專利名稱：地磁場中衛星剩磁矩的測量系統及測量方法
技術領域：
本發明涉及一種衛星剩磁矩的測量系統及測量方法，特別涉及一 種用于地磁場中的衛星剩磁矩的測量系統及測量方法。
背景技術：
地球周圍有磁場，我們稱之為地磁場。近地軌道衛星運行在地磁 場的環境中。如果衛星上有鐵磁物質或者環電流，它們就會受到地磁 場的作用。這個作用的長期累積會對衛星姿態產生影響。因此，有必 要在衛星發射之前，對衛星的磁性狀態進行測量。
由于衛星結構和性能的要求，其結構或部、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。目前測量衛星剩磁矩 的環境主要有在零磁場環境中測量和在地磁場環境中測量兩種。在零 磁場環境中測量，可以基本避免地磁場對衛星磁性的影響。但是由于 一些特殊原因，某些衛星不能夠被運輸到航天城磁環境模擬試驗室進 行零磁場環境中的磁性測量，因此這些衛星的剩磁矩測量不得不在地 磁場環境中進行。
在地磁場環境中測量衛星磁矩時，測量結果包含兩部分，即衛星 的剩磁矩和由于地磁場造成的感磁矩，在數據處理的時候必須將這兩 部分分離，才能得到衛星姿態控制所需要的衛星剩磁矩的數據。以前，在地磁場環境中測量衛星剩磁矩的方法主要有兩種， 一種是航天工業 總公司509所的翻轉測量方法，另一種是航天工業總公司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 天五院的衛星。
發明內容
本發明的目的是提供一種既簡單又易于實現的在地磁場中測量 衛星剩磁矩的測量系統及測量方法，這種測量方法我們稱之為地磁取
向法。根據測量數據，用偶極子法計算出衛星感磁矩的X分量和Y分量， 用赤道法計算出衛星剩磁矩的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，推導出感磁矩的Z分量，最后利用感磁矩的Z分量 計算出衛星剩磁矩的Z分量。
本發明的目的可由以下技術方案完成
一種地磁場中測量衛星剩磁矩的測量系統，由可沿垂直軸水平 36(T旋轉的具有刻度的承載待測衛星的轉臺、對稱布置于衛星中心連 線兩側的兩個探測器支架、分別安裝于兩個探測器支架上的兩組探測 器、與探測器相連接的磁強計和與磁強計相連接的數據采集系統組 成。探測器將感應到的信號傳遞給對應的磁強計，磁強計將信號傳遞 給數據采集與數據處理系統進行衛星剩磁矩的計算。
其中，兩組探測器對稱布置于衛星中心連線的兩側，每組探測器 包括三個探測器，以一定的間隔依次一字排列在探測器支架上，三個 探測器之間的間隔兩兩相等。其中，探測器的中心和衛星的中心高度基本平齊，距離衛星最近 的探測器與衛星中心的距離為衛星包絡球域半徑的1.0~1.5倍，距離 衛星次近的探測器與衛星中心的距離為距離衛星最近的探測器與衛
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，測量系統還可以對衛星的部、組件的剩磁矩進行測量。 一種地磁場中測量衛星剩磁矩的測量方法，衛星固定于轉臺上， 從0°開始旋轉轉臺，每旋轉IO。停止，探測器進行數據采集，以此 類推直至360°。全部數據采集完畢后，將載有衛星的轉臺推離試驗 區10米以外，探測器采集地磁場值。
計算衛星剩磁矩。利用旋轉過程的測量數據，用偶極子法計算出 衛星感磁矩的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，計算出衛星感磁矩的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；用赤道法計算出衛星剩磁矩的X分量 Mm和Y分量M^利用旋轉過程的測量數據，用赤道法計算出衛星Z 方向磁矩Mz，從中減去己求出的衛星感磁矩的Z分量，得到衛星剩 磁矩的Z分量，即Msz =MZ ;衛星的剩磁矩就是
其中，測量方法還可以對衛星的部、組件的剩磁矩進行測量和計算。
圖1為衛星剩磁矩的測量系統示意圖； 圖2為衛星剩磁矩的測量方法流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作詳細說明。
參照圖l， 一種地磁場中測量衛星剩磁矩的測量系統，由可沿垂 直軸水平360°旋轉的具有刻度的承載待測衛星的轉臺1、置于衛星2 中心連線兩側對稱位置的兩個探測器支架3、分別安裝于兩個探測器 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計(圖1 未示出)和與磁強計相連接的數據采集系統(圖1未示出)組成。每 組探測器包括三個三分量磁場探測器4，三個三分量磁場探測器4之 間的距離兩兩相等，兩組三分量磁場探測器4以衛星中心為軸成對稱 分布。探測器4的中心和衛星2的中心基本平齊，距離衛星2最近的 探測器與衛星中心的距離為衛星包絡球域半徑的1.0~1.5倍，距離衛 星次近的探測器與衛星中心的距離為距離衛星最近的探測器與衛星 中心距離的1.3~1.4倍。探測器4與磁強計相連接，磁強計與數據采 集系統相連接。探測器將感應到的信號傳遞給對應的磁強計，磁強計 將信號傳遞給數據采集與數據處理系統進行衛星剩磁矩的計算。
