CN109725268A - 航天器磁信息高效测量系统及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航天器磁信息高效测量系统，包括“门型”无磁架和数据采集分析器，“门型”无磁架包括纵长的水平导轨，磁强计阵列门，磁强计基座，移动平台；纵长的水平导轨为无磁材料制成的水平导轨，水平导轨两侧的侧面上有刻度，下面装有滚轮和定位托；磁强计阵列门固定于水平导轨的中间，四个边上同样有刻度，若干磁强计分布于阵列门边框的四个边上；移动平台在水平导轨上平稳移动，表面分布定位孔，用于放置被测物，数据采集分析器包括数采设备和计算机，用于记录和计算磁信息，本发明还公开了一种测量方法。本发明的测量系统结构简单，可连续测量航天器多个面的磁信息，花费时间短，测量效率高；测量过程无需移动磁强计，且测量空间相对固定，保证了空间坐标系的稳定和测量数据的平面度。

Description

航天器磁信息高效测量系统及测量方法

技术领域

本发明属于磁场测量技术领域，具体涉及一种用于航天器磁信息测量系统及测量方法。

背景技术

空间磁场是构成航天器在轨运行环境的要素之一，而航天器自身带有多种磁性部件，表现出一定的磁性，空间磁场对航天器的磁力作用，会严重影响航天器一些重要部件的运转，以及自身的姿态控，同时会对在轨磁试验产生巨大影响。因此，对航天器的磁性做出准确的描述和评估，使其保持在一定范围内至关重要。

目前，在航天器地面磁性试验时，测量磁场时只用到一个或几个磁强计，安装于一根铝材杆上或铝材架上，测量点数目少，耗时费力；此外，为得到被测物体更多空间磁场信息，需要大量调整磁强计或被测物的位置，从而引起测量误差。特别是计算磁场梯度时，由于测点不同面，导致计算错误。随着航天技术的发展，航天器磁测试验要快速得到更加丰富和精准的磁信息，以完成航天器磁特性研究与磁试验的需求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种用于航天器磁信息测量系统及测量方法，通过“门型”无磁测量装置，快速、精准采集被测物多个测量面的磁场各分量数值，由数据采集分析系统计算出被测物测量面上各点的磁场总场值、磁梯度张量值和物体磁矩。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

航天器磁信息高效测量系统，包括“门型”无磁架、数据采集分析器。其中“门型”无磁架包含纵长的水平导轨，磁强计阵列门，磁强计基座，移动平台；磁强计安装于磁强计基座上，磁强计基座通过高强度尼龙螺丝安装于标有刻度的磁强计阵列门的四个框上，磁强计阵列门固定于标有刻度的水平导轨的中间，移动平台放置于水平导轨上，平台表面分布定位孔，用于放置被测物，平台可在水平导轨上平稳移动。其中，数据采集分析器包括数采设备和计算机，用于接收、记录和计算“门型”无磁架测量的磁信息。整个测量过程是通过把航天器固定在移动平台上，然后缓慢通过磁强计阵列门，在通过过程中，安装于阵列门上的多个磁强计会同时测量航天器多个面的磁场信息，待航天器完全通过后，磁信息被数据采集分析器记录和分析计算，然后得到航天器较全面的磁信息。

其中，磁强计通过磁强计基座固定在磁强计阵列门的四个边框上，数量和间距可调，用于安装磁强计。

其中，水平导轨下面的定位托在固定地方进行定位并且在高度上可升降以调节高度。

其中，移动平台上面布具有定位和锁定孔，通过螺栓穿过上述孔将被测物固定于移动平面上，移动平台在导轨上稳定移动，螺栓带有压缩弹簧，通过调节压缩弹簧，移动平台高度可升降。

其中，无磁材料为铝材。

其中，磁强计阵列门为铝制框架。

其中，移动平台为铝制薄板车。

其中，磁强计基座为树脂座。

其中，数采设备用于记录磁场信息。

其中，计算机为普通PC机，装有计算软件，用于计算和输出结果。

利用上述测量系统测量航天器磁信息的方法，包括以下步骤：

a.将航天器固定于“门型”无磁架的移动平台上，整个放置于磁屏蔽室；

b.按测试要求将磁强计通过基座安装于磁强计阵列门的边框上，磁强计通过数据线和数据采集分析器连接；

c.使移动平台缓慢通过磁强计阵列门，同时磁强计按移动间隔测量航天器一圈的磁场数据，直到航天器完全通过；

d.数据采集分析器建立航天器空间模型和空间磁场数据；

e.数据采集分析器计算航天器模型空间采集点的磁场总强度、磁场梯度张量和航天器整体磁矩；

f.结算结束后由计算机输出结果和图形。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1)测量系统和方法简单，不需要精心设计坐标系和布置磁强计位置；

