CN104391260A - 航天器及其产品磁矩自适应动态测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种航天器及其产品磁矩自适应动态测试方法，包括：设置航天器及其产品状态，布置产品磁强计传感器和背景磁强计传感器；旋转无磁转台，进行数据采集与异常剔除；计算背景磁感应强度；计算产品磁感应强度；计算航天器及其产品磁矩值。本发明解决了在地磁环境中通过背景磁场自主监测与剔除的方法，用较为经济的方法近似模拟零磁环境，实现精确测试航天器及其产品磁矩的问题。

Description

航天器及其产品磁矩自适应动态测试方法

技术领域

本发明涉及航天器技术领域，具体地，涉及一种航天器及其产品磁矩自适应动态测试方法。

背景技术

近地轨道航天器在地磁环境下，航天器磁矩会产生磁干扰力矩，影响其在轨姿态。另外，若磁矩较大则也会对航天器的电磁兼容性产生一定的影响。因此，在地面研制时，一般需要测量航天器剩磁矩大小与方向。

航天器主要磁矩由永磁矩、感磁矩和杂散磁矩三部分组成。轨道地磁场产生的感磁矩不构成姿控的干扰力矩。因此，航天器的地面磁矩测试主要进行永磁矩和杂散磁矩的测试。

最常使用的方法是磁场作图法，即将航天器及其产品放在地磁场或零磁线圈系统中央的无磁转台上旋转，在距离航天器及其产品一定距离处放置若干磁强计传感器，测量航天器及其产品周围空间的磁场，通过一定的数学反演，求得其磁矩。主要的磁场作图法有：偶极子法(远场法)、球面作图法、赤道作图法(近场分析法)。

目前，近场分析法是航天器及其产品磁矩测试的主要方法，可在零磁环境中，也可在地磁环境中进行测量。然而，在地面模拟近似零磁环境需要采用高导磁率金属，如坡莫合金、圆钢、2Cr13不锈钢等，建造屏蔽空间进行磁屏蔽，所需造价较高；在地磁环境中进行磁矩测量，则由于垂直地面的地磁分量在绝大部分测试区都有一个不能忽略的值，因此必须有航天器及其产品侧置90°的状态，增加了产品和试验过程的风险。而且，在地磁环境和零磁环境的测量，都对试验厂房的背景磁场环境提出了较高的要求，需要背景磁场的绝对值和波动较小。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种航天器及其产品磁矩自适应动态测试方法，在地磁环境中采用近场分析法，通过背景磁场自主监测与剔除，用较为经济的方法近似模拟零磁环境，实现精确测试航天器及其产品的磁矩。本发明提供的方法解决了对厂房背景磁场环境要求较高的问题。在地磁环境中不用侧置90°，仅在正置状态下测试，来计算航天器及其产品的磁矩，可减小磁矩测试过程的风险。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种航天器及其产品磁矩自适应动态测试方法，包括如下步骤：

步骤1：设置航天器及其产品状态，布置产品磁强计传感器和背景磁强计传感器；

步骤2：旋转无磁转台，进行数据采集与异常剔除；

步骤3：取每一方向(X、Y和Z)的背景磁强计传感器测量值的算术平均值，作为航天器及其产品测试区的背景磁感应强度。

步骤4：剔除背景磁场干扰，即将产品磁强计传感器的测量值减去步骤3的背景磁感应强度，计算产品的真实磁感应强度；

步骤5：根据产品的真实磁感应强度，计算得到航天器及其产品的磁矩。

优选地，所述步骤1包括如下步骤：

步骤1.1：将航天器及其产品放置于无磁转台上，推入测试区，连接电源和产品地面测试设备，设置产品状态；

步骤1.2：在航天器及其产品测试区地磁东西轴线上，呈线性放置3台三分量磁传感器。第一个磁强计传感器中心距离航天器及其产品中心距离r₁满足其中，D为航天器及其产品的包络直径；第二、第三个磁强计传感器中心距离第一个磁强计中心距离r₂、r₃分别满足r₂-r₁＞0.09，r₃-r₂＞0.09；

步骤1.3：在航天器及其产品测试区适当位置放置4个背景磁强计传感器，以确保所测得的磁感应强度能真实反应航天器及其产品处的背静磁感强度，且不受航天器及其产品磁性的影响。

在测试区的4个角上分别布置1个背景磁强计传感器。

在步骤2中，将无磁转台绕Z轴每隔10°作360°旋转，在每个角度上同时读取背景磁强计传感器测量值和产品磁强计传感器测量值其中，r为传感器探头中心到航天器及其产品中心的距离，i为产品磁强计传感器的编号(i＝1～3)，j为产品转动一周的测量点序号，为对应初始位置航天器及其产品转过的角度。测量过程中，若4个背景磁强计传感器任一方向(X,Y,Z)磁感应强度测量值有大于一设定阈值的跳变时，则认为该次背景环境有异常干扰，重新进行该角度的测量。

所述设计的阈值是10nT。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明解决了在地磁环境中，用较为经济的方法近似模拟零磁环境，精确测试航天器及其产品磁矩的问题；

2、本发明解决了航天器及其产品磁矩测试，对厂房背景磁场环境要求较高的问题；

3、采用本发明的方法，航天器及其产品磁矩测试过程中不用侧置90°，仅正置状态进行测试，即可计算航天器及其产品磁矩测试，减小了磁矩测试过程的风险。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明所提供的产品磁强计传感器布置示意图；

