專利名稱：地磁場中衛(wèi)星剩磁矩的測量系統(tǒng)及測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星剩磁矩的測量系統(tǒng)及測量方法，特別涉及一 種用于地磁場中的衛(wèi)星剩磁矩的測量系統(tǒng)及測量方法。
背景技術(shù)：
地球周圍有磁場，我們稱之為地磁場。近地軌道衛(wèi)星運(yùn)行在地磁 場的環(huán)境中。如果衛(wèi)星上有鐵磁物質(zhì)或者環(huán)電流，它們就會受到地磁 場的作用。這個(gè)作用的長期累積會對衛(wèi)星姿態(tài)產(chǎn)生影響。因此，有必 要在衛(wèi)星發(fā)射之前，對衛(wèi)星的磁性狀態(tài)進(jìn)行測量。
由于衛(wèi)星結(jié)構(gòu)和性能的要求，其結(jié)構(gòu)或部、組件需要采用一些硬 磁材料和軟磁材料。硬磁材料的磁性為自身特性，不會受到地磁場的 影響，而軟磁材料會因地磁場的存在而被磁化。目前測量衛(wèi)星剩磁矩 的環(huán)境主要有在零磁場環(huán)境中測量和在地磁場環(huán)境中測量兩種。在零 磁場環(huán)境中測量，可以基本避免地磁場對衛(wèi)星磁性的影響。但是由于 一些特殊原因，某些衛(wèi)星不能夠被運(yùn)輸?shù)胶教斐谴怒h(huán)境模擬試驗(yàn)室進(jìn) 行零磁場環(huán)境中的磁性測量，因此這些衛(wèi)星的剩磁矩測量不得不在地 磁場環(huán)境中進(jìn)行。
在地磁場環(huán)境中測量衛(wèi)星磁矩時(shí)，測量結(jié)果包含兩部分，即衛(wèi)星 的剩磁矩和由于地磁場造成的感磁矩，在數(shù)據(jù)處理的時(shí)候必須將這兩 部分分離，才能得到衛(wèi)星姿態(tài)控制所需要的衛(wèi)星剩磁矩的數(shù)據(jù)。以前，在地磁場環(huán)境中測量衛(wèi)星剩磁矩的方法主要有兩種， 一種是航天工業(yè) 總公司509所的翻轉(zhuǎn)測量方法，另一種是航天工業(yè)總公司511所的斜置 測量方法，由于條件限制和安全因素考慮，這兩種方法均不適用于航 天五院的衛(wèi)星。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種既簡單又易于實(shí)現(xiàn)的在地磁場中測量 衛(wèi)星剩磁矩的測量系統(tǒng)及測量方法，這種測量方法我們稱之為地磁取
向法。根據(jù)測量數(shù)據(jù)，用偶極子法計(jì)算出衛(wèi)星感磁矩的X分量和Y分量， 用赤道法計(jì)算出衛(wèi)星剩磁矩的X分量和Y分量。然后利用感磁矩同地磁 場方向一致的特性，推導(dǎo)出感磁矩的Z分量，最后利用感磁矩的Z分量 計(jì)算出衛(wèi)星剩磁矩的Z分量。
本發(fā)明的目的可由以下技術(shù)方案完成
一種地磁場中測量衛(wèi)星剩磁矩的測量系統(tǒng)，由可沿垂直軸水平 36(T旋轉(zhuǎn)的具有刻度的承載待測衛(wèi)星的轉(zhuǎn)臺、對稱布置于衛(wèi)星中心連 線兩側(cè)的兩個(gè)探測器支架、分別安裝于兩個(gè)探測器支架上的兩組探測 器、與探測器相連接的磁強(qiáng)計(jì)和與磁強(qiáng)計(jì)相連接的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組 成。探測器將感應(yīng)到的信號傳遞給對應(yīng)的磁強(qiáng)計(jì)，磁強(qiáng)計(jì)將信號傳遞 給數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行衛(wèi)星剩磁矩的計(jì)算。
