航天器磁場(chǎng)標(biāo)定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于航天器的磁場(chǎng)標(biāo)定方法，利用大型磁環(huán)境模擬設(shè)備，在所述設(shè)備中心建立均勻的零磁場(chǎng)環(huán)境，零磁場(chǎng)環(huán)境的磁場(chǎng)均勻區(qū)大于航天器的外包絡(luò)，通過(guò)有限次數(shù)的磁場(chǎng)環(huán)境模擬、測(cè)量和計(jì)算，可以得到航天器在軌任意空間磁場(chǎng)環(huán)境下，任意工作狀態(tài)下的干擾磁場(chǎng)值。該方法考慮了剩磁場(chǎng)、工作磁場(chǎng)和感應(yīng)磁場(chǎng)的影響，能夠降低航天器磁場(chǎng)控制的難度，顯著提高航天器在軌磁場(chǎng)探測(cè)精度。根據(jù)目前實(shí)際應(yīng)用，標(biāo)定后能夠?qū)⒑教炱鞔艌?chǎng)干擾不確定量至少降低一個(gè)數(shù)量級(jí)。
【專利說(shuō)明】航天器磁場(chǎng)標(biāo)定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于航天器磁性測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于航天器的磁場(chǎng)標(biāo)定方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 航天器若裝備了對(duì)磁場(chǎng)敏感的設(shè)備，則其本身一般都有磁場(chǎng)控制要求，尤其是當(dāng) 裝備了用于空間磁場(chǎng)探測(cè)的磁強(qiáng)計(jì)時(shí)，對(duì)航天器自身產(chǎn)生的磁場(chǎng)要求非常嚴(yán)格。目前，通常 的做法是通過(guò)航天器研制全流程的磁性控制，從航天器設(shè)計(jì)、材料和器件選擇、生產(chǎn)和試驗(yàn) 環(huán)節(jié)等方面進(jìn)行控制，從而確保達(dá)到磁場(chǎng)控制指標(biāo)的要求。但其存在的問(wèn)題包括：一是經(jīng)濟(jì) 代價(jià)非常大，而且可能會(huì)影響項(xiàng)目研制進(jìn)度；二是對(duì)于精度非常高的航天器，即使做了大量 磁性控制工作，也存在達(dá)不到磁場(chǎng)指標(biāo)要求的情況。因此，該就需要通過(guò)航天器系統(tǒng)級(jí)的地 面磁場(chǎng)標(biāo)定，精確獲得航天器在各種狀態(tài)下所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，從而為航天器磁場(chǎng)評(píng)估、補(bǔ)償和 磁強(qiáng)計(jì)在軌數(shù)據(jù)修正提供直接的數(shù)據(jù)來(lái)源，保證處理后的航天器磁場(chǎng)滿足任務(wù)要求。
[0003] 針對(duì)上述問(wèn)題，需要開(kāi)發(fā)一種新型的航天器磁場(chǎng)標(biāo)定方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 航天器是一個(gè)造價(jià)高、可靠性要求非常高的系統(tǒng)。為了滿足磁場(chǎng)控制指標(biāo)而進(jìn)行 的磁性控制工作，往往代價(jià)大并可能會(huì)影響系統(tǒng)可靠性和研制進(jìn)度。本發(fā)明旨在通過(guò)地面 航天器磁場(chǎng)標(biāo)定的方法，獲得航天器在軌狀態(tài)下的磁場(chǎng)干擾量，并應(yīng)用于補(bǔ)償和數(shù)據(jù)修正， 提升航天器磁強(qiáng)計(jì)測(cè)量精度，降低工程研制難度。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：
[0006] -種用于航天器的磁場(chǎng)標(biāo)定方法，利用大型磁環(huán)境模擬設(shè)備，在所述設(shè)備中也建 立均勻的零磁場(chǎng)環(huán)境，零磁場(chǎng)環(huán)境的磁場(chǎng)均勻區(qū)大于航天器的外包絡(luò)，包括如下步驟：
[0007] (1)將安裝在無(wú)磁產(chǎn)品車上的航天器沿導(dǎo)軌推到磁環(huán)境模擬設(shè)備中也建立的零磁 場(chǎng)環(huán)境的磁場(chǎng)均勻區(qū)，調(diào)整航天器X、Y、Z軸和磁環(huán)境設(shè)備的X'、r、Z'使得兩者的H坐標(biāo) 軸對(duì)應(yīng)軸的指向一致，布置測(cè)量用的磁強(qiáng)計(jì)；
