超限诊断与恢复策略的正确性进行全面的验证，
为了解决上述问题，在地面测试阶段，利用部分模拟器替代整星设备，人为制造卫星在轨阶段放电深度超限故障，以达到验证蓄电池组放电深度超限后诊断和故障恢复逻辑的目的。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，针对当前卫星地面测试过程中，卫星故障随机发生或不会发生，无法对蓄电池组放电深度超限诊断与恢复策略进行验证，更无法实现与其它分***进行多层故障诊断与恢复策略的全面验证，提出一种可以根据需要使故障在特定时间，特定环境下发生的方法，实现对卫星放电深度超限诊断与恢复策略的全面验证。
本发明的技术解决方案是：一种卫星放电深度超限诊断与恢复测试方法，包括如下步骤：
(1)将电源控制器模拟器、蓄电池接口管理单元模拟器作为故障测试的地面模拟设备，以为测试提供故障触发条件的输入参数，并选择相应的服务保障设备作为卫星放电故障检测；
(2)对放电深度超限故障进行分类，包括整星2级故障、整星4级故障、并行故障、耦合故障；
(3)根据故障机理，分别制定步骤(2)中故障对应的制造方案，完成卫星放电深度超限诊断与恢复测试。
所述的步骤(3)中故障对应的制造方法为利用在轨模拟试验***修改卫星放电软件判定的参数或者修改卫星放点软件判定参数的判据，使故障在特定时间、特定环境发生。
所述的步骤(2)中整星2级故障包括整星2级放电深度异常检测隔离恢复完成故障、整星2级放电深度异常检测完成隔离恢复中途退出故障，整星4级故障包括整星4级放电深度异常自主启动故障、整星4级放电深度异常遥控启动故障、整星4级放电深度异常阈值修改后自主启动故障、并行故障、耦合故障。
所述的整星2级放电深度异常检测隔离恢复完成故障是指卫星蓄电池组放电深度达到第一层警戒值时，卫星从开始检测直至故障逻辑处理完毕的故障，整星2级放电深度异常检测隔离恢复完成故障是指卫星蓄电池组放电深度达到第一层警戒值时，卫星开始检测且故障在中途消失，故障处理逻辑中途退出的故障。
所述的整星4级放电深度异常自主启动故障是指卫星蓄电池组放电深度达到第二层警戒值时，卫星从开始检测直至故障逻辑处理完毕的故障，整星4级放电深度异常遥控启动故障是指卫星蓄电池组在未检测到故障时，使用遥控指令使软件进入整星4级放电深度异常处理逻辑的故障，整星4级放电深度异常阈值修改后自主启动故障是指使用遥控指令修改卫星蓄电池组放电深度的第二层警戒值以后，进行的整星4级放电深度异常自主启动故障。
所述的步骤(3)中的故障制造方案为：整星2级放电深度异常检测隔离恢复完成故障、整星2级放电深度异常检测完成隔离恢复中途退出故障、整星4级放电深度异常自主启动故障制造方式包括：首先设置卫星电源管理软件故障诊断与处理使能，再设置电源控制器模拟器参数满足卫星进入地影的条件，使电源管理软件进入放电模式，在蓄电池放电深度达到设定的放电深度异常阈值进而触发故障；整星4级放电深度异常遥控启动故障制造方式包括：首先设置卫星电源管理软件故障诊断与处理使能，再直接发送遥控指令启动故障；整星4级放电深度异常阈值修改后自主启动故障制造方式为：先发送卫星放电深度异常阈值修改指令，再通过与整星4级放电深度异常自主启动故障相同的制造方式触发故障。
所述的并行故障为某些故障产生、检测和处理过程中，与该故障无相干性的部分层级故障可以同时进行检测和处理，包括控制分***1级故障与整星2级放电深度异常故障，综合电子分***1级故障与整星4级放电深度异常自主启动故障。
所述的耦合故障为某类故障发生后在处理的过程中，其它特定的故障即使发生也无法立即处理，包括BIMU遥控故障与整星4级放电深度异常故障，整星2级放电深度异常故障与整星4级放电深度异常故障，整星2级放电深度异常故障和整星4级放电深度异常故障分别与控制分***2级故障之间的耦合。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明与现有技术相比，利用模拟器修改电源管理软件判定的参数或者修改电源管理软件判定参数判据的方式实现对故障的模拟，减少了真实电池测试过程中的性能下降程度及使用风险，提高了电池使用寿命，也降低了测试风险，保证了卫星安全；