其中，兩組探測器對稱布置于衛(wèi)星中心連線的兩側(cè)，每組探測器 包括三個(gè)探測器，以一定的間隔依次一字排列在探測器支架上，三個(gè) 探測器之間的間隔兩兩相等。其中，探測器的中心和衛(wèi)星的中心高度基本平齊，距離衛(wèi)星最近 的探測器與衛(wèi)星中心的距離為衛(wèi)星包絡(luò)球域半徑的1.0~1.5倍，距離 衛(wèi)星次近的探測器與衛(wèi)星中心的距離為距離衛(wèi)星最近的探測器與衛(wèi)
星中心距離的L3 1.4倍。
其中，探測器是三分量磁場探測器。
其中，測量系統(tǒng)還可以對衛(wèi)星的部、組件的剩磁矩進(jìn)行測量。 一種地磁場中測量衛(wèi)星剩磁矩的測量方法，衛(wèi)星固定于轉(zhuǎn)臺上， 從0°開始旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺，每旋轉(zhuǎn)IO。停止，探測器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，以此 類推直至360°。全部數(shù)據(jù)采集完畢后，將載有衛(wèi)星的轉(zhuǎn)臺推離試驗(yàn) 區(qū)10米以外，探測器采集地磁場值。
計(jì)算衛(wèi)星剩磁矩。利用旋轉(zhuǎn)過程的測量數(shù)據(jù)，用偶極子法計(jì)算出 衛(wèi)星感磁矩的X分量M^和Y分量M^;利用感磁矩同地磁場方向一
致的特性，計(jì)算出衛(wèi)星感磁矩的z分量m^ ，即 —Mi ，
其中小為地磁場傾角，cj)值通過地磁場值求出，即 0 = ,^^￡l=J，其中B。為地磁場的Z分量，B^為地磁場的X
分量，Bey為地磁場的Y分量；用赤道法計(jì)算出衛(wèi)星剩磁矩的X分量 Mm和Y分量M^利用旋轉(zhuǎn)過程的測量數(shù)據(jù)，用赤道法計(jì)算出衛(wèi)星Z 方向磁矩Mz，從中減去己求出的衛(wèi)星感磁矩的Z分量，得到衛(wèi)星剩 磁矩的Z分量，即Msz =MZ ;衛(wèi)星的剩磁矩就是
其中，測量方法還可以對衛(wèi)星的部、組件的剩磁矩進(jìn)行測量和計(jì)算。


圖1為衛(wèi)星剩磁矩的測量系統(tǒng)示意圖； 圖2為衛(wèi)星剩磁矩的測量方法流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細(xì)說明。
參照圖l， 一種地磁場中測量衛(wèi)星剩磁矩的測量系統(tǒng)，由可沿垂 直軸水平360°旋轉(zhuǎn)的具有刻度的承載待測衛(wèi)星的轉(zhuǎn)臺1、置于衛(wèi)星2 中心連線兩側(cè)對稱位置的兩個(gè)探測器支架3、分別安裝于兩個(gè)探測器 支架3上的兩組三分量磁場探測器4、與探測器相連接的磁強(qiáng)計(jì)(圖1 未示出)和與磁強(qiáng)計(jì)相連接的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(圖1未示出)組成。每 組探測器包括三個(gè)三分量磁場探測器4，三個(gè)三分量磁場探測器4之 間的距離兩兩相等，兩組三分量磁場探測器4以衛(wèi)星中心為軸成對稱 分布。探測器4的中心和衛(wèi)星2的中心基本平齊，距離衛(wèi)星2最近的 探測器與衛(wèi)星中心的距離為衛(wèi)星包絡(luò)球域半徑的1.0~1.5倍，距離衛(wèi) 星次近的探測器與衛(wèi)星中心的距離為距離衛(wèi)星最近的探測器與衛(wèi)星 中心距離的1.3~1.4倍。探測器4與磁強(qiáng)計(jì)相連接，磁強(qiáng)計(jì)與數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)相連接。探測器將感應(yīng)到的信號傳遞給對應(yīng)的磁強(qiáng)計(jì)，磁強(qiáng)計(jì) 將信號傳遞給數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行衛(wèi)星剩磁矩的計(jì)算。
