航天器内部磁场环境主动补偿方法
发布时间：2021-10-05 11:47
为解决空间引力波探测任务中航天器磁场对惯性传感器干扰的问题,研究在航天器复杂磁环境下利用主动测控方式获取小尺度均匀磁场环境的方法.在惯性传感器周围进行分布式磁场探测,并采用球谐函数法或多磁偶极子法实现对惯性传感器外部磁源的估计,计算惯性传感器所处位置的空间磁场及其梯度分布.利用线圈技术,对磁场及其梯度进行线性补偿.讨论分析传感器数量以及磁源布局方式等因素对最终补偿效果的影响.仿真试验结果表明,通过这一方法可将惯性传感器所在区域的磁场及其梯度降低1～2个数量级,降低引力波航天器平台的剩磁控制压力,为引力波探测提供满足要求的磁场环境.
【文章来源】：空间科学学报. 2020,40(01)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
图２反演误差与磁场强度离散系数关系??Ｆｉｇ．?２?Ｒｅｌａｔｉｏｎ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｍａｇｎｅｔｉｃ?ｆｉｅｌｄ?ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ??
前应用背景下，通??过地面试验可以确定偶极子的个数和位置，其大小和??方向可随在轨工作状态改变，这有利于简化多偶极子??模型的计算过程．??空间磁场由多个偶极子磁场线性―加而成，单磁??偶极子模型为??Ｂｉ??Ａ??４７Ｔ??？?ｒ）ｒ?Ｍ??￣?７３＂??ｆ５??（６）??苗有《个传感器时，最多可以计算《以下的磁源数??据．理论上，只要能够控制磁源的个数，即可计弈获??得准确的解．但是实际应用时，磁源的位置存在误差，??并且是干扰该模型反演磁场的主要误差源．图３仿??王壬．＿??越高，即能够更为准确地评估惯性传感器Ｋ域磁场．??Ｋ域磁场反演误差定义为惯性传感器内部每一个离??散点的实际磁场导反演磁场差的绝对值相对于实际??磁场绝对值之和的比值．??设马为所有磁源在空间某点㈨，办勺．）处产生??的磁场ｆ?力約，巧）偉于磁控：Ｋ域内，巧为細，妳??处的反演磁场，则反演误差为??３?ｆ?Ａ＼??图１为球谐阶数及反演误差，与传感器数量关??系的仿真结果．惯性传感器磁场敏感ｐｃ域定义为原??点±４．ｅｍ范围内的立方体空间，在半径３０ｅｍ的球??面上部署磁传感器，同时在距离原点〇．＆￣〇．８＿ｍ?Ｋ域??内随机产生８个磁矩小于ｌＡ＊ｍ２的磁源．从仿真结??果可以看到，当传感器数最增加后，可以解算的阶数??相应增加，中心Ｒ域磁场的反演误差以及不确定度随??之下降ｖ肖传感器数量达到８后Ｊ专感器数量对减小??中心Ｋ域磁场反演误差的作ｆｆｌ明显下降．??通过仿真分析，发现ｊ又演磁场的误差与磁源分布??方式关联密切．当多个磁源在惯性传感器中心产生的??磁场大小与：这些磁源面向原点产生的磁场标量的叠
理论上，只要能够控制磁源的个数，即可计弈获??得准确的解．但是实际应用时，磁源的位置存在误差，??并且是干扰该模型反演磁场的主要误差源．图３仿??王壬．＿??越高，即能够更为准确地评估惯性传感器Ｋ域磁场．??Ｋ域磁场反演误差定义为惯性传感器内部每一个离??散点的实际磁场导反演磁场差的绝对值相对于实际??磁场绝对值之和的比值．??设马为所有磁源在空间某点㈨，办勺．）处产生??的磁场ｆ?力約，巧）偉于磁控：Ｋ域内，巧为細，妳??处的反演磁场，则反演误差为??３?ｆ?Ａ＼??图１为球谐阶数及反演误差，与传感器数量关??