[0008] (2)在零磁場(chǎng)環(huán)境測(cè)量航天器在軌的所有工作狀態(tài)下的干擾磁場(chǎng)值；
[0009] (3)選擇航天器在軌的某個(gè)工作狀態(tài)，利用磁環(huán)境模擬設(shè)備，建立X、Y、Z軸方向上 的標(biāo)準(zhǔn)磁場(chǎng)，測(cè)量在不同環(huán)境磁場(chǎng)條件下航天器產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)值；
[0010] (4)通過(guò)計(jì)算，得到航天器在所有工作狀態(tài)、任意空間軌道磁場(chǎng)環(huán)境下所產(chǎn)生的干 擾磁場(chǎng)值。
[0011] 在步驟（2)中，通過(guò)建立航天器工作狀態(tài)1并保持，磁強(qiáng)計(jì)測(cè)量得到磁感應(yīng)強(qiáng)度 百1T，將航天器推離均勻區(qū)至少10m，測(cè)量得到本底磁干擾強(qiáng)度gD，計(jì)算得到零磁場(chǎng)中航天 器工作狀態(tài)1下的干擾磁感應(yīng)強(qiáng)度長(zhǎng)1 =宮IT -B。，重復(fù)建立航天器工作狀態(tài)2并保持， 然后重復(fù)測(cè)量，直至覆蓋所有在軌工作狀態(tài)，得到零磁場(chǎng)中所有工作狀態(tài)下的磁感應(yīng)強(qiáng)度 京二旨nT -音。，其中n表示航天器工作狀態(tài)序號(hào)。
[0012] 在步驟（3)中，先進(jìn)行感應(yīng)磁場(chǎng)標(biāo)定，利用磁環(huán)境模擬設(shè)備，在X方向建立標(biāo)準(zhǔn)磁 場(chǎng)，標(biāo)準(zhǔn)磁場(chǎng)范圍+BmJ,其中Bm"不小于航天器在軌最大空間環(huán)境磁場(chǎng)強(qiáng)度值，標(biāo)準(zhǔn) 磁場(chǎng)間隔取SOOOnT或1000化T，標(biāo)準(zhǔn)磁場(chǎng)設(shè)置數(shù)量為m，建立航天器工作狀態(tài)n，首先設(shè)置第 一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)，測(cè)量得到磁感應(yīng)強(qiáng)度，將航天器推走，測(cè)量本底磁感應(yīng)強(qiáng)度?X0，計(jì)算得 到感應(yīng)磁場(chǎng)強(qiáng)度旨。IX二BpJT - BfiXO -Bu,重復(fù)測(cè)量，得到航天器在m個(gè)標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)中工作 狀態(tài)n下的所有感應(yīng)磁場(chǎng)強(qiáng)度。
[0013] 進(jìn)一步地，在Y和Z方向采用與X方向相同的方法標(biāo)定，得到gnY和。
[0014] 在步驟（4)中，航天器在軌任意空間磁場(chǎng)條件中，任意工作狀態(tài)n下的總磁場(chǎng)值 為：Bn。= BnX + BnY + BnZ + Bn。
[0015] 利用本發(fā)明的方法，通過(guò)有限次數(shù)的磁場(chǎng)環(huán)境模擬、測(cè)量和計(jì)算，可W得到航天器 在軌任意空間磁場(chǎng)環(huán)境下，任意工作狀態(tài)下的干擾磁場(chǎng)值。該方法考慮了剩磁場(chǎng)、工作磁場(chǎng) 和感應(yīng)磁場(chǎng)的影響，能夠降低航天器磁場(chǎng)控制的難度，顯著提高航天器在軌磁場(chǎng)探測(cè)精度。 根據(jù)目前實(shí)際應(yīng)用，標(biāo)定后能夠?qū)⒑教炱鞔艌?chǎng)干擾不確定量至少降低一個(gè)數(shù)量級(jí)。

【具體實(shí)施方式】
[0016] W下介紹的是作為本發(fā)明所述內(nèi)容的【具體實(shí)施方式】，下面通過(guò)【具體實(shí)施方式】對(duì)本 發(fā)明的所述內(nèi)容作進(jìn)一步的闡明。當(dāng)然，描述下列【具體實(shí)施方式】只為示例本發(fā)明的不同方 面的內(nèi)容，而不應(yīng)理解為限制本發(fā)明范圍。
[0017] 本發(fā)明的用于航天器的磁場(chǎng)標(biāo)定方法，利用大型磁環(huán)境模擬設(shè)備，在所述設(shè)備中 也建立均勻的零磁場(chǎng)環(huán)境，零磁場(chǎng)環(huán)境的磁場(chǎng)均勻區(qū)大于航天器的外包絡(luò)，包括如下步 驟：
[0018] (1)按《QJ 20003-2011航天器磁性檢測(cè)方法》規(guī)定，選擇符合試驗(yàn)要求的系統(tǒng)級(jí) 磁環(huán)境模擬設(shè)備、測(cè)量?jī)x器和無(wú)磁工裝。
