[發(fā)明專利]矢量磁力儀與星敏感器非正交安裝矩陣標(biāo)定系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911060935.8
• 申請(qǐng)日: 2019-11-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110849391B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙艷彬;張祎;廖鶴;馬偉;孔祥龍;徐毅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海衛(wèi)星工程研究所
• 主分類號(hào): G01C25/00
• 分類號(hào): G01C25/00
• 代理公司: 上海段和段律師事務(wù)所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國(guó)中

本發(fā)明提供了一種用于矢量磁力儀與星敏感器非正交安裝矩陣室外標(biāo)定系統(tǒng)及方法。包括矢量磁力儀、星敏感器、無(wú)磁轉(zhuǎn)臺(tái)、數(shù)據(jù)處理設(shè)備、地磁場(chǎng)監(jiān)測(cè)磁強(qiáng)計(jì)、標(biāo)量磁力儀、GPS接收機(jī)以及經(jīng)緯儀。主要解決了在室外精確獲知矢量磁力儀與星敏感器之間非正交安裝矩陣的問(wèn)題。在滿足觀星和磁梯度穩(wěn)定的室外條件下，將矢量磁力儀和星敏感器安裝在無(wú)磁轉(zhuǎn)臺(tái)上，通過(guò)多次旋轉(zhuǎn)換算出星敏感器與磁力儀間的安裝矩陣。具有操作簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高的特點(diǎn)，可用于空間磁場(chǎng)、重力場(chǎng)探測(cè)等科學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星等領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及衛(wèi)星領(lǐng)域，具體地，涉及一種用于矢量磁力儀與星敏感器非正交安裝矩陣室外標(biāo)定方法。

背景技術(shù)

地磁學(xué)是地球物理學(xué)和空間物理學(xué)的一個(gè)重要組成部分，是連接固體地球物理學(xué)與空間物理學(xué)的橋梁。它是由基本磁場(chǎng)與變化磁場(chǎng)兩部分組成的?；敬艌?chǎng)來(lái)源于地球內(nèi)部，研究它的變化及起源，是地球動(dòng)力學(xué)研究的重要內(nèi)容之一；變化的磁場(chǎng)則與電離層的變化和太陽(yáng)活動(dòng)等有關(guān)。對(duì)變化的磁場(chǎng)的研究是日地物理研究中的熱門課題。通過(guò)衛(wèi)星所觀測(cè)到的磁場(chǎng)的變化包括了上至太陽(yáng)活動(dòng)、星際空間、磁層、電離層活動(dòng)，下至地殼構(gòu)造、地震活動(dòng)、地球深部導(dǎo)電特征、地核變化的各種豐富的信息，衛(wèi)星能夠?yàn)榈厍蛭锢砗涂臻g物理研究提供全球高分辨率的科學(xué)數(shù)據(jù)，滿足科學(xué)研究的需求。矢量磁力儀是磁場(chǎng)信息獲取的關(guān)鍵器件，星敏感器是衛(wèi)星位姿確定的關(guān)鍵系統(tǒng)，因此，通過(guò)星敏感器確定矢量磁力儀的空間位姿是精確磁場(chǎng)信息獲取的必要保障。

500km高度地磁場(chǎng)強(qiáng)度幅在±50000nT范圍內(nèi)變化，矢量磁力儀空間方位角如果有2〃誤差，測(cè)得的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)在某一分量上的誤差則達(dá)到0.49nT，因此矢量磁力儀磁軸的確定是地磁場(chǎng)高精度測(cè)量的關(guān)鍵問(wèn)題。為精確獲得矢量磁力儀的三軸姿態(tài)，需要對(duì)磁測(cè)載荷磁軸與星敏光軸之間的安裝矩陣在地面進(jìn)行精確預(yù)標(biāo)定，以滿足地磁場(chǎng)測(cè)量的精度要求。

專利CN 106092106A專利采用的是以NED坐標(biāo)系為參考坐標(biāo)系，在零磁環(huán)境中，通過(guò)旋轉(zhuǎn)得到磁通門傳感器與NED坐標(biāo)系的歐拉角關(guān)系，以及星敏感器與NED坐標(biāo)系的歐拉角關(guān)系，最終得到星敏感器與磁通門傳感器的歐拉角關(guān)系，在整個(gè)標(biāo)定過(guò)程中星敏感器無(wú)法觀星，而是借助星模擬器進(jìn)行標(biāo)定，無(wú)法對(duì)矢量磁力儀磁軸和星敏感器光軸進(jìn)行直接關(guān)聯(lián)標(biāo)定。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種矢量磁力儀與星敏感器非正交安裝矩陣標(biāo)定系統(tǒng)及方法。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種矢量磁力儀與星敏感器非正交安裝矩陣標(biāo)定系統(tǒng)，包括矢量磁力儀1、星敏感器2、無(wú)磁轉(zhuǎn)臺(tái)3、數(shù)據(jù)處理設(shè)備4、地磁場(chǎng)監(jiān)測(cè)磁強(qiáng)計(jì)5、標(biāo)量磁力儀7、GPS接收機(jī)8以及經(jīng)緯儀9，其中：

矢量磁力儀1與星敏感器2共同構(gòu)成被測(cè)件，被測(cè)件放置在無(wú)磁轉(zhuǎn)臺(tái)3上；

矢量磁力儀1的球心置于無(wú)磁轉(zhuǎn)臺(tái)3旋轉(zhuǎn)軸線上；保證試驗(yàn)過(guò)程中星敏感器2至少有兩個(gè)可以同時(shí)觀星；

矢量磁力儀1和星敏感器2的輸出數(shù)據(jù)連接至數(shù)據(jù)處理設(shè)備4；

地磁場(chǎng)監(jiān)測(cè)磁強(qiáng)計(jì)5、GPS接收機(jī)8以及經(jīng)緯儀9均布置在無(wú)磁轉(zhuǎn)臺(tái)3周圍；

標(biāo)量磁力儀7放置在無(wú)磁轉(zhuǎn)臺(tái)3上。

優(yōu)選地，矢量磁力儀1安裝位置由監(jiān)測(cè)系統(tǒng)6監(jiān)測(cè)。

本發(fā)明還提供一種基于上述的矢量磁力儀與星敏感器非正交安裝矩陣標(biāo)定系統(tǒng)的矢量磁力儀與星敏感器非正交安裝矩陣標(biāo)定方法，包括如下步驟：

坐標(biāo)系建立步驟：在晴朗的夜空且地地磁場(chǎng)梯度1nT的外場(chǎng)試驗(yàn)環(huán)境下，在無(wú)磁轉(zhuǎn)臺(tái)3建立地理坐標(biāo)系；

轉(zhuǎn)換關(guān)系獲得步驟：通過(guò)地磁場(chǎng)監(jiān)測(cè)磁強(qiáng)計(jì)5測(cè)量地理坐標(biāo)系下的地磁矢量變化；通過(guò)標(biāo)量磁力儀7測(cè)量地理坐標(biāo)系下的標(biāo)量變化ΔB；通過(guò)GPS接收機(jī)8和經(jīng)緯儀9記錄試驗(yàn)過(guò)程中試驗(yàn)場(chǎng)地的時(shí)間和地理位置，獲得慣性坐標(biāo)系到地理坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系