衛(wèi)星固定于轉(zhuǎn)臺上，從(f開始旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺，每旋轉(zhuǎn)10°停止，進(jìn) 行數(shù)據(jù)采集，以此類推直至360°。全部數(shù)據(jù)采集完畢后，將載有衛(wèi)星的轉(zhuǎn)臺推離試驗(yàn)區(qū)IO米以外，探測器采集地磁場值。
在地磁場中測量的衛(wèi)星磁矩包含兩部分，即剩磁矩和感磁矩，要
得到衛(wèi)星的剩磁矩則必須將測量結(jié)果中的剩磁矩和感磁矩分離。
在測量過程中，衛(wèi)星剩磁矩的X分量和Y分量隨衛(wèi)星的旋轉(zhuǎn)而
旋轉(zhuǎn)，衛(wèi)星感磁矩的X分量和Y分量在衛(wèi)星旋轉(zhuǎn)過程中不發(fā)生變化。 因此，可以利用偶極子方法逐點(diǎn)平均，得到衛(wèi)星感磁矩的X分量M^ 和Y分量M^。
在求出感磁矩的X分量和Y分量后，可以利用感磁矩同地磁場 方向一致的特性，計(jì)算出衛(wèi)星感磁矩的Z分量，即
其中小為地磁場傾角，小值通過地磁場值求出，即
丑
其中Be為地磁場的Z分量，B^為地磁場的X分量，Bq為地磁 場的Y分量。
接下來利用旋轉(zhuǎn)過程的測量數(shù)據(jù)，用赤道法計(jì)算出衛(wèi)星剩磁矩的
X分量M"和Y分量^"用赤道法計(jì)算出衛(wèi)星Z方向磁矩^z，從中 減去已求出的衛(wèi)星感磁矩的Z分量，得到衛(wèi)星剩磁矩的Z分量，即 Msz =MZ -Mp ;衛(wèi)星的剩磁矩合量為禮《 +《+《,。
本發(fā)明的測量系統(tǒng)和測量方法還可以應(yīng)用到衛(wèi)星的部、組件的剩 磁矩測量上。
盡管上文對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
給予了詳細(xì)描述和說明，但是等效改變和修改，其所產(chǎn)生的功能作用仍未超出說明書及附圖所涵蓋 的精神時(shí)，均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種地磁場中測量衛(wèi)星剩磁矩的測量系統(tǒng)，由可沿垂直軸水平360°旋轉(zhuǎn)的具有刻度的承載被測衛(wèi)星的轉(zhuǎn)臺(1)、對稱布置于衛(wèi)星(2)中心連線兩側(cè)的兩個(gè)探測器支架(3)、分別固定于兩個(gè)探測器支架(3)上的兩組探測器(4)、與探測器(4)相連接的磁強(qiáng)計(jì)和與磁強(qiáng)計(jì)相連接的數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成，其特征在于，探測器(4)將感應(yīng)到的信號傳遞給對應(yīng)的磁強(qiáng)計(jì)，磁強(qiáng)計(jì)將信號傳遞給數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行衛(wèi)星剩磁矩的計(jì)算。
2、 如權(quán)利要求1所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，兩組探測器(4) 對稱布置于衛(wèi)星(2)中心連線的兩側(cè)，每組包括三個(gè)探測器(4)， 以一定的間隔依次一字排列在探測器支架(3)上，三個(gè)探測器(4) 之間的間隔兩兩相等。
3、 如權(quán)利要求2所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，探測器(4)的 中心和衛(wèi)星(2)的中心高度基本平齊，距離衛(wèi)星最近的探測器(4) 與衛(wèi)星中心的距離為衛(wèi)星包絡(luò)球域半徑的1.0~1.5倍，距離衛(wèi)星次近 的探測器與衛(wèi)星中心的距離為距離衛(wèi)星最近的探測器與衛(wèi)星中心距 離的1.3~1.4倍。
4、 如權(quán)利要求1 3中任意一項(xiàng)所述的測量系統(tǒng)，其特征在于， 探測器(4)是三分量磁場探測器。
