[發明專利]一種基于磁梯度張量的航天器磁矩測試方法

有效

• 申請號: 201910868617.8
• 申請日: 2019-09-16
• 公開（公告）號: CN110568387B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 隨陽軼;劉珂;程浩;王梓驍;張明維;王康;劉世斌;畢忠華
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01R33/12
• 分類號: G01R33/12
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 張巖;王立文

本發明涉及一種基于磁梯度張量的航天器磁矩測試方法，解決了現有的近場分析法需建造專用零磁設備、測量方法復雜以及測試結果易受磁場等外部環境影響的技術問題。本發明基于磁梯度張量的航天器磁矩測試方法，對近場分析法進行改進，從近場分析法的理論基礎出發，用磁梯度張量值替換近場方程組中的磁場值，在試驗中將測量航天器及其部件的磁場值改為測量其磁梯度張量值。該方法受外干擾磁場的影響小，無需建造零磁設備，適用范圍更廣；無需復雜的誤差補償機制，更加靈活。

技術領域

本發明屬于航天器磁測試技術領域，具體涉及一種航天器磁矩測試方法，特別涉及一種基于磁梯度張量的航天器磁矩測試方法。

背景技術

在空間環境磁場中運行的航天器，會受到空間環境磁場多個方面的影響。一方面，航天器的在軌姿態會受到磁干擾力矩的影響，此干擾力矩是由航天器存在的剩磁矩、航天器內部的電流回路產生的磁矩與空間環境磁場相互作用產生的。另一方面，對于有探測空間環境磁場任務的航天器，會使用高靈敏度的磁傳感器。基于此，需嚴格要求航天器的磁清潔度以保證磁傳感器采集到的數據不會淹沒于航天器本身的磁性干擾中。因此，在航天器發射之前，必須對其進行磁測試確定航天器及其部件的剩磁矩、雜散磁矩和感磁矩，預估航天器在軌所處的磁性狀態以及航天器內部的磁特性，為合理選材、電流布線提供依據，為磁補償提供可靠的保證。

目前，最常用的航天器磁矩測試方法為近場分析法。在近場分析法中，航天器放置在地磁場或零磁線圈系統中央的無磁轉臺上，在至航天器一定距離處放置間隔固定的若干磁傳感器，旋轉無磁轉臺測量不同角度下的航天器的磁場值，該磁場值是旋轉角度的函數，可根據角度和該角度下的分布磁場值進行數學反演得到其磁矩值。

近場分析法可在零磁設備或地磁場環境中進行。在地磁場被人工磁場抵消的零磁場設備中，運用此方法可得到航天器的剩磁矩和雜散磁矩，不包含感磁矩。但是，大部分零磁場設備都屬于專用設備，開發周期長，設備集成度低，對空間的需求較大，不便移動和擴展。在地磁場中測量時，運用近場分析法得到的磁矩包含剩磁矩、雜散磁矩和感磁矩，需采用側置或倒置的方法得到不包含地磁產生的感磁矩的磁矩值。并且，在地磁場中測量會受到地磁場波動和工業磁場等外干擾磁場的影響。目前，有學者提出采用傳感器差值化(設置測量傳感器和參考傳感器)或誤差補償的方法來抵消外干擾磁場的影響。但是，差值化的方法對傳感器對軸間平行度要求較高，會增加測量誤差；閉環控制的方法需布置復雜的干擾磁場監測傳感器，且用補償的方法也不能完全解決地磁場等外部環境波動過大時對測試結果的影響，只能在凌晨等外部干擾相對較小的時間試驗。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，提供一種基于磁梯度張量的航天器磁矩測試方法，解決了現有的近場分析法需建造專用零磁設備、測量方法復雜以及測試結果易受磁場等外部環境影響的技術問題。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種基于磁梯度張量的航天器磁矩測試方法，包括以下步驟：

A、將航天器或其部件置于無磁轉臺上，在航天器或部件赤道面沿轉臺的x＇軸距離航天器或其部件中心r處放置磁梯度張量儀；

B、設置航天器或其部件的工作狀態；

C、磁梯度張量儀輸出歸零；

D、將無磁轉臺繞轉臺z＇軸每隔10°作360°旋轉，在每個角度上磁梯度張量儀測量B_ij(r,Φ)；

E、根據公式(1a)-(1c)、(2a)-(2c)以及(3)計算得到航天器x,y方向剩磁矩值M_x剩,M_y剩和z方向剩磁矩值與感磁矩疊加的磁矩值M_z剩+感；