基于稀疏遥测的月球车帆板功率衰减确定方法及装置
技术领域
本发明涉及月球探测领域，尤其涉及一种基于稀疏遥测的月球车帆板功率衰减确定方法及装置。
背景技术
本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
太阳能帆板，是月球车的重要部件之一，能够将太阳能转换为电能，为月球车的探测工作提供电力支持。月球车上太阳能帆板输出功率的衰减，可能会影响到月球车无法正常工作，因而，准确预测太阳能帆板输出功率的衰减情况，对于航天人员掌握月球车性能状态及健康特性具有十分重要的意义。
针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例中提供了一种基于稀疏遥测的月球车帆板功率衰减确定方法，用以解决现有技术无法对太阳能帆板输出功率的衰减情况进行准确预测，可能会影响到月球车正常工作的技术问题，该方法包括：获取稀疏遥测数据，其中，稀疏遥测数据包括：月球车帆板的太阳入射角和输出电流；根据稀疏遥测数据，提取月球车帆板输出电流的各个电流分层值和对应的特征入射角；根据月日距离和太阳入射角，对各个电流分层值进行归一化处理；根据归一化处理后的各个电流分层值和对应的特征入射角，确定历次月昼期间月球车帆板输出电流与太阳入射角的关系曲线；根据历次月昼期间月球车帆板输出电流与太阳入射角的关系曲线，提取历次月昼期间同一太阳入射角下月球车帆板的输出电流，拟合出不同太阳入射角下月球车帆板输出功率的功率衰减曲线；根据不同太阳入射角下月球车帆板输出功率的功率衰减曲线，确定月球车帆板输出功率的衰减率。
本发明实施例中还提供了一种基于稀疏遥测的月球车帆板功率衰减确定装置，用以解决现有技术无法对太阳能帆板输出功率的衰减情况进行准确预测，可能会影响到月球车正常工作的技术问题，该装置包括：稀疏遥测数据获取模块，用于获取稀疏遥测数据，其中，稀疏遥测数据包括：月球车帆板的太阳入射角和输出电流；电流分层值和特征入射角确定模块，用于根据稀疏遥测数据，提取月球车帆板输出电流的各个电流分层值和对应的特征入射角；归一化处理模块，用于根据月日距离和太阳入射角，对各个电流分层值进行归一化处理；输出电流与太阳入射角关系确定模块，用于根据归一化处理后的各个电流分层值和对应的特征入射角，确定历次月昼期间月球车帆板输出电流与太阳入射角的关系曲线；功率衰减曲线拟合模块，用于根据历次月昼期间月球车帆板输出电流与太阳入射角的关系曲线，提取历次月昼期间同一太阳入射角下月球车帆板的输出电流，拟合出不同太阳入射角下月球车帆板输出功率的功率衰减曲线；输出功率衰减率确定模块，用于根据不同太阳入射角下月球车帆板输出功率的功率衰减曲线，确定月球车帆板输出功率的衰减率。
本发明实施例中还提供了一种计算机设备，用以解决现有技术无法对太阳能帆板输出功率的衰减情况进行准确预测，可能会影响到月球车正常工作的技术问题，该计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述基于稀疏遥测的月球车帆板功率衰减确定方法。
本发明实施例中还提供了一种计算机可读存储介质，用以解决现有技术无法对太阳能帆板输出功率的衰减情况进行准确预测，可能会影响到月球车正常工作的技术问题，计算机可读存储介质存储有执行上述基于稀疏遥测的月球车帆板功率衰减确定方法的计算机程序。
本发明实施例中，在获取到月球车帆板的太阳入射角和输出电流后，提取月球车帆板输出电流的各个电流分层值和对应的特征入射角，进而根据月日距离和太阳入射角，对各个电流分层值进行归一化处理，并根据归一化处理后的各个电流分层值和对应的特征入射角，确定历次月昼期间月球车帆板输出电流与太阳入射角的关系曲线，然后根据历次月昼期间月球车帆板输出电流与太阳入射角的关系曲线，提取历次月昼期间同一太阳入射角下月球车帆板的输出电流，拟合出不同太阳入射角下月球车帆板输出功率的功率衰减曲线，最后根据不同太阳入射角下月球车帆板输出功率的功率衰减曲线，确定月球车帆板输出功率的衰减率。
通过本发明实施例，能够实现对月球车帆板输出功率的衰减情况进行准确预测，有助于了解月球车的性能状态。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为本发明实施例中提供的一种基于稀疏遥测的月球车帆板功率衰减确定方法流程图；