系的仿真结果．惯性传感器磁场敏感ｐｃ域定义为原??点±４．ｅｍ范围内的立方体空间，在半径３０ｅｍ的球??面上部署磁传感器，同时在距离原点〇．＆￣〇．８＿ｍ?Ｋ域??内随机产生８个磁矩小于ｌＡ＊ｍ２的磁源．从仿真结??果可以看到，当传感器数最增加后，可以解算的阶数??相应增加，中心Ｒ域磁场的反演误差以及不确定度随??之下降ｖ肖传感器数量达到８后Ｊ专感器数量对减小??中心Ｋ域磁场反演误差的作ｆｆｌ明显下降．??通过仿真分析，发现ｊ又演磁场的误差与磁源分布??方式关联密切．当多个磁源在惯性传感器中心产生的??磁场大小与：这些磁源面向原点产生的磁场标量的叠??加越接近，反演误差越小，反之则变大．为评价这神??磁源分布的符合程度，定义磁场分布离散系数为??丨试丨．?（５）??其中《表示第＊个磁源，为磁源在原点处产生的??磁场矢量，戌为磁源方向指向原点时在原点的磁场??矢量．??图１反演误差和球谐阶数与传感器数量的关系?图３反演误差与磁源位置偏差关系??Ｆｉｇ．?１?Ｒｅｌａｔｉｏｎ?ｂｅｔｗ
【参考文献】：
期刊论文
[1]低轨磁测卫星干扰磁场标定方法研究[J]. 肖琦,耿晓磊,陈金刚,孟立飞,李娜,张艳景. 地球物理学报. 2018(08)
[2]磁场全张量测量计算方法与误差分析[J]. 刘超波,王斌,陈金刚,代佳龙,孟立飞,肖琦. 航天器环境工程. 2015(01)
[3]卫星磁部件分布对梯度法消除剩磁的影响分析[J]. 周斌,王劲东. 中国空间科学技术. 2013(05)
[4]空间激光干涉引力波探测[J]. 罗子人,白姗,边星,陈葛瑞,董鹏,董玉辉,高伟,龚雪飞,贺建武,李洪银,李向前,李玉琼,刘河山,邵明学,宋同消,孙保三,唐文林,徐鹏,徐生年,杨然,靳刚. 力学进展. 2013(04)
[5]铯原子喷泉钟均匀C场的实现[J]. 吴长江,管勇,陈江,张辉,阮军,张首刚. 时间频率学报. 2011(02)
[6]双星星上部件磁测及磁测设备[J]. 陈斯文,黄源高,李文曾. 地球物理学进展. 2004(04)
本文编号：3419676
【文章来源】：空间科学学报. 2020,40(01)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
图２反演误差与磁场强度离散系数关系??Ｆｉｇ．?２?Ｒｅｌａｔｉｏｎ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｍａｇｎｅｔｉｃ?ｆｉｅｌｄ?ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ??
前应用背景下，通??过地面试验可以确定偶极子的个数和位置，其大小和??方向可随在轨工作状态改变，这有利于简化多偶极子??模型的计算过程．??空间磁场由多个偶极子磁场线性―加而成，单磁??偶极子模型为??Ｂｉ??Ａ??４７Ｔ??？?ｒ）ｒ?Ｍ??￣?７３＂??ｆ５??（６）??苗有《个传感器时，最多可以计算《以下的磁源数??据．理论上，只要能够控制磁源的个数，即可计弈获??得准确的解．但是实际应用时，磁源的位置存在误差，??并且是干扰该模型反演磁场的主要误差源．图３仿??王壬．＿??越高，即能够更为准确地评估惯性传感器Ｋ域磁场．??Ｋ域磁场反演误差定义为惯性传感器内部每一个离??散点的实际磁场导反演磁场差的绝对值相对于实际??磁场绝对值之和的比值．??设马为所有磁源在空间某点㈨，办勺．）处产生??的磁场ｆ?力約，巧）偉于磁控：Ｋ域内，巧为細，妳??处的反演磁场，则反演误差为??