(2)本发明与现有技术相比，实现过程能够全程使用自动化软件进行编程测试，提高了测试的效率与自动化水平；实现了对并行故障与耦合故障的测试，验证了在多层故障发生时电源管理软件的工作机制，解决了多分***、多层故障同时发生的小概率事件无法验证的问题，保证了地面测试的充分性。
附图说明
图1为本发明一种卫星放电深度超限诊断与恢复测试方法流程图；
图2为卫星放电深度超限诊断与恢复测试***连接框图。
具体实施方式
本发明针对当前卫星地面测试过程中，卫星故障随机发生或不会发生，无法对蓄电池组放电深度超限诊断与恢复策略进行验证，更无法实现与其它分***进行多层故障诊断与恢复策略的全面验证，提出一种可以根据需要使故障在特定时间，特定环境下发生的方法，实现对卫星放电深度超限诊断与恢复策略的全面验证。
下面结合附图对本发明进行详细的解释和说明，如图1所示为本发明一种卫星放电深度超限诊断与恢复测试方法流程图，图2所示为卫星放电深度超限诊断与恢复测试***连接框图，本发明具体包括如下步骤。
(1)整星测试过程中，首先采用模拟器通过注入故障信息，修改总线数据中的相关标志位，进行故障激励模拟。通过遥测和监视设备观测恢复序列执行情况。同时，由于星务管理相关任务不可能在一个控制周期内全部执行一次，为了避免一次完成数据组帧占用过多时机，造成处理逻辑混乱，卫星设计了逻辑真值表，用于定义多故障同时发生时，故障处理的调度策略。本发明主要根据卫星逻辑真值表进行测试方法设计，验证故障恢复逻辑的正确性。
(2)整星2级放电深度异常检测隔离恢复完成故障是指卫星蓄电池组放电深度达到第一层警戒值时，卫星从开始检测直至故障逻辑处理完毕的故障，其测试方法为：首先，初始化电源控制器模拟器与蓄电池组接口管理单元模拟器(用于模拟产生并接收与卫星匹配的遥测信号和指令数据信号，分别替代卫星电源控制器设备与卫星蓄电池组接口管理设备，给出卫星在轨光照、地影阶段的控制数据，参与电源控制软件运行)，设置蓄电池组接口管理单元模拟器遥测参数蓄电池组放电容量初始值为nAH(n为整星2级放电深度异常故障触发阈值)，设置能源FDIR故障检测使能恢复使能(卫星预设有放电深度超限的检测与处理功能，当卫星放电深度超过警戒值时，触发故障检测报警，并将该信号传递给电源控制软件，电源控制软件根据当前的蓄电池组当前的放电情况关闭卫星不必要的用电设备，从而减小放电电流，防止蓄电池组过放电，造成不可恢复的损伤。)，并将卫星当前阶段设置为同步轨道，而后使能电源管理软件，通过设置电源控制器模拟器使电源管理软件从暂停模式进入放电模式。当放电深度达到nAH时，整星2级放电深度异常故障触发。观察整星2级放电深度异常故障检测及恢复情况，完成测试。
(3)整星2级放电深度异常检测隔离恢复完成故障是指卫星蓄电池组放电深度达到第一层警戒值时，卫星开始检测且故障在中途消失，故障处理逻辑中途退出的故障，其测试方法为：触发方式同整星2级放电深度异常检测隔离恢复完成故障，故障触发后，通过修改放电电流,使其连续三次小于故障退出电流。故障自动退出，测试完成。
(4)整星4级放电深度异常自主启动故障是指卫星蓄电池组放电深度达到第二层警戒值时，卫星从开始检测直至故障逻辑处理完毕的故障，其测试方法为：测试方法同整星2级放电深度异常故障，区别在于设置蓄电池组放电容量初始值为mAH(m为整星4级放电深度异常故障触发阈值)，放电深度达到mAH时，故障触发(触发阈值可在轨修改)。故障恢复过程设置有效载荷设备，控制设备等多个分***，需格外注意恢复的正确性。
(5)整星4级放电深度异常遥控启动故障是指卫星蓄电池组在未检测到故障时，使用遥控指令使软件进入整星4级放电深度异常处理逻辑的故障，其测试方法：首先，初始化电源控制器模拟器与蓄电池组接口管理单元模拟器。设置蓄电池组接口管理单元模拟器遥测参数蓄电池组放电容量初始值为xAH(x为小于整星4级放电深度异常故障触发阈值的某一值)，设置能源FDIR故障检测使能恢复使能，并将卫星当前阶段设置为同步轨道。而后，使能电源管理软件，通过设置电源控制器模拟器使电源管理软件从暂停模式进入放电模式。在蓄电池组放电深度达到mAH前，发送整星4级放电深度异常遥控启动指令，观察观察整星4级放电深度异常故障检测及恢复情况，完成测试。