2)测量效率高，可连续测量航天器多个面的磁信息，花费时间短；

3)测量精度高，测量过程无需移动磁强计，且测量空间相对固定，保证了空间坐标系的稳定和测量数据的平面度；

4)测量结果丰富完整，测量过程对航天器多面多点测量，并对信息进行了分析计算。

附图说明

图1为航天器磁信息测量系统结构示意图；

包括“门型”无磁架和数据采集分析器。

图2为“门型”无磁架结构示意图；

其中，1、水平导轨；2、磁强计阵列门；3、移动平台；4、磁强计基座。

图3为被测物通过磁强计阵列门后，一个测量面形成的采集网格点示意图，网格点的小方格为磁强计采集位置。

图4为计算磁场梯度张量信息的一个基本结构单元示意图，该计算单元结构在图3中有很多个。

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。

参照图1，图1为本发明的航天器磁信息测量系统的结构示意图。其中，本发明的航天器磁信息测量系统，包括“门型”无磁架和数据采集分析器。其中“门型”无磁架包括纵长的水平导轨，磁强计阵列门，磁强计基座，移动平台；纵长的水平导轨为无磁材料制成的水平导轨，水平导轨两侧的侧面上有刻度，下面装有滚轮和定位托；磁强计阵列门固定于水平导轨的中间，四个边上同样有刻度，若干磁强计分布于阵列门边框的四个边上；移动平台在水平导轨上平稳移动，表面分布定位孔，用于放置被测物。其中，数据采集分析器包括数采设备和计算机，用于记录和计算磁信息。整个测量是通过把航天器固定在移动平台上，然后缓慢通过磁强计阵列门，在通过过程中，安装于阵列门上的多个磁强计会同时测量航天器多个面的磁场信息，待航天器完全通过后，磁信息被数据采集分析器记录和分析计算，然后得到航天器较全面的磁信息。

以测量一个体积为50x50x50cm³的正方形卫星为例，本发明的高效测量方法具体过程如下：

1)将如图2的“门型”无磁架移动至磁屏蔽室，其中磁强计阵列门的四个边框各长80cm，移动平台为80x60cm²(长x宽)的铝制薄板车。

2)将卫星固定于移动平台中心，并调节平台高度，使卫星在通过磁强计阵列门时，处于中心位置。

3)在磁强计阵列门的四个边框上按10cm的间距布局磁强计基座，为保证均匀性先放4个基座在磁强计阵列门的四个角，然后每个边框再各布置7个基座，然后在基座上通过高强度尼龙螺栓固定安装磁强计，这样磁强计阵列门形成采集阵列，每个边框各有9个磁强计。

4)将所有磁强计数据线连接到数据采集分析器，并将移动平台推到磁强计阵列门前，以移动平台的前边缘和磁强计阵列门对齐为准。

5)开启数据采集分析器开始测量，以移动平台的前边缘和磁强计阵列门对齐为第一个测量时间点，缓慢移动移动平台，每前进10cm磁强计阵列门的所有磁强计就采集测量一次，直到平台完全通过，共采集9次。

6)数据采集分析器接收到测量信息，形成一个80x80x80cm³(x、y、z)的立方体测量空间，建立坐标系，且测量空间的上、下、左和右面上都有如图3一样的网格数据，每个网格点记录了该点的磁场三分量Bx，By，Bz。

7)由公式(1)计算各网格点的磁场总磁场信息B。

8)由数据采集分析器根据高斯-牛顿法计算卫星的整体磁矩信息M(Mx，My，Mz)。

9)按公式(2)由数据采集分析器按如图4的“十字型”结构单元计算各面上各网格点磁场梯度张量信息，其中P1～P5为磁场测量点，d为网格距离，g_ij为磁场梯度张量分量，B_ij为第i个测量点的磁场j分量。

10)由公式(3)得出其他4个梯度张量数据。

11)完成空间四个面的磁信息收集和计算，由计算机输出最终结果和图形。

尽管上文对本专利的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明专利的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本专利的保护范围之内。

Claims (10)

1.航天器磁信息高效测量系统，包括“门型”无磁架、数据采集分析器；其中“门型”无磁架包含纵长的水平导轨，磁强计阵列门，磁强计基座，移动平台；磁强计安装于磁强计基座上，磁强计基座通过高强度尼龙螺丝安装于标有刻度的磁强计阵列门的四个框上，磁强计阵列门固定于标有刻度的水平导轨的中间，移动平台放置于水平导轨上，平台表面分布定位孔，用于放置被测物，平台可在水平导轨上平稳移动，其中，数据采集分析器包括数采设备和计算机，用于接收、记录和计算“门型”无磁架测量的磁信息。

2.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于，磁强计通过磁强计基座固定在四个以下的边框上，数量和间距可调，用于安装磁强计。

3.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于，水平导轨下面的定位托在固定地方进行定位并且在高度上可升降以调节高度。

4.如权利要求1-3任一项所述的测量系统，其特征在于，移动平台上面布具有定位和锁定孔，通过螺栓穿过上述孔将被测物固定于移动平面上，移动平台在导轨上稳定移动，螺栓带有压缩弹簧，通过调节压缩弹簧，移动平台高度可升降。

5.如权利要求1-3任一项所述的测量系统，其特征在于，磁强计阵列门为铝制框架，形状可根据试验要求变化。

6.如权利要求1-3任一项所述的测量系统，其特征在于，移动平台为铝制薄板车。

7.如权利要求1任一项所述的测量系统，其特征在于，数采设备通过数据线一段连接磁强计，一段连接计算机，记录和传输测量数据。

8.如权利要求1任一项所述的测量系统，其特征在于，计算机接收数采设备的数据，计算和输出结果。

9.如权利要求1-8任一项所述的测量系统，其特征在于，“门型”无磁架整个没有磁性，通过数据线连接数据采集分析器。

10.利用权利要求1-9任一项所述的测量系统测量航天器磁信息的方法，包括以下步骤：

a.将航天器固定于“门型”无磁架的移动平台上，整个放置于磁屏蔽室；

b.按测试要求将磁强计通过基座安装于磁强计阵列门的边框上，磁强计通过数据线和数据采集分析器连接；

c.使移动平台缓慢通过磁强计阵列门，同时磁强计按移动间隔测量航天器一圈的磁场数据，直到航天器完全通过；

d. 数据采集分析器建立航天器空间模型和空间磁场数据；

e. 数据采集分析器计算航天器模型空间采集点的磁场总强度、磁场梯度张量和航天器整体磁矩；

f. 结算结束后由计算机输出结果和图形。