[0019] (2)利用系統(tǒng)級(jí)磁環(huán)境模擬設(shè)備建立零磁場(chǎng)環(huán)境，要求零磁場(chǎng)均勻區(qū)大于航天器 外包絡(luò)。
[0020] (3)將安裝在無(wú)磁產(chǎn)品車上的航天器沿導(dǎo)軌推到磁環(huán)境模擬設(shè)備磁場(chǎng)中也的磁場(chǎng) 均勻區(qū)，調(diào)整航天器X、Y、Z軸和設(shè)備的X、Y、Z軸指向一致，布置測(cè)量磁強(qiáng)計(jì)。
[0021] (4)建立航天器工作狀態(tài)1并保持，磁強(qiáng)計(jì)測(cè)量得到磁感應(yīng)強(qiáng)度官IT (矢量，包含 X、Y、Z H個(gè)分量），將航天器推離均勻區(qū)至少10m，測(cè)量得到本底磁干擾強(qiáng)度，計(jì)算得到 零磁場(chǎng)中航天器工作狀態(tài)1下的干擾磁感應(yīng)強(qiáng)度覃=^iT -豆0。
[002引妨重復(fù)第四步測(cè)量，直至覆蓋所有在軌工作狀態(tài)，得到零磁場(chǎng)中所有工作狀態(tài)下 的磁感應(yīng)強(qiáng)度長(zhǎng)長(zhǎng),.,T -B0,其中n表示航天器工作狀態(tài)序號(hào)。
[0023] (6)進(jìn)行感應(yīng)磁場(chǎng)標(biāo)定，利用磁環(huán)境模擬設(shè)備，在X方向建立標(biāo)準(zhǔn)磁場(chǎng)，標(biāo)準(zhǔn)磁 場(chǎng)范圍（-Bm"，+BmJ，其中Bm"不小于航天器在軌最大空間環(huán)境磁場(chǎng)強(qiáng)度值，標(biāo)準(zhǔn)磁場(chǎng)間 隔根據(jù)需要選擇合適的值（即標(biāo)準(zhǔn)磁場(chǎng)分別W間隔數(shù)值進(jìn)行變化），一般取SOOOnT或 100(K)nT，標(biāo)準(zhǔn)磁場(chǎng)設(shè)置數(shù)量為m。建立航天器工作狀態(tài)n，首先設(shè)置第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)，測(cè)量 得到磁感應(yīng)強(qiáng)度長(zhǎng)"XT，將航天器推走，測(cè)量本底磁感應(yīng)強(qiáng)度，計(jì)算得到感應(yīng)磁場(chǎng)強(qiáng)度 ^IilX二6。)([-良。)(0-長(zhǎng)。。重復(fù)測(cè)量，得到航天器在m個(gè)標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)中工作狀態(tài)n下的所有 感應(yīng)磁場(chǎng)強(qiáng)度官。mx。例如；航天器在軌環(huán)境磁場(chǎng)值在X方向?yàn)?400化T，則標(biāo)準(zhǔn)磁場(chǎng)可設(shè) 置為-25000nT、-20000nT、-15000nT、-lOOOOnT、-5000nT、0nT、5000nT、10000nT、15000nT、 20000nT、25000nT。
[0024] (7)假設(shè)航天器在軌環(huán)境磁場(chǎng)值X分量為By,且Bx的值介于標(biāo)準(zhǔn)磁場(chǎng)Bk和Bw之 間，則航天器工作狀態(tài)n下，在軌由環(huán)境磁場(chǎng)X分量作用，產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)BnX由標(biāo)準(zhǔn)磁場(chǎng) Bk和Bw產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)插值計(jì)算得到。
[002引 做在Y和Z方向采用步驟做（7)的方法標(biāo)定，得到旨。Y和旨。Z。
[0026] (9)航天器在軌任意空間磁場(chǎng)條件中，任意工作狀態(tài)n下的總磁場(chǎng)值為： 8?？偠?BnX + BnY + BnZ + Bn。
[0027] 綜合W上可知，本發(fā)明的核也在于分離航天器工作磁場(chǎng)和感應(yīng)磁場(chǎng)，同時(shí)將感應(yīng) 磁場(chǎng)的標(biāo)定離散化，通過(guò)有限次的測(cè)量，準(zhǔn)確計(jì)算得到航天器在軌任意工作狀態(tài)、任意軌道 磁場(chǎng)環(huán)境下的總干擾磁場(chǎng)值。
