CN104237810A - 航天器磁场标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于航天器的磁场标定方法，利用大型磁环境模拟设备，在所述设备中心建立均匀的零磁场环境，零磁场环境的磁场均匀区大于航天器的外包络，通过有限次数的磁场环境模拟、测量和计算，可以得到航天器在轨任意空间磁场环境下，任意工作状态下的干扰磁场值。该方法考虑了剩磁场、工作磁场和感应磁场的影响，能够降低航天器磁场控制的难度，显著提高航天器在轨磁场探测精度。根据目前实际应用，标定后能够将航天器磁场干扰不确定量至少降低一个数量级。

Description

航天器磁场标定方法
技术领域
本发明属于航天器磁性测量技术领域，具体涉及一种用于航天器的磁场标定方法。
背景技术
航天器若装备了对磁场敏感的设备，则其本身一般都有磁场控制要求，尤其是当装备了用于空间磁场探测的磁强计时，对航天器自身产生的磁场要求非常严格。目前，通常的做法是通过航天器研制全流程的磁性控制，从航天器设计、材料和器件选择、生产和试验环节等方面进行控制，从而确保达到磁场控制指标的要求。但其存在的问题包括：一是经济代价非常大，而且可能会影响项目研制进度；二是对于精度非常高的航天器，即使做了大量磁性控制工作，也存在达不到磁场指标要求的情况。因此，这就需要通过航天器系统级的地面磁场标定，精确获得航天器在各种状态下所产生的磁场，从而为航天器磁场评估、补偿和磁强计在轨数据修正提供直接的数据来源，保证处理后的航天器磁场满足任务要求。
针对上述问题，需要开发一种新型的航天器磁场标定方法。
发明内容
航天器是一个造价高、可靠性要求非常高的系统。为了满足磁场控制指标而进行的磁性控制工作，往往代价大并可能会影响系统可靠性和研制进度。本发明旨在通过地面航天器磁场标定的方法，获得航天器在轨状态下的磁场干扰量，并应用于补偿和数据修正，提升航天器磁强计测量精度，降低工程研制难度。
为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种用于航天器的磁场标定方法，利用大型磁环境模拟设备，在所述设备中心建立均匀的零磁场环境，零磁场环境的磁场均匀区大于航天器的外包络，包括如下步骤：
(1)将安装在无磁产品车上的航天器沿导轨推到磁环境模拟设备中心建立的零磁场环境的磁场均匀区，调整航天器X、Y、Z轴和磁环境设备的X’、Y’、Z’使得两者的三坐标轴对应轴的指向一致，布置测量用的磁强计；
(2)在零磁场环境测量航天器在轨的所有工作状态下的干扰磁场值；
(3)选择航天器在轨的某个工作状态，利用磁环境模拟设备，建立X、Y、Z轴方向上的标准磁场，测量在不同环境磁场条件下航天器产生的感应磁场值；
(4)通过计算，得到航天器在所有工作状态、任意空间轨道磁场环境下所产生的干扰磁场值。
在步骤(2)中，通过建立航天器工作状态1并保持，磁强计测量得到磁感应强度将航天器推离均匀区至少10m，测量得到本底磁干扰强度计算得到零磁场中航天器工作状态1下的干扰磁感应强度重复建立航天器工作状态2并保持，然后重复测量，直至覆盖所有在轨工作状态，得到零磁场中所有工作状态下的磁感应强度其中n表示航天器工作状态序号。
在步骤(3)中，先进行感应磁场标定，利用磁环境模拟设备，在X方向建立标准磁场，标准磁场范围(-Bmax,+Bmax),其中Bmax不小于航天器在轨最大空间环境磁场强度值，标准磁场间隔取5000nT或10000nT，标准磁场设置数量为m，建立航天器工作状态n，首先设置第一个标准场，测量得到磁感应强度将航天器推走，测量本底磁感应强度计算得到感应磁场强度 重复测量，得到航天器在m个标准场中工作状态n下的所有感应磁场强度
进一步地，在Y和Z方向采用与X方向相同的方法标定，得到和
在步骤(4)中，航天器在轨任意空间磁场条件中，任意工作状态n下的总磁场值为：
利用本发明的方法，通过有限次数的磁场环境模拟、测量和计算，可以得到航天器在轨任意空间磁场环境下，任意工作状态下的干扰磁场值。该方法考虑了剩磁场、工作磁场和感应磁场的影响，能够降低航天器磁场控制的难度，显著提高航天器在轨磁场探测精度。根据目前实际应用，标定后能够将航天器磁场干扰不确定量至少降低一个数量级。
具体实施方式
以下介绍的是作为本发明所述内容的具体实施方式，下面通过具体实施方式对本发明的所述内容作进一步的阐明。当然，描述下列具体实施方式只为示例本发明的不同方面的内容，而不应理解为限制本发明范围。
本发明的用于航天器的磁场标定方法，利用大型磁环境模拟设备，在所述设备中心建立均匀的零磁场环境，零磁场环境的磁场均匀区大于航天器的外包络，包括如下步骤：
(1)按《QJ 20003-2011航天器磁性检测方法》规定，选择符合试验要求的系统级磁环境模拟设备、测量仪器和无磁工装。
(2)利用系统级磁环境模拟设备建立零磁场环境，要求零磁场均匀区大于航天器外包络。
(3)将安装在无磁产品车上的航天器沿导轨推到磁环境模拟设备磁场中心的磁场均匀区，调整航天器X、Y、Z轴和设备的X、Y、Z轴指向一致，布置测量磁强计。
(4)建立航天器工作状态1并保持，磁强计测量得到磁感应强度(矢量，包含X、Y、Z三个分量)，将航天器推离均匀区至少10m，测量得到本底磁干扰强度计算得到零磁场中航天器工作状态1下的干扰磁感应强度
(5)重复第四步测量，直至覆盖所有在轨工作状态，得到零磁场中所有工作状态下的磁感应强度其中n表示航天器工作状态序号。
(6)进行感应磁场标定，利用磁环境模拟设备，在X方向建立标准磁场，标准磁场范围(-Bmax,+Bmax),其中Bmax不小于航天器在轨最大空间环境磁场强度值，标准磁场间隔根据需要选择合适的值(即标准磁场分别以间隔数值进行变化)，一般取5000nT或10000nT，标准磁场设置数量为m。建立航天器工作状态n，首先设置第一个标准场，测量得到磁感应强度将航天器推走，测量本底磁感应强度计算得到感应磁场强度重复测量，得到航天器在m个标准场中工作状态n下的所有感应磁场强度例如：航天器在轨环境磁场值在X方向为24000nT，则标准磁场可设置为-25000nT、-20000nT、-15000nT、-10000nT、-5000nT、0nT、5000nT、10000nT、15000nT、20000nT、25000nT。
(7)假设航天器在轨环境磁场值X分量为Bx，且Bx的值介于标准磁场Bk和Bk+1之间，则航天器工作状态n下，在轨由环境磁场X分量作用，产生的感应磁场由标准磁场Bk和Bk+1产生的感应磁场插值计算得到。
(8)在Y和Z方向采用步骤(6)(7)的方法标定，得到和
(9)航天器在轨任意空间磁场条件中，任意工作状态n下的总磁场值为：
综合以上可知，本发明的核心在于分离航天器工作磁场和感应磁场，同时将感应磁场的标定离散化，通过有限次的测量，准确计算得到航天器在轨任意工作状态、任意轨道磁场环境下的总干扰磁场值。
尽管上文对本发明的具体实施方式进行了详细的描述和说明，但应该指明的是，我们可以对上述实施方式进行各种改变和修改，但这些都不脱离本发明的精神和所附的权利要求所记载的范围。