图2为本发明实施例中提供的一种月球车帆板入射角与输出电流包络范围示意图；
图3为本发明实施例中提供的一种稀疏遥测处理流程图；
图4为本发明实施例中提供的一种基于稀疏遥测的月球车帆板功率衰减确定装置示意图；
图5为本发明实施例中提供的一种计算机设备示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
本发明实施例中提供了一种基于稀疏遥测的月球车帆板功率衰减确定方法，图1为本发明实施例中提供的一种基于稀疏遥测的月球车帆板功率衰减确定方法流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：
S101，获取稀疏遥测数据，其中，稀疏遥测数据包括：月球车帆板的太阳入射角和输出电流。
需要说明的是，本发明实施例中月球车帆板是在月球车上安装的太阳帆板，包括：+Y侧太阳帆板和－Y侧太阳帆板。
一个实施例中，在上述S101中，可以采集月球车帆板在目标时间段内的稀疏遥测数据，其中，目标时间段为太阳高度角大于预设高度角的时间段。目标时间段可以是但不限于月球车处于静止状态的月午时段。
通常，太阳高度角大于预设高度角的目标时间段包括：太阳入射角单调递增的时间段和太阳入射角单调递减的时间段。
由于姿态误差会引起太阳入射角的计算误差，本发明实施例在计算太阳帆板入射角时，选取特定时段(例如，月球车处于静止状态的月午时段)，太阳高度角最高情况的数据作为一次测量样本，能够消除入射角计算的随机误差。可选地，在具体实施时，可以采集样本区间太阳入射角每变化一度时的静态定姿结果进行平均值处理，作为实际月球车姿态，消除漂移误差，对太阳入射角进行修正。
为了避免月球车本体遮挡对太阳帆板输出电流遥测造成误差，一个实施例中，本发明实施例中，在太阳入射角单调递增的时间段内，可以采集月球车上+Y侧太阳帆板的第一稀疏遥测数据；在太阳入射角单调递减的时间段内，可以采集月球车上－Y侧太阳帆板的第二稀疏遥测数据。
S102，根据稀疏遥测数据，提取月球车帆板输出电流的各个电流分层值和对应的特征入射角。
需要说明的是，月球车上太阳帆板输出电流遥测参数存在分层值ΔI，在一个分层值区间内，太阳帆板入射角处于包络区间范围内，如图2所示。该分层值对太阳帆板一年衰减率造成的误差在20％。为避免电流遥测精度内非线性变化带来的误差，本发明实施例中，选取太阳高度角大于预设高度角λv的时段(即目标时间段)内的数据作为测量样本数据，分别计算太阳高度角单调递增及单调递减过程每一个分层值特征电流对应的特征入射角值，通过加权平均处理得出修正入射角，作为每个特征电流对应的特征入射角。
在一个实施例中，上述S102可以通过如下步骤来实现：获取第一稀疏遥测数据中每个电流分层值最后出现的时刻，将每个电流分层值最后出现时刻对应的第一太阳入射角，确定为第一稀疏遥测数据中每个电流分层值对应的特征入射角；获取第二稀疏遥测数据中每个电流分层值最后出现的时刻，将每个电流分层值最后出现时刻对应的第二太阳入射角，确定为第二稀疏遥测数据中每个电流分层值对应的特征入射角；对第一稀疏遥测数据和第二稀疏遥测数据中同一电流分层值对应的特征入射角进行加权平均计算，得到各个电流分层值对应的特征入射角。
随着太阳入射角逐渐减小，太阳能帆板输出电流逐渐增大，从I-ΔI跳变为I并稳定在I时，记录当前入射角记为λin。同理，随着太阳入射角逐渐增大，太阳能帆板输出电流逐渐减小，从I+ΔI跳变为I并稳定在I时，记录入射角记为λout，两次入射角作为输出电流为I的入射角，本发明实施例中，将λout、λin作为每个电流分层值下的特征点。对每个电流分层值下的特征点进行加权平均处理，得到的修正特征点λx作为对应的时刻为特征时刻。
在月球车测量样本中，由于受到测控条件以及链路传输带宽限制，遥测数据存在不连续现象，对于滞环现象过程无法完全覆盖，导致记录入射角特征点丢失情况，本发明实施例中提供的入射角特征点选取方法流程如图3所示，将特征点寻找过程分为太阳入射角逐渐减小和逐渐增大两个部分，在每个部分中找到每个电流分层值最后出现的时刻，在这之后电流就稳定进入了下一个电流分层值，这个时刻对应的入射角就是λout或者λin。
对同一分层值电流的两组特征入射角进行加权方法如下：
k1＝sinλin,k2＝sinλout (2)