３?ｆ?Ａ＼??图１为球谐阶数及反演误差，与传感器数量关??系的仿真结果．惯性传感器磁场敏感ｐｃ域定义为原??点±４．ｅｍ范围内的立方体空间，在半径３０ｅｍ的球??面上部署磁传感器，同时在距离原点〇．＆￣〇．８＿ｍ?Ｋ域??内随机产生８个磁矩小于ｌＡ＊ｍ２的磁源．从仿真结??果可以看到，当传感器数最增加后，可以解算的阶数??相应增加，中心Ｒ域磁场的反演误差以及不确定度随??之下降ｖ肖传感器数量达到８后Ｊ专感器数量对减小??中心Ｋ域磁场反演误差的作ｆｆｌ明显下降．??通过仿真分析，发现ｊ又演磁场的误差与磁源分布??方式关联密切．当多个磁源在惯性传感器中心产生的??磁场大小与：这些磁源面向原点产生的磁场标量的叠
理论上，只要能够控制磁源的个数，即可计弈获??得准确的解．但是实际应用时，磁源的位置存在误差，??并且是干扰该模型反演磁场的主要误差源．图３仿??王壬．＿??越高，即能够更为准确地评估惯性传感器Ｋ域磁场．??Ｋ域磁场反演误差定义为惯性传感器内部每一个离??散点的实际磁场导反演磁场差的绝对值相对于实际??磁场绝对值之和的比值．??设马为所有磁源在空间某点㈨，办勺．）处产生??的磁场ｆ?力約，巧）偉于磁控：Ｋ域内，巧为細，妳??处的反演磁场，则反演误差为??３?ｆ?Ａ＼??图１为球谐阶数及反演误差，与传感器数量关??系的仿真结果．惯性传感器磁场敏感ｐｃ域定义为原??点±４．ｅｍ范围内的立方体空间，在半径３０ｅｍ的球??面上部署磁传感器，同时在距离原点〇．＆￣〇．８＿ｍ?Ｋ域??内随机产生８个磁矩小于ｌＡ＊ｍ２的磁源．从仿真结??果可以看到，当传感器数最增加后，可以解算的阶数??相应增加，中心Ｒ域磁场的反演误差以及不确定度随??之下降ｖ肖传感器数量达到８后Ｊ专感器数量对减小??中心Ｋ域磁场反演误差的作ｆｆｌ明显下降．??通过仿真分析，发现ｊ又演磁场的误差与磁源分布??方式关联密切．当多个磁源在惯性传感器中心产生的??磁场大小与：这些磁源面向原点产生的磁场标量的叠??加越接近，反演误差越小，反之则变大．为评价这神??磁源分布的符合程度，定义磁场分布离散系数为??丨试丨．?（５）??其中《表示第＊个磁源，为磁源在原点处产生的??磁场矢量，戌为磁源方向指向原点时在原点的磁场??矢量．??图１反演误差和球谐阶数与传感器数量的关系?图３反演误差与磁源位置偏差关系??Ｆｉｇ．?１?Ｒｅｌａｔｉｏｎ?ｂｅｔｗ
【参考文献】：
期刊论文
[1]低轨磁测卫星干扰磁场标定方法研究[J]. 肖琦,耿晓磊,陈金刚,孟立飞,李娜,张艳景. 地球物理学报. 2018(08)
[2]磁场全张量测量计算方法与误差分析[J]. 刘超波,王斌,陈金刚,代佳龙,孟立飞,肖琦. 航天器环境工程. 2015(01)
[3]卫星磁部件分布对梯度法消除剩磁的影响分析[J]. 周斌,王劲东. 中国空间科学技术. 2013(05)
[4]空间激光干涉引力波探测[J]. 罗子人,白姗,边星,陈葛瑞,董鹏,董玉辉,高伟,龚雪飞,贺建武,李洪银,李向前,李玉琼,刘河山,邵明学,宋同消,孙保三,唐文林,徐鹏,徐生年,杨然,靳刚. 力学进展. 2013(04)
[5]铯原子喷泉钟均匀C场的实现[J]. 吴长江,管勇,陈江,张辉,阮军,张首刚. 时间频率学报. 2011(02)
[6]双星星上部件磁测及磁测设备[J]. 陈斯文,黄源高,李文曾. 地球物理学进展. 2004(04)
本文编号：3419676
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