Claims (5)

1.一种用于航天器的磁场标定方法，利用大型磁环境模拟设备，在所述设备中心建立均匀的零磁场环境，零磁场环境的磁场均匀区大于航天器的外包络，包括如下步骤：
(1)将安装在无磁产品车上的航天器沿导轨推到磁环境模拟设备中心建立的零磁场环境的磁场均匀区，调整航天器X、Y、Z轴和磁环境设备的X’、Y’、Z’使得两者的三坐标轴对应轴的指向一致，布置测量用的磁强计；
(2)在零磁场环境测量航天器在轨的所有工作状态下的干扰磁场值；
(3)选择航天器在轨的某个工作状态，利用磁环境模拟设备，建立X、Y、Z轴方向上的标准磁场，测量在不同环境磁场条件下航天器产生的感应磁场值；
(4)通过计算，得到航天器在所有工作状态、任意空间轨道磁场环境下所产生的干扰磁场值。
2.如权利要求1所述的磁场标定方法，其中在步骤(2)中，通过建立航天器工作状态1并保持，磁强计测量得到磁感应强度将航天器推离均匀区至少10m，测量得到本底磁干扰强度计算得到零磁场中航天器工作状态1下的干扰磁感应强度重复建立航天器工作状态2并保持，然后重复测量，直至覆盖所有在轨工作状态，得到零磁场中所有工作状态下的磁感应强度其中n表示航天器工作状态序号。
3.如权利要求2所述的磁场标定方法，其中在步骤(3)中，先进行感应磁场标定，利用磁环境模拟设备，在X方向建立标准磁场，标准磁场范围(-Bmax,+Bmax),其中Bmax不小于航天器在轨最大空间环境磁场强度值，标准磁场间隔取5000nT或10000nT，标准磁场设置数量为m，建立航天器工作状态n，首先设置第一个标准场，测量得到磁感应强度将航天器推走，测量本底磁感应强度计算得到感应磁场强度重复测量，得到航天器在m个标准场中工作状态n下的所有感应磁场强度
4.如权利要求3所述的磁场标定方法，其中在步骤(3)后，采用与X方向相同的方法标定Y方向和Z方向，得到和
5.如权利要求4所述的磁场标定方法，其中在步骤(4)中，航天器在轨任意空间磁场条件中，任意工作状态n下的总磁场值为：
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