地磁場中進行星載磁強計干擾補償的方法技術

本發明專利技術提供地磁場中進行星載磁強計干擾補償的方法，避免傳統方法中需在零磁空間內進行的不足，降低試驗成本和外場試驗風險。同時相比其他地磁場中的干擾補償方法，采用剩磁、感磁同步補償，有效提升地磁場中星載磁強計干擾補償精度。步驟包括：步驟一、建立磁強計誤差補償模型M＝H

【技術實現步驟摘要】
地磁場中進行星載磁強計干擾補償的方法
本專利技術涉及航天
，特別涉及地磁場中進行星載磁強計干擾補償的方法。
技術介紹
星載磁場計在空間會產生剩磁干擾和感磁干擾，需要進行補償。在現有技術中，星載磁強計的干擾補償需要在零磁空間內進行，且剩磁和感磁分開補償。公開號為CN104210677A的中國專利申請中提供了一種磁干擾補償方法，包括：首先，整星放置在零磁空間，調整衛星本體坐標系與試驗室磁場坐標系三軸指向一致；其次，利用磁強計測量得到在剩磁場環境下的整星剩磁；接著，利用環境磁場模擬器模擬真實的地磁場，通過線圈通電流的方法產生可控磁場，在衛星的三軸方向別加載模擬的地磁場強度值，并利用磁強計測量得到該模擬地磁場環境下的整星的磁感應強度，從而確定磁強計感磁系數。所述方法需要在零磁空間進行，設備復雜，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180度的方法，來分離平面內兩軸的剩磁和感磁。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。傳統大衛星，感磁較小，該做法的誤差可以接受。對于感磁較大的微小衛星，該方法誤差較大，并不適用。
技術實現思路
本專利技術解決的問題是現有星載磁強計磁干擾補償方法在零磁空間進行，實驗復雜，成本高；為解決所述問題，本專利技術提供地磁場地磁場中進行星載磁強計干擾補償的方法。步驟一、根據剩磁及感磁特性，對干擾進行補償建模，并通過模型推導獲得12參數磁強計誤差補償模型M＝H-1·B。其中H為4組采樣點處標準磁場組成的矩陣，B為4組采樣點處星載磁強計測量磁場所組成的矩陣，M為同時包含剩磁和感磁參數的待求矩陣。步驟二：水平放置標準磁強計，確定地磁北向指向(X軸讀數最大，Y軸讀數幾乎為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：改變衛星放置方位，分別獲取4組星載磁強計的采樣點處磁場測量值，形成測量值矩陣B。并根據各向磁場真實值和衛星的放置方位，分別推算出四組采樣點的理論真實磁場值，形成矩陣H。采樣點選取需保證同時滿足：一、4組采樣點中心基本重合，保證星載磁強計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)。且要考慮衛星不同放置狀態下工裝的難易程度。二、4組采樣點處標準磁場形成的矩陣H可逆，且矩陣H的條件數須小于一定值(具體數值根據補償精度要求以及現場測量誤差情況而定，一般取50以下)。步驟四：根據推導公式和相關參數，完成對剩磁、感磁系數的同時求解。本專利技術的優點包括：實現在地磁場中進行星載磁強計的高精度補償，解決了現有技術中，高精度補償必須在零磁空間內進行，對試驗環境要求高，且需要昂貴的亥姆霍茲線圈等大型設備支持的問題。實現對剩磁、感磁的同步補償，解決了現有技術中，地磁場下進行磁干擾補償所存在的剩磁、感磁無法完全分離的問題，極大提高了地磁場下進行磁干擾補償的適用范圍和精度。本方案詳細實施步驟，相比現有技術，詳細提出了解決了地磁場梯度對補償影響，并提出避免參數擬合失真的具體解決方案。具體實施方式下文中，結合實施例對本專利技術的精神和實質作進一步闡述。本專利技術實施例提供的地磁場中進行星載磁強計干擾補償的方法，包括：步驟一：建立磁強計干擾綜合補償值計算方程M＝H-1·B其中M＝[MxxMyxMzxMxyMyyMzyMxzMyzMzzbxbybz]T；M包含感磁系數以及剩磁系數B'＝[bxbybz]T；H為真實地磁場值矩陣；B為星載磁強計測量值矩陣。磁強計干擾補償值計算方程的建立過程包括：步驟1.1：根據剩磁和感磁的不同特性，建立星載磁強計測量值[BxByBz]τ和真實地磁場[HxHyHz]τ的關系為：式(1)目前形式暫無法對參數進行求解。因此對該式進行改寫。步驟1.2：令三次測量結果分別為B1、B2、B3、B4，標準地磁場記為H1、H2、H3、H4，三軸剩磁分別為bx、by、bz，可將三組數據聯立，并寫為矩陣形式:可簡寫為：[B]＝[H]·[M]于是有：[M]＝[H]-1·[B]由于每組數據包含3個方程，即總計4組數據便可求得M內的12個未知數。綜上，本專利技術在地磁場中，通過標準地磁分量值，以及選取典型位置的星載磁強計采樣值，根據推導得出的12參數磁強計干擾補償值計算方程，實現在地磁場中對剩磁、感磁系數的一次求解。步驟二：水平放置標準磁強計，確定地磁北向指向(X軸讀數最大，Y軸讀數幾乎為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。根據步驟二獲取的各向地磁場是用來確定后續步驟中，采樣點處真實地磁場的值，例如，采樣點一處X軸與地磁北向平行，則采樣點一處X軸真實地磁場值即為地磁北向磁場值。該做法可以避免標準磁強計放置4次測量真實地磁場，通過放置一次，從而推算出4個采樣點的真實地磁場值，簡化試驗流程，同時也避免多次放置帶來的測量誤差。本實施例中，首先，利用標準磁強計獲得無磁轉臺中心固定高度處的地向、北向、東向的真實磁場值。完成后，標記地磁北向為轉臺0度，并拆卸標準磁強計。步驟三：改變衛星放置方位，分別獲取4組星載磁強計的采樣點處磁場測量值，形成測量值矩陣B。并根據各向磁場真實值和衛星的放置方位，分別推算出四組采樣點的理論真實磁場值，形成矩陣H。矩陣B和矩陣H的表達形式應為步驟一中所示。步驟3.1：采樣點選取采樣點選取指的是確認4個采樣點處，星載磁強計X、Y、Z各軸朝向，采樣點的確認直接關系到H矩陣的具體形式。總的來說，采樣點方位選取需滿足以下幾個條件：一、4組采樣點中心基本重合，保證星載磁強計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)。且要考慮衛星不同放置狀態下工裝的難易程度。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組采樣點處標準磁場形成的矩陣H可逆，且矩陣H的條件數須小于一定值(具體數值根據補償精度要求以及現場測量誤差情況而定，一般取50以下)。設定條件數閾值的目的是確保矩陣不會因為接近于奇異，而對微小測量誤差過于敏感。為減小條件數數值，典型點應盡可能包含X、Y、Z三軸正向和反向分別達到地磁北向或地向最大值，且采樣點應至少包含星體兩種工裝下的讀數值，即4個采樣點朝天軸不完全相同。符合要求的一組采樣點選取如下：序號磁強計X軸磁強計Y軸磁強計Z軸1北天東2西天北3地南西4地東南步驟3.2：確定真實地磁場矩陣H根據選取的采樣點和步驟二中的各向地磁場，即可推算出四個采樣點處，磁強計坐標系下的三軸真實地磁場值，分別記作：H1、H2、H3、H4,并且得到標準地磁場矩陣H。步驟3.3：確定星載磁強計測量值矩陣B將衛星置于地磁場中，利用星載磁強計測量所述四個采樣點的磁場強度，得到測量矩陣B；B＝[B1B2B3B4]T,Bi＝[BixBiyBiz],i＝1,2,3,4；具體做法是，將星體安裝于轉臺，使得星載磁強計探頭中心位于轉臺中心軸線，探頭中心高度與標準磁強計放置高度基本一致。調整轉臺及工裝，完成對4個典型位置的采樣，采樣過程中，需保持磁強計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本文檔來自技高網...

