本發(fā)明涉及航天
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及地磁場中進(jìn)行星載磁強(qiáng)計(jì)干擾補(bǔ)償?shù)姆椒ā?br>背景技術(shù)：
：星載磁場計(jì)在空間會產(chǎn)生剩磁干擾和感磁干擾，需要進(jìn)行補(bǔ)償。在現(xiàn)有技術(shù)中，星載磁強(qiáng)計(jì)的干擾補(bǔ)償需要在零磁空間內(nèi)進(jìn)行，且剩磁和感磁分開補(bǔ)償。公開號為CN104210677A的中國專利申請中提供了一種磁干擾補(bǔ)償方法，包括：首先，整星放置在零磁空間，調(diào)整衛(wèi)星本體坐標(biāo)系與試驗(yàn)室磁場坐標(biāo)系三軸指向一致；其次，利用磁強(qiáng)計(jì)測量得到在剩磁場環(huán)境下的整星剩磁；接著，利用環(huán)境磁場模擬器模擬真實(shí)的地磁場，通過線圈通電流的方法產(chǎn)生可控磁場，在衛(wèi)星的三軸方向別加載模擬的地磁場強(qiáng)度值，并利用磁強(qiáng)計(jì)測量得到該模擬地磁場環(huán)境下的整星的磁感應(yīng)強(qiáng)度，從而確定磁強(qiáng)計(jì)感磁系數(shù)。所述方法需要在零磁空間進(jìn)行，設(shè)備復(fù)雜，成本高。一些方法提出利用感磁和地磁場同向的原理，通過星體繞豎直軸在水平面旋轉(zhuǎn)180度的方法，來分離平面內(nèi)兩軸的剩磁和感磁。然而，該方法并未考慮到地向磁場對其他兩軸的感磁的影響無法消除的問題。傳統(tǒng)大衛(wèi)星，感磁較小，該做法的誤差可以接受。對于感磁較大的微小衛(wèi)星，該方法誤差較大，并不適用。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明解決的問題是現(xiàn)有星載磁強(qiáng)計(jì)磁干擾補(bǔ)償方法在零磁空間進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)復(fù)雜，成本高；為解決所述問題，本發(fā)明提供地磁場地磁場中進(jìn)行星載磁強(qiáng)計(jì)干擾補(bǔ)償?shù)姆椒ā２襟E一、根據(jù)剩磁及感磁特性，對干擾進(jìn)行補(bǔ)償建模，并通過模型推導(dǎo)獲得12參數(shù)磁強(qiáng)計(jì)誤差補(bǔ)償模型M＝H-1·B。其中H為4組采樣點(diǎn)處標(biāo)準(zhǔn)磁場組成的矩陣，B為4組采樣點(diǎn)處星載磁強(qiáng)計(jì)測量磁場所組成的矩陣，M為同時包含剩磁和感磁參數(shù)的待求矩陣。步驟二：水平放置標(biāo)準(zhǔn)磁強(qiáng)計(jì)，確定地磁北向指向(X軸讀數(shù)最大，Y軸讀數(shù)幾乎為0時的X軸指向定義為正北)，同時獲取地磁場的北向、東向、地向磁場值。步驟三：改變衛(wèi)星放置方位，分別獲取4組星載磁強(qiáng)計(jì)的采樣點(diǎn)處磁場測量值，形成測量值矩陣B。并根據(jù)各向磁場真實(shí)值和衛(wèi)星的放置方位，分別推算出四組采樣點(diǎn)的理論真實(shí)磁場值，形成矩陣H。采樣點(diǎn)選取需保證同時滿足：一、4組采樣點(diǎn)中心基本重合，保證星載磁強(qiáng)計(jì)任一軸垂直于地平面，同時另有一軸平行于地磁場正北向(符合條件的一組如X軸指向正北、Y軸指向正東，Z軸垂直地平面指向天)。且要考慮衛(wèi)星不同放置狀態(tài)下工裝的難易程度。二、4組采樣點(diǎn)處標(biāo)準(zhǔn)磁場形成的矩陣H可逆，且矩陣H的條件數(shù)須小于一定值(具體數(shù)值根據(jù)補(bǔ)償精度要求以及現(xiàn)場測量誤差情況而定，一般取50以下)。