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基于地面备份单机的卫星磁强计磁环境分析方法.pdf

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基于 地面 备份 单机 卫星 磁强计 环境 分析 方法
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摘要
申请专利号:

CN201910044500

申请日:

20190117

公开号:

CN109633510A

公开日:

20190416

当前法律状态:

公开

?#34892;?#24615;:

审中

法?#19978;?#24773;: 公开
IPC分类号: G01R35/00 主分类号: G01R35/00
申请人: 上海卫星工程研究所
发明人: 宗益燕;陶强;施伟璜;何赟晟
地址: 200240 上海市闵?#26143;?#21326;宁路251号
优先权:
专利代理机构: 31334 代理人: 李佳俊;郭国中
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法律状态
申请(专利)号:

CN201910044500

授权公告号:

法律状态公告日:

20190416

法律状态类型:

公开

摘要

本发明公开了一种基于地面备份单机的卫星磁强计磁环境分析方法,将地面备份磁强计在无磁转台上以一定角度间隔旋转一周,测量每个间隔角度的磁强计三方向数据,计算磁场矢量大小;将卫星放置在无磁转台上以同样角度间隔旋转一周,测量每个间隔角度星内磁强计三方向数据,计算磁场矢量大小;将星内磁强计测得的磁场矢量减去地面备份磁强计测得的磁场矢量,得各角度间隔卫星剩磁在星内磁强计处的磁场影响大小,求各角度计算结果的算术平均值,即为卫星剩磁场对磁强计处的影响。当测得的磁场强度小于卫星轨道环境磁场强度的1/10时,认为整星剩磁环境对磁强计无影响,否则需更改布局或进行磁优化设计。本发明可为磁强计的布局和设计优化提供支撑。

权利要求书

1.一种基于地面备份单机的卫星磁强计磁环境分析方法,其特征在于,包括如下步骤: 步骤1:将无磁转台布置在磁场测量室中央,然后将地面备份磁强计单机放置于无磁转台的中央,将磁强计与地面测试设备连接并导通;以10°或20°或30°为间隔转动无磁转台一周,并在每个间隔角度读取磁强计三方向的测量数据(BiX,BiY,BiZ)(i=1,2,3,...,n),则该角度处磁场强度矢量为步骤2:将地面备份磁强计从无磁转台上取下,并将卫星放置在无磁转台的中央,连接卫星地面供电和测试设备,按在轨稳态模式对卫星加电设置;以10°或20°或30°为间隔转动无磁转台一周,并在每个间隔角度读取星上磁强计三方向的测量数据(B′iX,B′iY,B′iZ)(i=1,2,3,...),则该处的磁场强度矢量为步骤3:计算卫星剩磁场产生的磁场强度,各间隔角度处的卫星剩磁场强度矢量为B″i=B′i-Bi(i=1,2,3,...,n),取各间隔角度处的卫星剩磁场强?#20154;?#26415;平均值,即可得到卫星在星内磁强计处的剩磁场强度矢量大小,具体为: 其中,n为卫星旋转一周的角度间隔数量,B″i为各间隔角度处的卫星剩磁场强度矢量; 步骤4:参照GJB/Z 19-1991《近地空间磁场》,获得卫星在轨的环境磁场强度B0,若则卫星剩磁对星内磁强计影响可忽略,否则需调整卫星布局或进行整星磁优化设计,使得卫星对磁强计的的磁场影响满足要求。 2.如权利要求1所述的基于地面备份单机的卫星磁强计磁环境分析方法,其特征在于,测得的卫星剩磁的磁场强度B一股需小于2000nT。

说明书


基于地面备份单机的卫星磁强计磁环境分析方法
技术领域


本发明涉及卫星试验技术领域,具体地,涉及卫星剩磁对星内磁强计影响测量与
分析方法,对于其它航天器可参考使用。


背景技术


磁强计是以地球磁场为基准,测量卫星姿态的敏感器。磁强计由于质量小,性能可
靠,消耗功率低,工作温度?#27573;?#23485;以及没有活动?#32771;?#31561;特点,得到了很广泛的应用。磁强计
本身是用来测量空间环境中磁场强度的。由于地球周围每一点的磁场强度都可以由地球磁
场模型事?#28909;?#23450;,因此利用卫星在轨磁强计测得的信息与地球磁场模型对比,便可以确定
出卫星相对于地球磁场的姿态。


由于地球磁场模型仅是对地球磁场的近似描述,?#28304;?#27169;型作为磁强计测量星体姿
态基准的测量精度不高。此外,某点地球磁场强度与该点距地心的距离的3次方成反比,因
此卫星轨道高度上地球磁场强度很弱,当航天器内部的剩磁过大时会超过地球磁场的影
响,从而影响磁强计的测?#20426;?br>

因此,卫星设计?#24065;环?#38754;需要严格控制整星及星上单机的剩磁,材料上选择低磁
甚至无磁材料;另?#29615;?#38754;在布局时磁强计远离剩磁较大的单机,如驱动机构、蓄电池?#21462;?br>

为了给磁强计提供一个较为“干净”的磁场环境,在地面研制阶段应准确评估卫星
剩磁对磁强计的影响,确保磁强计在轨能正常使用。目前,没有发现同本方法类似的说明或
报告,也尚未收集到国内外类似的资料。


发明内容


本发明的目的是提供一种基于地磁场特性的卫星磁强计磁环境分析方法,利用卫
星剩磁对星内磁强计影响大小和方向不变的特点,解决了在地磁场环境条件下分析卫星剩
磁对星内磁强计影响的问题,可为磁强计的布局和设计优化提供支撑。