【技術保護點】
地磁場中進行星載磁強計干擾補償的方法，其特征在于，包括：步驟一、建立磁強計誤差補償模型M＝H

【技術特征摘要】
1.地磁場中進行星載磁強計干擾補償的方法，其特征在于，包括：步驟一、建立磁強計誤差補償模型M＝H-1·B，其中M＝[MxxMyxMzxMxyMyyMzyMxzMyzMzzbxbybz]T，M為同時包含剩磁系數B'＝[bxbybz]T和感磁系數的綜合干擾補償模型；B為4組采樣點處星載磁強計測量磁場所組成的矩陣，M為同時包含剩磁和感磁參數的待求矩陣；步驟二、利用標準磁強計確定地磁正北方向，并獲取北向、地向、東向理論真實磁場值；步驟三、獲取4組采樣點的星載磁強計的采樣值以及理論真實磁場值；步驟四：根據所述模型和步驟二、三獲取的參數，完成對剩磁、感磁系數的同時求解。2.依據權利要求1所述的地磁場中進行星載磁強計干擾補償的方法，其特征在于，建立同時包含剩磁和感磁參數的磁強計干擾補償模型，M＝H-1·B，其中M＝[MxxMyxMzxMxyMyyMzyMxzMyzMzzbxbybz]T

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉善伍，劉洋，容建剛，陳宏宇，吉彥超，王尊，高海云，
申請(專利權)人：上海微小衛星工程中心，
類型：發明
國別省市：上海,31