S103，根据月日距离和太阳入射角，对各个电流分层值进行归一化处理。
在具体实施时，可以根据月日距离，对各个电流分层值进行归一化处理的时候，通过如下公式对各个电流分层值进行归一化处理：
I'＝I×r^2/R0^2 (3)
进一步地，可以根据太阳入射角，通过如下公式对根据月日距离归一化处理后的各个电流分层值进行归一化处理：
I”＝I'/cosθ×cosθ0(4)
其中，I'表示根据月日距离归一化处理后的电流分层值；I表示月球车帆板输出电流的电流分层值(原始电流值)；r表示月日距离；R0表示预设距离；I”表示根据太阳入射角归一化处理后的电流分层值；θ表示太阳入射角；θ0表示预设角度。
需要说明的是，月日距离变化范围在1.47～1.52亿公里，距离的变化对于输出电流影响最大约为9％，因此仅考虑输出电流与入射角的关系，不能准确描述其发电能力。本发明实施例对每一分层值下电流I进行距离的归一化，换算成同一距离R0得到I'。太阳能帆板的电流值与太阳入射角的余弦值成正比关系，为了在同等条件下，分析太阳能帆板的电流值，本发明实施例对电流值I'进行太阳入射角的归一化得到I”，当θ0＝0°时，I”为太阳垂直入射时的电流值。
S104，根据归一化处理后的各个电流分层值和对应的特征入射角，确定历次月昼期间月球车帆板输出电流与太阳入射角的关系曲线。
在具体实施时，统计历次月昼期间分层值电流I及对应的修正特征入射角λx，拟合出关系曲线In＝fn(λx)。
S105，根据历次月昼期间月球车帆板输出电流与太阳入射角的关系曲线，提取历次月昼期间同一太阳入射角下月球车帆板的输出电流，拟合出不同太阳入射角下月球车帆板输出功率的功率衰减曲线。
在具体实施时，提取历次月昼中相同入射角特征点λi对应的电流
其中，
接着，计算不同入射角下的帆板功率衰减率
其中，
S106，根据不同太阳入射角下月球车帆板输出功率的功率衰减曲线，确定月球车帆板输出功率的衰减率。
具体地，上述S106可以通过如下步骤来实现：根据不同特征入射角下月球车帆板输出功率的功率衰减曲线，计算不同特征入射角下月球车帆板输出功率的衰减率；对不同特征入射角下月球车帆板输出功率的衰减率进行加权平均计算，得到月球车帆板输出功率的衰减率。
在一个实施例中，可以通过如下公式计算不同特征入射角下月球车帆板输出功率的衰减率：
由上可知，本发明实施例中提供的基于稀疏遥测的月球车帆板功率衰减确定方法，对姿态误差进行修正，距离、入射角进行归一化处理，对稀疏遥测电流对应特征点入射角进行滞环修正处理，利用归一化后的样本数据计算出历次月昼太阳帆板的电流与特征入射角关系曲线；提取历次月昼同一入射角下的电流样本数据，拟合出不同入射角下的电流衰减曲线，并计算出衰减率，最后对不同入射角下的衰减率进行加权修正，得到的综合修正衰减率作为月球车太阳帆板功率衰减率。
本发明实施例中提供的基于稀疏遥测的月球车帆板功率衰减确定方法，能够消除月球车姿态测量精度引起的太阳帆板入射角误差，通过滞环计算逻辑消除电流遥测分层值及稀疏遥测带来的边界值不确定问题，并对距离、入射角度进行一致性处理，得到相同条件下的帆板输出电流与时间的关系，并拟合出衰减率曲线，给出功率衰减的确定方法，该方法对于掌握月球车性能状态及健康度特性有较高工程应用价值。该方法在月球车唤醒时间计算中得到应用。
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种基于稀疏遥测的月球车帆板功率衰减确定装置，如下面的实施例所述。由于该装置解决问题的原理与基于稀疏遥测的月球车帆板功率衰减确定方法相似，因此该装置的实施可以参见基于稀疏遥测的月球车帆板功率衰减确定方法的实施，重复之处不再赘述。
图4为本发明实施例中提供的一种基于稀疏遥测的月球车帆板功率衰减确定装置示意图，如图4所示，该装置包括：稀疏遥测数据获取模块41、电流分层值和特征入射角确定模块42、归一化处理模块43、输出电流与太阳入射角关系确定模块44、功率衰减曲线拟合模块45和输出功率衰减率确定模块46。