(6)整星4级放电深度异常阈值修改后自主启动故障是指使用遥控指令修改卫星蓄电池组放电深度的第二层警戒值以后，进行的整星4级放电深度异常自主启动故障，其测试方法为：首先发送卫星遥控指令修改整星4级放电深度异常阈值为y，之后测试方法同整星4级放电深度异常自主启动故障测试方法。
(7)并行故障测试方法：并行故障测试是指同时模拟互不影响的不同分***或不同层级间的故障，检验故障并行处理的过程和处理结果是否正确；并行故障触发方式同整星2级放电深度异常检测隔离恢复完成故障触发方式相同，但受故障恢复时间限制，第二层故障触发时，要求第一层故障未恢复完毕。
(8)耦合故障测试方法：耦合故障测试是指同时模拟互相影响的不同分***或不同层级间的故障，检验故障处理的先后顺序和处理结果是否正确；耦合故障触发方式下先通过设置电源控制器模拟器参数使蓄电池放电深度达到整星2级放电深度异常或整星4级放电深度异常的程度，但故障检测不使能，不触发故障，然后进行与其耦合的故障的设置，使其处于达到故障触发条件，但故障检测不使能，暂不触发故障，最后，分别使能两个故障的检测与恢复使能，从而触发故障。同时，由于不同分***或不同层级间故障处理相互影响。故对故障触发的先后顺序、状态设置也有严格的要求，必须在特定的时机设置故障检测与恢复使能。对于整星2级放电深度异常故障和整星4级放电深度异常故障的耦合测试，必须在整星2级放电深度异常故障检测与恢复禁止的条件下触发整星4级放电深度异常故障。
本发明对放电深度超限故障进行分类的具体方法为：
(1)按照蓄电池组放电深度和故障处理逻辑的不同将故障分为4大类；
(2)第1类为整星2级故障，此类故障中又可细分为整星2级放电深度异常检测隔离恢复完成故障和整星2级放电深度异常检测完成，隔离恢复中途退出故障；
(3)第2类为整星4级故障，此类故障中又可细分为整星4级放电深度异常自主启动故障和整星4级放电深度异常遥控启动故障以及整星4级放电深度异常阈值修改后自主启动故障；
(4)第3类为并行故障；
(5)第4类为耦合故障。
本发明制定故障制造方案为：
(1)单一故障制造方式：首先设置电源管理软件故障诊断与处理使能，再设置电源控制器模拟器参数满足卫星进入地影条件，使电源管理软件进入放电模式，在蓄电池放电深度达到某一放电深度异常阈值值触发故障。整星4级放电深度异常阈值修改后自主启动故障测试时，先发送卫星放电深度异常阈值修改指令，再通过上述方式触发故障；
(2)并行故障制造方式：并行故障是指，某些故障产生、检测和处理的过程中，对于与之无相干性的部分层级故障可以同时进行检测和处理。整星2级放电深度异常故障既可与整星1级故障并行也可与控制分***故障并行，为并行故障。并行故障模式下的整星2级放电深度异常故障制造方式和单一故障制造方式相同，唯一区别是在故障处理过程中需要设置并触发控制分***的相关故障，或者在控制分***故障处理过程中设置并触发整星2级放电深度异常故障；
(3)耦合故障制造方式：部分卫星故障之间存在相干关系，在某一类故障发生时及进行处理的过程中，其它特定的故障即使发生也无法立即处理，这类故障叫做耦合故障。其中，包括BIMU遥控故障和整星4级放电深度异常故障，整星2级放电深度异常故障和整星4级放电深度异常故障，整星2级放电深度异常故障和整星4级放电深度异常故障分别与控制分***故障之间的耦合。在制造耦合故障时，需要依据故障处理时间和故障处理优先级等因素决定故障制造时机。故障制造时机在很大程度上决定测试成功与否。耦合故障模式下，整星2级放电深度异常故障制造方式为，先通过设置电源控制器模拟器参数使蓄电池放电深度达到整星2级放电深度异常程度。然后设置卫星满足进影条件，使电源管理软件进入放电模式。最后设置整星2级放电深度异常故障检测与恢复使能。若耦合故障为整星2级放电深度异常故障在前，则整星2级放电深度异常故障检测与恢复使能后，立刻触发故障，并禁止相应的耦合故障，待整星2级放电深度异常故障处理结束后，恢复耦合故障使能，并对耦合故障进行处理；若耦合故障为其它故障先触发，则整星2级放电深度异常故障检测与恢复会被禁止，待其它故障处理完毕后，恢复使能，并进行整星2级放电深度异常故障处理。耦合故障模式下，整星4级放电深度异常故障的制造方式同整星2级放电深度异常故障。