5、 如權(quán)利要求1 3中任意一項(xiàng)所述的測量系統(tǒng)，其特征在于， 所述測量系統(tǒng)還可以對衛(wèi)星的部、組件的剩磁矩進(jìn)行測量。
6、 一種應(yīng)用權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)的系統(tǒng)來測量地磁場中衛(wèi)星剩 磁矩的測量方法，其特征在于，測量方法包括以下步驟衛(wèi)星固定于轉(zhuǎn)臺上，從0。開始旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(1)，每旋轉(zhuǎn)IO。停止，探測器(4)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，以此類推直至360°;將載有衛(wèi)星的轉(zhuǎn)臺推離試驗(yàn)區(qū)IO米以外，探測器(4)采集地磁 場值；計(jì)算衛(wèi)星感磁矩的X、 Y、 Z分量利用旋轉(zhuǎn)過程的測量數(shù)據(jù)及 感磁矩方向在旋轉(zhuǎn)測量過程中方向不變的特點(diǎn)，用偶極子法計(jì)算出衛(wèi)星感磁矩的X分量M^和Y分量Mw ;利用公式"gz = +<y,^ 計(jì)算出衛(wèi)星感磁矩的Z分量M^，其中小為地磁場傾角；計(jì)算衛(wèi)星剩磁矩的X、 Y、 Z分量利用旋轉(zhuǎn)過程的測量數(shù)據(jù)及 剩磁矩的X、 Y分量在旋轉(zhuǎn)測量過程中方向隨衛(wèi)星旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)的特 點(diǎn)，用赤道法計(jì)算出衛(wèi)星剩磁矩的X分量M^和Y分量M^用赤道 法計(jì)算出衛(wèi)星Z方向磁矩Mz，利用公式M^ -M,-Mg得到衛(wèi)星剩磁 矩的Z分量Mw ;計(jì)算衛(wèi)星剩磁矩合量利用公式M, ^M二+OM:,計(jì)算衛(wèi)星 剩磁矩Ms 。
7、如權(quán)利要求6所述的測量方法，其特征在于，所述測量方法 還可以對衛(wèi)星的部、組件的剩磁矩進(jìn)行測量和計(jì)算。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于地磁場中的衛(wèi)星剩磁矩的測量系統(tǒng)及測量方法。測量系統(tǒng)由承載待測衛(wèi)星的轉(zhuǎn)臺、探測器支架、探測器、與探測器相連接的磁強(qiáng)計(jì)和與磁強(qiáng)計(jì)相連接的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。被測衛(wèi)星固定于轉(zhuǎn)臺上，從0°開始旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺，每旋轉(zhuǎn)10°停止，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，以此類推直至360°。根據(jù)測量數(shù)據(jù)，用偶極子法計(jì)算出衛(wèi)星感磁矩的X分量和Y分量，用赤道法計(jì)算出衛(wèi)星剩磁矩的X分量和Y分量。然后利用感磁矩同地磁場方向一致的特性，推導(dǎo)出感磁矩的Z分量，最后利用感磁矩的Z分量計(jì)算出衛(wèi)星剩磁矩的Z分量。本發(fā)明簡單易行，可以在地磁場環(huán)境中測量衛(wèi)星的剩磁矩。
文檔編號G01R33/12GK101452063SQ20071019519
公開日2009年6月10日 申請日期2007年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月4日
發(fā)明者史堯宜, 忠 易, 王陳琪, 琦 肖, 馬慧媛 申請人:北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所