图2为本发明所提供的背景磁强计传感器布置示意图；

图3为本发明中航天器及其产品磁矩自适应动态测试示意图；

图4为本发明的步骤流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在本实施例中，如图1、图2所示，本发明提供的航天器及其产品磁矩自适应动态测试方法，包括如下步骤：

步骤1：设置航天器及其产品1状态，布置产品磁强计传感器2和背景磁强计传感器3；

优选的，包括：

步骤1.1：将航天器及其产品放置于无磁转台4上，推入测试区，连接电源和产品地面测试设备，设置产品状态；

步骤1.2：在航天器及其产品测试区地磁东西轴线上，根据航天器及其产品尺寸在适当距离处，呈线性放置3台三分量磁强计传感器，图3中5为赤道面。其中，第一个磁强计传感器中心距离航天器及其产品中心距离r₁满足：

$0.4<\frac{D}{r_1}<1.4---\left(1\right)$

式中，D为航天器及其产品的包络直径，第二、第三个磁强计传感器中心距离第一个磁强计传感器中心距离r₂、r₃满足：

r₂-r₁＞0.09   (2)

r₃-r₂＞0.09   (3)

步骤1.3：在航天器及其产品测试区适当位置放置4个背景磁强计传感器，以确保所测得的磁感应强度能真实反应航天器及其产品处的背景磁感强度，且不受航天器及其产品磁性的影响。

本实施例在测试区的4个角上分别布置1个背景磁强计传感器。

步骤2：旋转无磁转台，进行数据采集与异常剔除；

优选的，包括：

绕Z轴每隔10°作360°旋转，在每个角度上同时读取背景磁强计传感器测量值和产品磁强计传感器测量值 其中，r为传感器探头中心到航天器及其产品中心的距离，i为产品磁强计传感器的编号(i＝1～3)，j为产品转动一周的测量点序号，为对应初始位置航天器及其产品转过的角度。

测量过程中，若4个背景磁强计传感器任一方向(X,Y,Z)磁感应强度测量值有较大的跳变(如，10nT)，则认为该次背景环境有异常干扰，重新进行该角度的测量。

步骤3：取每一方向(X、Y和Z)4个背景磁强计传感器测量值的算术平均值，作为航天器及其产品测试区的背景磁感应强度(B_X0，B_Y0，B_Z0)，即：

步骤4：计算产品磁感应强度。剔除背景磁场干扰后的产品磁感应强度 为：

步骤5：计算航天器及其产品磁矩值。将产品磁感应强度 代入GJB7679“航天器磁设计及磁试验方法”的公式(6)～(9)，即可计算得到航天器及其产品的磁矩(M_X，M_Y，M_Z)。

以上对本发明的具体实施进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (5)

1.一种航天器及其产品磁矩自适应动态测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：设置航天器及其产品状态，布置产品磁强计传感器和背景磁强计传感器；

步骤2：旋转无磁转台，进行数据采集与异常剔除；

步骤3：取每一方向，包括X、Y和Z方向，背景磁强计传感器测量值的算术平均值，作为航天器及其产品测试区的背景磁感应强度；

步骤4：剔除背景磁场干扰，即将产品磁强计传感器的测量值减去步骤3的背景磁感应强度，计算产品的真实磁感应强度；

步骤5：根据产品的真实磁感应强度，得到航天器及其产品的磁矩。

2.根据权利要求1所述的航天器及其产品磁矩自适应动态测试方法，其特征在于，所述步骤1包括如下步骤：

步骤1.1：将航天器及其产品放置于无磁转台上，推入测试区，连接电源和产品地面测试设备，设置产品状态；

步骤1.2：在航天器及其产品测试区地磁东西轴线上，呈线性放置3台三分量磁传感器，第一个磁强计传感器中心距离航天器及其产品中心距离r₁满足其中，D为航天器及其产品的包络直径；第二、第三个磁强计传感器中心距离第一个磁强计中心距离r₂、r₃分别满足r₂-r₁＞0.09，r₃-r₂＞0.09；

步骤1.3：在航天器及其产品测试区适当位置放置4个背景磁强计传感器，以确保所测得的磁感应强度能真实反应航天器及其产品处的背景磁感强度，且不受航天器及其产品磁性的影响。

3.根据权利要求2所述的航天器及其产品磁矩自适应动态测试方法，其特征在于，所述步骤1.3中，在测试区的4个角上分别布置1个背景磁强计传感器。

4.根据权利要求2所述的航天器及其产品磁矩自适应动态测试方法，其特征在于，在步骤2中，将无磁转台绕Z轴每隔10°作360°旋转，在每个角度上同时读取背景磁强计传感器测量值和产品磁强计传感器测量值其中，r为传感器探头中心到航天器及其产品中心的距离，i为产品磁强计传感器的编号，i＝1～3，j为产品转动一周的测量点序号，为对应初始位置航天器及其产品转过的角，测量过程中，若4个背景磁强计传感器任一方向磁感应强度测量值有一大于阈值的跳变时，则认为该次背景环境有异常干扰，重新进行该角度的测量。

5.根据权利要求4所述的航天器及其产品磁矩自适应动态测试方法，其特征在于，所述阈值是10nT。