本发明的目的通过以下技术方案实现:


一种基于地面备份单机的卫星磁强计磁环境分析方法,包括如下步骤:


步骤1:将无磁转台布置在磁场测量室中央,然后把地面备份磁强计单机放置于无
磁转台的中央,将磁强计与地面测试设备连接并导通;以10°(或20°、30°)为间隔转动无磁
转台一周,并在每个间隔角度读取磁强计三方向的测量数据(B
iX,B
iY,B
iZ)(i=1,2,3,...,
n),则该角度处磁场强度矢量为



步骤2:将地面备份磁强计从无磁转台上取下,并将卫星放置在无磁转台的中央,
连接卫星地面供电和测试设备,按在轨稳态模式对卫星加电设置;以10°(或20°、30°)为间
隔转动无磁转台一周,并在每个间隔角度读取星上磁强计三方向的测量数据(B′
iX,B′
iY,
B′
iZ)(i=1,2,3,...),则该处的磁场强度矢量为



步骤3:由于星上磁强计测得的磁场强度数据为地磁场和卫星剩磁场的叠加,因此
将星上磁强计测得的磁场强度减去地面备份磁强计测得的磁场强度,即可得到卫星剩磁场
产生的磁场强度,该处的卫星剩磁场强度矢量为B″
i=B′
i-B
i。由于卫星的剩磁场强度矢量
相对于星内磁强计为确定的,因此卫星的剩磁场强度矢量大小为
其中,n为
卫星旋转一周的角度间隔数量,B″
i为各间隔角度处的卫星剩磁场强度矢量;


步骤4:参照GJB/Z 19-1991《近地空间磁场》,获得卫星在轨的环境磁场强度B
0,若
卫星的剩磁场强度矢量大小
则卫星剩磁对星内磁强计影响可忽略,否则需调整卫
星布局或进行整星磁优化设计,使得卫星对磁强计的的磁场影响满足要求。


其中,一般低于1000km的近地轨道空间磁场强度约为20000~40000nT,因此测得
的卫星剩磁的磁场强度B需小于2000nT。


与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:


1、本发明解决了在地面环境条件下分析卫星剩磁对星内磁强计影响的问题;


2、本发明为磁强计地面布局和设计优化提供支撑。


附图说明


通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详?#35813;?#36848;,本发明的其它特征、
目的和优点将会变得更明显:


图1为本发明实施例基于地面备份单机的卫星磁强计磁环境分析方法流程图。


具体实施方式


下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术
人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术
人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明
的保护?#27573;А?br>

如图1所示,本发明实施例提供的基于地面备份单机的卫星磁强计磁环境分析方
法利用卫星剩磁对星内磁强计影响大小和方向不变的特点,首先将地面备份磁强计在无磁
转台上以一定角度间隔旋转一周,测量每个间隔角度的磁强计三方向数据,并计算磁场矢
量大小;再将卫星放置在无磁转台上以同样角度间隔旋转一周,测量每个间隔角度星内磁
强计三方向数据,并计算磁场矢量大小;将星内磁强计测得的磁场矢量减去地面备份磁强
计测得的磁场矢量,可得到各角度间隔卫星剩磁在星内磁强计处的磁场影响大小,求各角
度计算结果的算术平均值,即为卫星剩磁场对磁强计处的影响。当测得的磁场强度小于卫
星轨道环境磁场强度的1/10时,可认为整星剩磁环境对磁强计无影响,否则需更改布局或
进行磁优化设计;具体包括如下步骤:


步骤1:布置无磁转台和地面备份磁强计并调试。


具体为,步骤1.1:将无磁转台布置于磁场测量室中央;


步骤1.2:把地面备份磁强计单机放置于无磁转台的中央,并与地面测试设备连
接、导通;


步骤1.3:以10°(或20°、30°)为间隔转动无磁转台一周,并在每个间隔角度读取磁
强计三方向的测量数据(B
iX,B
iY,B
iZ)(i=1,2,3,...,n),则该角度处的磁场强度矢量为




步骤2:布置卫星并连接、测试;具体的:


步骤2.1:将地面备份磁强计从无磁转台上取下;


步骤2.2:将卫星放置在无磁转台的中央,连接地面供电和测试设备;


步骤2.3:卫星加电,按在轨稳态模式对星上单机进行设置;


步骤2.4:以10°(或20°、30°)为间隔转动无磁转台一周,并在每个间隔角度读取星
上磁强计三方向的测量数据(B′
iX,B′
iY,B′
iZ)(i=1,2,3,...),则该角度处的磁场强度矢量




步骤3:计算星上磁强计处的卫星剩磁场强度,各间隔角度处的卫星剩磁场强度矢
量大小B″
i为:


B″
i=B′
i-B
i (2)


则,星上磁强计处的卫星剩磁场强度矢量大小B″为:






步骤4:评估卫星剩磁场对星上磁强计影响;具体的:


步骤4.1:参照GJB/Z 19-1991《近地空间磁场》,获得卫星在轨的环境磁场强度B
0,
一般低于1000km的近地轨道空间磁场强度约为20000~40000nT;


步骤4.2:若卫星剩磁在星内磁强计位置产生的磁场强度B″满足:






则,卫星剩磁对星内磁强计影响可忽略,否则需调整卫星布局或进行整星磁优化
设计,使得卫星对磁强计的的磁场影响满足式(1)要求,一般需小于2000nT。


以上对本发明的具体实施进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特
定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的?#27573;?#20869;做出各种变形或修改,这并不影响
本发明的实质内容。


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