步驟四：根據(jù)推導(dǎo)公式和相關(guān)參數(shù)，完成對剩磁、感磁系數(shù)的同時求解。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括：實(shí)現(xiàn)在地磁場中進(jìn)行星載磁強(qiáng)計(jì)的高精度補(bǔ)償，解決了現(xiàn)有技術(shù)中，高精度補(bǔ)償必須在零磁空間內(nèi)進(jìn)行，對試驗(yàn)環(huán)境要求高，且需要昂貴的亥姆霍茲線圈等大型設(shè)備支持的問題。實(shí)現(xiàn)對剩磁、感磁的同步補(bǔ)償，解決了現(xiàn)有技術(shù)中，地磁場下進(jìn)行磁干擾補(bǔ)償所存在的剩磁、感磁無法完全分離的問題，極大提高了地磁場下進(jìn)行磁干擾補(bǔ)償?shù)倪m用范圍和精度。本方案詳細(xì)實(shí)施步驟，相比現(xiàn)有技術(shù)，詳細(xì)提出了解決了地磁場梯度對補(bǔ)償影響，并提出避免參數(shù)擬合失真的具體解決方案。具體實(shí)施方式下文中，結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)作進(jìn)一步闡述。本發(fā)明實(shí)施例提供的地磁場中進(jìn)行星載磁強(qiáng)計(jì)干擾補(bǔ)償?shù)姆椒ǎǎ翰襟E一：建立磁強(qiáng)計(jì)干擾綜合補(bǔ)償值計(jì)算方程M＝H-1·B其中M＝[MxxMyxMzxMxyMyyMzyMxzMyzMzzbxbybz]T；M包含感磁系數(shù)以及剩磁系數(shù)B'＝[bxbybz]T；H為真實(shí)地磁場值矩陣；B為星載磁強(qiáng)計(jì)測量值矩陣。磁強(qiáng)計(jì)干擾補(bǔ)償值計(jì)算方程的建立過程包括：步驟1.1：根據(jù)剩磁和感磁的不同特性，建立星載磁強(qiáng)計(jì)測量值[BxByBz]τ和真實(shí)地磁場[HxHyHz]τ的關(guān)系為：式(1)目前形式暫無法對參數(shù)進(jìn)行求解。因此對該式進(jìn)行改寫。步驟1.2：令三次測量結(jié)果分別為B1、B2、B3、B4，標(biāo)準(zhǔn)地磁場記為H1、H2、H3、H4，三軸剩磁分別為bx、by、bz，可將三組數(shù)據(jù)聯(lián)立，并寫為矩陣形式:可簡寫為：[B]＝[H]·[M]于是有：[M]＝[H]-1·[B]由于每組數(shù)據(jù)包含3個方程，即總計(jì)4組數(shù)據(jù)便可求得M內(nèi)的12個未知數(shù)。綜上，本發(fā)明在地磁場中，通過標(biāo)準(zhǔn)地磁分量值，以及選取典型位置的星載磁強(qiáng)計(jì)采樣值，根據(jù)推導(dǎo)得出的12參數(shù)磁強(qiáng)計(jì)干擾補(bǔ)償值計(jì)算方程，實(shí)現(xiàn)在地磁場中對剩磁、感磁系數(shù)的一次求解。步驟二：水平放置標(biāo)準(zhǔn)磁強(qiáng)計(jì)，確定地磁北向指向(X軸讀數(shù)最大，Y軸讀數(shù)幾乎為0時的X軸指向定義為正北)，同時獲取地磁場的北向、東向、地向磁場值。根據(jù)步驟二獲取的各向地磁場是用來確定后續(xù)步驟中，采樣點(diǎn)處真實(shí)地磁場的值，例如，采樣點(diǎn)一處X軸與地磁北向平行，則采樣點(diǎn)一處X軸真實(shí)地磁場值即為地磁北向磁場值。該做法可以避免標(biāo)準(zhǔn)磁強(qiáng)計(jì)放置4次測量真實(shí)地磁場，通過放置一次，從而推算出4個采樣點(diǎn)的真實(shí)地磁場值，簡化試驗(yàn)流程，同時也避免多次放置帶來的測量誤差。本實(shí)施例中，首先，利用標(biāo)準(zhǔn)磁強(qiáng)計(jì)獲得無磁轉(zhuǎn)臺中心固定高度處的地向、北向、東向的真實(shí)磁場值。