[0028] 盡管上文對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了詳細(xì)的描述和說(shuō)明，但應(yīng)該指明的是， 我們可W對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行各種改變和修改，但該些都不脫離本發(fā)明的精神和所附的權(quán) 利要求所記載的范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于航天器的磁場(chǎng)標(biāo)定方法，利用大型磁環(huán)境模擬設(shè)備，在所述設(shè)備中心建立 均勻的零磁場(chǎng)環(huán)境，零磁場(chǎng)環(huán)境的磁場(chǎng)均勻區(qū)大于航天器的外包絡(luò)，包括如下步驟： (1) 將安裝在無(wú)磁產(chǎn)品車上的航天器沿導(dǎo)軌推到磁環(huán)境模擬設(shè)備中心建立的零磁場(chǎng)環(huán) 境的磁場(chǎng)均勻區(qū)，調(diào)整航天器X、Y、Z軸和磁環(huán)境設(shè)備的X'、Y'、Z'使得兩者的三坐標(biāo)軸對(duì) 應(yīng)軸的指向一致，布置測(cè)量用的磁強(qiáng)計(jì)； (2) 在零磁場(chǎng)環(huán)境測(cè)量航天器在軌的所有工作狀態(tài)下的干擾磁場(chǎng)值； (3) 選擇航天器在軌的某個(gè)工作狀態(tài)，利用磁環(huán)境模擬設(shè)備，建立X、Y、Z軸方向上的標(biāo) 準(zhǔn)磁場(chǎng)，測(cè)量在不同環(huán)境磁場(chǎng)條件下航天器產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)值； (4) 通過(guò)計(jì)算，得到航天器在所有工作狀態(tài)、任意空間軌道磁場(chǎng)環(huán)境下所產(chǎn)生的干擾磁 場(chǎng)值。
2. 如權(quán)利要求1所述的磁場(chǎng)標(biāo)定方法，其中在步驟（2)中，通過(guò)建立航天器工作狀態(tài) 1并保持，磁強(qiáng)計(jì)測(cè)量得到磁感應(yīng)強(qiáng)度：Sit，將航天器推離均勻區(qū)至少l〇m，測(cè)量得到本底磁 干擾強(qiáng)度瓦，計(jì)算得到零磁場(chǎng)中航天器工作狀態(tài)1下的干擾磁感應(yīng)強(qiáng)度艮=Sit -民，重 復(fù)建立航天器工作狀態(tài)2并保持，然后重復(fù)測(cè)量，直至覆蓋所有在軌工作狀態(tài)，得到零磁場(chǎng) 中所有工作狀態(tài)下的磁感應(yīng)強(qiáng)度另n =ΙηΤ -氧)，其中η表示航天器工作狀態(tài)序號(hào)。
3. 如權(quán)利要求2所述的磁場(chǎng)標(biāo)定方法，其中在步驟（3)中，先進(jìn)行感應(yīng)磁場(chǎng)標(biāo)定，利用 磁環(huán)境模擬設(shè)備，在X方向建立標(biāo)準(zhǔn)磁場(chǎng)，標(biāo)準(zhǔn)磁場(chǎng)范圍（_Bmax，+Bmax),其中Bmax不小于航天 器在軌最大空間環(huán)境磁場(chǎng)強(qiáng)度值，標(biāo)準(zhǔn)磁場(chǎng)間隔取5000ηΤ或ΙΟΟΟΟηΤ，標(biāo)準(zhǔn)磁場(chǎng)設(shè)置數(shù)量 為m，建立航天器工作狀態(tài)η，首先設(shè)置第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)，測(cè)量得到磁感應(yīng)強(qiáng)度"gnXT，將航天器 推走，測(cè)量本底磁感應(yīng)強(qiáng)度妄η5ω，計(jì)算得到感應(yīng)磁場(chǎng)強(qiáng)度百nlx =百nXT -gnX() - ,重 復(fù)測(cè)量，得到航天器在m個(gè)標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)中工作狀態(tài)η下的所有感應(yīng)磁場(chǎng)強(qiáng)度!Mnmx。
4. 如權(quán)利要求3所述的磁場(chǎng)標(biāo)定方法，其中在步驟（3)后，采用與X方向相同的方法標(biāo) 定Y方向和Z方向，得到：gnY和百ηΖ。
5. 如權(quán)利要求4所述的磁場(chǎng)標(biāo)定方法，其中在步驟（4)中，航天器在軌任意空間磁場(chǎng)條 件中，任意工作狀態(tài)η下的總磁場(chǎng)值為：Bnw = BnX + BnY + BnzBn。
【文檔編號(hào)】G01R33/02GK104237810SQ201410550718
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月16日
【發(fā)明者】肖琦, 孟立飛, 耿曉磊, 張文彬, 張艷景, 李娜, 史堯宜, 王 琦 申請(qǐng)人:北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所