衛星固定于轉臺上，從(f開始旋轉轉臺，每旋轉10°停止，進 行數據采集，以此類推直至360°。全部數據采集完畢后，將載有衛星的轉臺推離試驗區IO米以外，探測器采集地磁場值。
在地磁場中測量的衛星磁矩包含兩部分，即剩磁矩和感磁矩，要
得到衛星的剩磁矩則必須將測量結果中的剩磁矩和感磁矩分離。
在測量過程中，衛星剩磁矩的X分量和Y分量隨衛星的旋轉而
旋轉，衛星感磁矩的X分量和Y分量在衛星旋轉過程中不發生變化。 因此，可以利用偶極子方法逐點平均，得到衛星感磁矩的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，計算出衛星感磁矩的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。
接下來利用旋轉過程的測量數據，用赤道法計算出衛星剩磁矩的
X分量M"和Y分量^"用赤道法計算出衛星Z方向磁矩^z，從中 減去已求出的衛星感磁矩的Z分量，得到衛星剩磁矩的Z分量，即 Msz =MZ -Mp ;衛星的剩磁矩合量為禮《 +《+《,。
本發明的測量系統和測量方法還可以應用到衛星的部、組件的剩 磁矩測量上。
盡管上文對本發明的具體實施方式
給予了詳細描述和說明，但是等效改變和修改，其所產生的功能作用仍未超出說明書及附圖所涵蓋 的精神時，均應在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1、一種地磁場中測量衛星剩磁矩的測量系統，由可沿垂直軸水平360°旋轉的具有刻度的承載被測衛星的轉臺(1)、對稱布置于衛星(2)中心連線兩側的兩個探測器支架(3)、分別固定于兩個探測器支架(3)上的兩組探測器(4)、與探測器(4)相連接的磁強計和與磁強計相連接的數據采集與數據處理系統組成，其特征在于，探測器(4)將感應到的信號傳遞給對應的磁強計，磁強計將信號傳遞給數據采集與數據處理系統進行衛星剩磁矩的計算。
2、 如權利要求1所述的測量系統，其特征在于，兩組探測器(4) 對稱布置于衛星(2)中心連線的兩側，每組包括三個探測器(4)， 以一定的間隔依次一字排列在探測器支架(3)上，三個探測器(4) 之間的間隔兩兩相等。
3、 如權利要求2所述的測量系統，其特征在于，探測器(4)的 中心和衛星(2)的中心高度基本平齊，距離衛星最近的探測器(4) 與衛星中心的距離為衛星包絡球域半徑的1.0~1.5倍，距離衛星次近 的探測器與衛星中心的距離為距離衛星最近的探測器與衛星中心距 離的1.3~1.4倍。
4、 如權利要求1 3中任意一項所述的測量系統，其特征在于， 探測器(4)是三分量磁場探測器。
5、 如權利要求1 3中任意一項所述的測量系統，其特征在于， 所述測量系統還可以對衛星的部、組件的剩磁矩進行測量。
6、 一種應用權利要求1-4任一項的系統來測量地磁場中衛星剩 磁矩的測量方法，其特征在于，測量方法包括以下步驟衛星固定于轉臺上，從0。開始旋轉轉臺(1)，每旋轉IO。停止，探測器(4)進行數據采集，以此類推直至360°;將載有衛星的轉臺推離試驗區IO米以外，探測器(4)采集地磁 場值；計算衛星感磁矩的X、 Y、 Z分量利用旋轉過程的測量數據及 感磁矩方向在旋轉測量過程中方向不變的特點，用偶極子法計算出衛星感磁矩的X分量M^和Y分量Mw ;利用公式"gz = +<y,^ 計算出衛星感磁矩的Z分量M^，其中小為地磁場傾角；計算衛星剩磁矩的X、 Y、 Z分量利用旋轉過程的測量數據及 剩磁矩的X、 Y分量在旋轉測量過程中方向隨衛星旋轉而旋轉的特 點，用赤道法計算出衛星剩磁矩的X分量M^和Y分量M^用赤道 法計算出衛星Z方向磁矩Mz，利用公式M^ -M,-Mg得到衛星剩磁 矩的Z分量Mw ;計算衛星剩磁矩合量利用公式M, ^M二+OM:,計算衛星 剩磁矩Ms 。
7、如權利要求6所述的測量方法，其特征在于，所述測量方法 還可以對衛星的部、組件的剩磁矩進行測量和計算。
全文摘要
本發明涉及一種用于地磁場中的衛星剩磁矩的測量系統及測量方法。測量系統由承載待測衛星的轉臺、探測器支架、探測器、與探測器相連接的磁強計和與磁強計相連接的數據采集系統組成。被測衛星固定于轉臺上，從0°開始旋轉轉臺，每旋轉10°停止，進行數據采集，以此類推直至360°。根據測量數據，用偶極子法計算出衛星感磁矩的X分量和Y分量，用赤道法計算出衛星剩磁矩的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，推導出感磁矩的Z分量，最后利用感磁矩的Z分量計算出衛星剩磁矩的Z分量。本發明簡單易行，可以在地磁場環境中測量衛星的剩磁矩。
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 優先權日2007年12月4日
發明者史堯宜, 忠 易, 王陳琪, 琦 肖, 馬慧媛 申請人:北京衛星環境工程研究所