完成后，標(biāo)記地磁北向?yàn)檗D(zhuǎn)臺0度，并拆卸標(biāo)準(zhǔn)磁強(qiáng)計(jì)。步驟三：改變衛(wèi)星放置方位，分別獲取4組星載磁強(qiáng)計(jì)的采樣點(diǎn)處磁場測量值，形成測量值矩陣B。并根據(jù)各向磁場真實(shí)值和衛(wèi)星的放置方位，分別推算出四組采樣點(diǎn)的理論真實(shí)磁場值，形成矩陣H。矩陣B和矩陣H的表達(dá)形式應(yīng)為步驟一中所示。步驟3.1：采樣點(diǎn)選取采樣點(diǎn)選取指的是確認(rèn)4個采樣點(diǎn)處，星載磁強(qiáng)計(jì)X、Y、Z各軸朝向，采樣點(diǎn)的確認(rèn)直接關(guān)系到H矩陣的具體形式?？偟膩碚f，采樣點(diǎn)方位選取需滿足以下幾個條件：一、4組采樣點(diǎn)中心基本重合，保證星載磁強(qiáng)計(jì)任一軸垂直于地平面，同時另有一軸平行于地磁場正北向(符合條件的一組如X軸指向正北、Y軸指向正東，Z軸垂直地平面指向天)。且要考慮衛(wèi)星不同放置狀態(tài)下工裝的難易程度。該考慮主要是為了減小地磁梯度對測量值的影響，同時通過正方向放置，使得推算H矩陣相對容易。二、4組采樣點(diǎn)處標(biāo)準(zhǔn)磁場形成的矩陣H可逆，且矩陣H的條件數(shù)須小于一定值(具體數(shù)值根據(jù)補(bǔ)償精度要求以及現(xiàn)場測量誤差情況而定，一般取50以下)。設(shè)定條件數(shù)閾值的目的是確保矩陣不會因?yàn)榻咏谄娈?，而對微小測量誤差過于敏感。為減小條件數(shù)數(shù)值，典型點(diǎn)應(yīng)盡可能包含X、Y、Z三軸正向和反向分別達(dá)到地磁北向或地向最大值，且采樣點(diǎn)應(yīng)至少包含星體兩種工裝下的讀數(shù)值，即4個采樣點(diǎn)朝天軸不完全相同。符合要求的一組采樣點(diǎn)選取如下：序號磁強(qiáng)計(jì)X軸磁強(qiáng)計(jì)Y軸磁強(qiáng)計(jì)Z軸1北天東2西天北3地南西4地東南步驟3.2：確定真實(shí)地磁場矩陣H根據(jù)選取的采樣點(diǎn)和步驟二中的各向地磁場，即可推算出四個采樣點(diǎn)處，磁強(qiáng)計(jì)坐標(biāo)系下的三軸真實(shí)地磁場值，分別記作：H1、H2、H3、H4,并且得到標(biāo)準(zhǔn)地磁場矩陣H。步驟3.3：確定星載磁強(qiáng)計(jì)測量值矩陣B將衛(wèi)星置于地磁場中，利用星載磁強(qiáng)計(jì)測量所述四個采樣點(diǎn)的磁場強(qiáng)度，得到測量矩陣B；B＝[B1B2B3B4]T,Bi＝[BixBiyBiz],i＝1,2,3,4；具體做法是，將星體安裝于轉(zhuǎn)臺，使得星載磁強(qiáng)計(jì)探頭中心位于轉(zhuǎn)臺中心軸線，探頭中心高度與標(biāo)準(zhǔn)磁強(qiáng)計(jì)放置高度基本一致。調(diào)整轉(zhuǎn)臺及工裝，完成對4個典型位置的采樣，采樣過程中，需保持磁強(qiáng)計(jì)始終位于探頭中心處，以減小磁場梯度引起的測量誤差。記4次采樣分別為B1、B2、B3、B4。步驟四、根據(jù)輸入?yún)?shù)，對該數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解。本發(fā)明無需零磁場環(huán)境的支持，只需在試驗(yàn)廠房內(nèi)地磁環(huán)境相對穩(wěn)定處進(jìn)行，極大降低試驗(yàn)設(shè)備成本。在干擾補(bǔ)償過程中，對剩磁、感磁進(jìn)行一次補(bǔ)償，避免了地磁場下進(jìn)行磁試驗(yàn)過程中，剩磁、感磁無法完全分離的問題，同時，簡化了試驗(yàn)流程。本發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3