故障触发的先后顺序，根据逻辑真值表进行设计，一般情况下，测试设计两种工况，分别使某一故障先触发和后触发；如果逻辑真值表中有严格的故障触发顺序，则只设计符合逻辑真值表逻辑的一种工况。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.一种卫星放电深度超限诊断与恢复测试方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将电源控制器模拟器、蓄电池接口管理单元模拟器作为故障测试的地面模拟设备，以为测试提供故障触发条件的输入参数，并选择相应的服务保障设备作为卫星放电故障检测；
(2)对放电深度超限故障进行分类，包括整星2级故障、整星4级故障、并行故障、耦合故障；
(3)根据故障机理，分别制定步骤(2)中故障对应的制造方案，完成卫星放电深度超限诊断与恢复测试。
2.根据权利要求1所述的一种卫星放电深度超限诊断与恢复测试方法，其特征在于：所述的步骤(3)中故障对应的制造方法为利用在轨模拟试验***修改卫星放电软件判定的参数或者修改卫星放点软件判定参数的判据，使故障在特定时间、特定环境发生。
3.根据权利要求2所述的一种卫星放电深度超限诊断与恢复测试方法，其特征在于：所述的步骤(2)中整星2级故障包括整星2级放电深度异常检测隔离恢复完成故障、整星2级放电深度异常检测完成隔离恢复中途退出故障，整星4级故障包括整星4级放电深度异常自主启动故障、整星4级放电深度异常遥控启动故障、整星4级放电深度异常阈值修改后自主启动故障、并行故障、耦合故障。
4.根据权利要求3所述的一种卫星放电深度超限诊断与恢复测试方法，其特征在于：所述的整星2级放电深度异常检测隔离恢复完成故障是指卫星蓄电池组放电深度达到第一层警戒值时，卫星从开始检测直至故障逻辑处理完毕的故障，整星2级放电深度异常检测隔离恢复完成故障是指卫星蓄电池组放电深度达到第一层警戒值时，卫星开始检测且故障在中途消失，故障处理逻辑中途退出的故障。
5.根据权利要求4所述的一种卫星放电深度超限诊断与恢复测试方法，其特征在于：所述的整星4级放电深度异常自主启动故障是指卫星蓄电池组放电深度达到第二层警戒值时，卫星从开始检测直至故障逻辑处理完毕的故障，整星4级放电深度异常遥控启动故障是指卫星蓄电池组在未检测到故障时，使用遥控指令使软件进入整星4级放电深度异常处理逻辑的故障，整星4级放电深度异常阈值修改后自主启动故障是指使用遥控指令修改卫星蓄电池组放电深度的第二层警戒值以后，进行的整星4级放电深度异常自主启动故障。
6.根据权利要求5所述的一种卫星放电深度超限诊断与恢复测试方法，其特征在于：所述的步骤(3)中的故障制造方案为：整星2级放电深度异常检测隔离恢复完成故障、整星2级放电深度异常检测完成隔离恢复中途退出故障、整星4级放电深度异常自主启动故障制造方式包括：首先设置卫星电源管理软件故障诊断与处理使能，再设置电源控制器模拟器参数满足卫星进入地影的条件，使电源管理软件进入放电模式，在蓄电池放电深度达到设定的放电深度异常阈值进而触发故障；整星4级放电深度异常遥控启动故障制造方式包括：首先设置卫星电源管理软件故障诊断与处理使能，再直接发送遥控指令启动故障；整星4级放电深度异常阈值修改后自主启动故障制造方式为：先发送卫星放电深度异常阈值修改指令，再通过与整星4级放电深度异常自主启动故障相同的制造方式触发故障。
7.根据权利要求6所述的一种卫星放电深度超限诊断与恢复测试方法，其特征在于：所述的并行故障为某些故障产生、检测和处理过程中，与该故障无相干性的部分层级故障可以同时进行检测和处理，包括控制分***1级故障与整星2级放电深度异常故障，综合电子分***1级故障与整星4级放电深度异常自主启动故障。
8.根据权利要求7所述的一种卫星放电深度超限诊断与恢复测试方法，其特征在于：所述的耦合故障为某类故障发生后在处理的过程中，其它特定的故障即使发生也无法立即处理，包括BIMU遥控故障与整星4级放电深度异常故障，整星2级放电深度异常故障与整星4级放电深度异常故障，整星2级放电深度异常故障和整星4级放电深度异常故障分别与控制分***2级故障之间的耦合。
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