其中，稀疏遥测数据获取模块41，用于获取稀疏遥测数据，其中，稀疏遥测数据包括：月球车帆板的太阳入射角和输出电流；电流分层值和特征入射角确定模块42，用于根据稀疏遥测数据，提取月球车帆板输出电流的各个电流分层值和对应的特征入射角；归一化处理模块43，用于根据月日距离和太阳入射角，对各个电流分层值进行归一化处理；输出电流与太阳入射角关系确定模块44，用于根据归一化处理后的各个电流分层值和对应的特征入射角，确定历次月昼期间月球车帆板输出电流与太阳入射角的关系曲线；功率衰减曲线拟合模块45，用于根据历次月昼期间月球车帆板输出电流与太阳入射角的关系曲线，提取历次月昼期间同一太阳入射角下月球车帆板的输出电流，拟合出不同太阳入射角下月球车帆板输出功率的功率衰减曲线；输出功率衰减率确定模块46，用于根据不同太阳入射角下月球车帆板输出功率的功率衰减曲线，确定月球车帆板输出功率的衰减率。
在一个实施例中，上述稀疏遥测数据获取模块41还用于采集月球车帆板在目标时间段内的稀疏遥测数据，其中，目标时间段为太阳高度角大于预设高度角的时间段。
在一个实施例中，上述稀疏遥测数据获取模块41还用于在太阳入射角单调递增的时间段内，采集月球车上+Y侧太阳帆板的第一稀疏遥测数据；以及在太阳入射角单调递减的时间段内，采集月球车上－Y侧太阳帆板的第二稀疏遥测数据。
在一个实施例中，上述电流分层值和特征入射角确定模块42还用于获取第一稀疏遥测数据中每个电流分层值最后出现的时刻，将每个电流分层值最后出现时刻对应的第一太阳入射角，确定为第一稀疏遥测数据中每个电流分层值对应的特征入射角；获取第二稀疏遥测数据中每个电流分层值最后出现的时刻，将每个电流分层值最后出现时刻对应的第二太阳入射角，确定为第二稀疏遥测数据中每个电流分层值对应的特征入射角；对第一稀疏遥测数据和第二稀疏遥测数据中同一电流分层值对应的特征入射角进行加权平均计算，得到各个电流分层值对应的特征入射角。
在一个实施例中，上述输出功率衰减率确定模块46还用于：根据不同特征入射角下月球车帆板输出功率的功率衰减曲线，计算不同特征入射角下月球车帆板输出功率的衰减率；对不同特征入射角下月球车帆板输出功率的衰减率进行加权平均计算，得到月球车帆板输出功率的衰减率。
在一个实施例中，上述输出功率衰减率确定模块46还用于通过公式(5)计算不同特征入射角下月球车帆板输出功率的衰减率。
在一个实施例中，上述归一化处理模块43还用于：根据月日距离，通过公式(3)对各个电流分层值进行归一化处理；根据太阳入射角，通过公式(4)对根据月日距离归一化处理后的各个电流分层值进行归一化处理。
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种计算机设备，用以解决现有技术无法对太阳能帆板输出功率的衰减情况进行准确预测，可能会影响到月球车正常工作的技术问题，图5为本发明实施例中提供的一种计算机设备示意图，如图5所示，该计算机设备50包括存储器501、处理器502及存储在存储器501上并可在处理器502上运行的计算机程序，处理器502执行计算机程序时实现上述基于稀疏遥测的月球车帆板功率衰减确定方法。
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种计算机可读存储介质，用以解决现有技术无法对太阳能帆板输出功率的衰减情况进行准确预测，可能会影响到月球车正常工作的技术问题，计算机可读存储介质存储有执行上述基于稀疏遥测的月球车帆板功率衰减确定方法的计算机程序。
综上所述，本发明实施例中提供了一种基于稀疏遥测的月球车帆板功率衰减确定方法、装置、计算机设备及计算机可读存储介质，在获取到月球车帆板的太阳入射角和输出电流后，提取月球车帆板输出电流的各个电流分层值和对应的特征入射角，进而根据月日距离和太阳入射角，对各个电流分层值进行归一化处理，并根据归一化处理后的各个电流分层值和对应的特征入射角，确定历次月昼期间月球车帆板输出电流与太阳入射角的关系曲线，然后根据历次月昼期间月球车帆板输出电流与太阳入射角的关系曲线，提取历次月昼期间同一太阳入射角下月球车帆板的输出电流，拟合出不同太阳入射角下月球车帆板输出功率的功率衰减曲线，最后根据不同太阳入射角下月球车帆板输出功率的功率衰减曲线，确定月球车帆板输出功率的衰减率。
通过本发明实施例，能够实现但不限于如下技术效果：
①实现对稀疏遥测下月球车帆板衰减率的准确计算；
②实现对月球车功率衰减特性的判断，明确衰减率计算流程及数据样本选取原则；
③实现对帆板功率衰减率的长期预测计算。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
