基于QMU的卫星电源系统抗辐射性能评估

基于QMU的卫星电源系统抗辐射性能评估

论文摘要

卫星电源系统长时间处于太空辐射环境中,容易受到辐射影响而导致系统材料损伤和性能退化,影响系统为卫星平台其它分系统和有效载荷提供能源的能力,并影响卫星寿命和任务可靠性。因此,科学合理地验证和评价系统抗辐射性能,分析和改进系统抗辐射加固设计,实现加固技术优化,对保证系统及卫星完成任务能力具有重要意义。现实中,由于实验经费、条件等因素的制约,卫星电源系统抗辐射性能评估具有小子样特点,即只能进行少量的关键部件抗辐射性能验证实验,系统级试验困难,系统抗辐射性能数据缺乏。因此,需要针对系统级辐射试验的样本量小和试验困难的工程实际,开展卫星电源系统抗辐射性能评估方法及应用研究,为型号研制提供亟需的技术支撑。论文提出基于QMU(Quantification of Margin and Uncertainty)方法系统抗辐射性能评估技术,以建模和仿真技术为基础,以系统试验和运行数据为依据,综合考虑系统抗辐射性能评估中各种不确定性因素的影响,获得系统抗辐射性能及其不确定度的估计,解决小子样条件下卫星电源系统抗辐射评估问题。论文主要开展了以下研究工作。(1)研究QMU原理、方法,提出基于QMU的系统抗辐射性能评估流程。(2)分析卫星电源系统的结构和功能,建立电源系统各模块数学模型。(3)对卫星电源系统元器件辐射损伤机理进行分析,确定辐射影响较大的关键元器件,即太阳电池和功率MOS器件,根据其辐射损伤机理,采用性能退化方法建立太阳电池和功率MOS器件的辐射损伤退化模型。(4)运用QMU方法,选择母线电压构造电源系统抗辐射性能通道,对卫星电源系统寿命初期和寿命末期的性能进行评估。论文研究表明,基于QMU的卫星电源系统抗辐射性能评估,可综合利用数学模型和计算机仿真方法,集成部件级试验数据,解决小子样条件下卫星电源系统抗辐射性评估问题。论文提出的模型和方法,对其它类似复杂系统性能评估问题也有借鉴意义。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 研究背景与意义
  • 1.2 国内外研究现状
  • 1.2.1 单元抗辐射评估
  • 1.2.2 系统抗辐射评估
  • 1.3 研究思路
  • 1.4 论文组织结构
  • 第二章 卫星电源系统原理
  • 2.1 电源系统功能和性能要求
  • 2.2 电源系统结构
  • 2.2.1 太阳电池阵
  • 2.2.2 蓄电池组
  • 2.2.3 电源控制器
  • 2.3 电源系统辐射损伤机理
  • 2.4 本章小结
  • 第三章 电源系统数学模型
  • 3.1 太阳电池阵的数学模型
  • 3.2 蓄电池组的数学模型
  • 3.3 主误差放大器(MEA)的数学模型
  • 3.4 充电调节器(BCR)的数学模型
  • 3.5 放电调节器(BDR)的数学模型
  • 3.6 分流调节器(S3R)的数学模型
  • 第四章 单元辐射损伤退化建模
  • 4.1 太阳电池辐射损伤退化建模
  • 4.1.1 位移损伤剂量法
  • 4.1.2 辐射损伤过程建模
  • 4.1.3 建模实例
  • 4.2 功率MOS器件辐射损伤退化建模
  • 4.2.1 功率MOS器件辐射损伤过程
  • 4.2.2 模型参数估计
  • 4.2.3 建模实例
  • 第五章 运用QMU方法对电源系统抗辐射性能仿真评估
  • 5.1 QMU基本原理
  • 5.1.1 确定性能指标和性能通道
  • 5.1.2 识别与描述不确定性
  • 5.1.3 阈值计算方法
  • 5.1.4 最优估计及其不确定度量化
  • 5.1.5 运用优良性指标,对系统性能进行认证和评估
  • 5.2 电源系统抗辐射性能仿真
  • 5.2.1 仿真软件结构和功能设计
  • 5.2.2 仿真软件实现
  • 5.3 电源系统抗辐射性能评估
  • 5.3.1 寿命初期的性能评估
  • 5.3.2 寿命末期的性能评估
  • 5.4 本章小结
  • 第六章 结束语
  • 6.1 论文主要工作与贡献
  • 6.2 下一步研究展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 作者在学期间取得的学术成果
  • 相关论文文献

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