基于矢量磁强计的磁场梯度张量仪误差校正方法
发布时间：2021-11-26 06:31
卫星在轨运行时,本体会产生一定的磁干扰,一般通过伸杆将传感器远离卫星本体安装,或者通过多个磁场传感器测量磁场梯度的方法来消除卫星本体的磁干扰.使用磁场梯度张量仪测量磁场梯度时,张量仪本身的构型会给测量带来误差.通过对5种主要的张量仪构型进行误差仿真,对比5种构型的张量测量误差,发现十字形构型张量仪的测量误差最小.除了构型带来的误差,张量仪的主要测量误差还包括组成张量仪的三轴磁强计本身的误差和非对准误差.本文使用椭球拟合算法对磁强计本身的误差进行校正,校正后磁强计测量总场的均方根误差为0.864nT.针对张量仪的非对准误差,提出了正交系间非对准误差的校正方法.仿真结果表明,校正后的非对准角度误差≤3.2×10-5 rad,能够很好地降低张量仪的非对准误差.
【文章来源】：空间科学学报. 2020,40(04)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
图６仿真分析结果??Ｆｉｇ．?６?Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ａｎａｌｙｓｉｓ??
，构成磁梯度张量仪的磁强计本??身误差和安装磁梯度张讀仪过程中造成的正交系间??非对准误差．在不考虑磁强计误差和安装误差的情??况下，分析磁梯度张最仪构型造成的测最误差．??建立张最磁源模型．假定磁源目标为点状偶极??子，三维磁矩ｍｓ，叫）．以磁性目标中心为坐??标原点建立直角坐标系远离目标的??点处磁场为??「Ｂ；??３ｘ２?—?ｒ２?３ｘｙ?３ｘｚ??Ｂｙ??４７ｒｒ５??３ｘｙ?３ｙ２?—?ｒ２?３ｙｚ??［ｂ，＼??３ｚｘ?３ｙｚ?３ｚ２?—?ｒ２?＿??（７）??图５芷四商体构型磁强计配覽方式??Ｆｉｇ．?５?Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ａ?ｒｅｇｕｌａｒ?ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ??ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ??式中Ｓｊ；，Ｓ．ｓ为目标磁场磁感应强度ａｓ，，?ｙ和大的??分量，Ｍ为介质磁导率，ｒ为Ｐ点到目标的距离．为??简便起见，可将ｆ舍去．??４７Ｔ??磁场禅度张量ｓ反映权沿三个正交坐??标轴巧和＾的空间变化率，即??Ｑｘｘ?￣??＝ｄＢｘ／ｄｘ?＝??９ｘｒ２?—??１５ｘ３??ｃｃ十??ｊ＞７??３ｙｒ２?—?１５ｘ２ｙ?＾?３ｚｒ２?－??－１５ｘ２ｚ??ｙ?９??，７??９ｙｙ?￣??＝?ｄＢｙ／ｄｙ?＝??３ｘｒ２?—??ｌｂｘｙ２??十??ｒ??Ｔ?ｎ??９ｙｒ２?—?Ｉ５ｙ３??３ｚｒ２?—??１５ｙ２ｚ??ｒ＾ｌ??＂ｂｙ?１??ｊ＞７??９ｘｙ?￣??：ｄＢｘ／ｄｙ?＝??９ｙｒ２?—??１５ｘ２ｙ??＾ｘ￣＼￣??ｒ??７?７１??３ｘｒ２?—?１５ｘｙ２??１５ｘｙｚ??９ｚｙ?￣??ｊ＞Ｔ??＝?ｄＢｚ／ｄｙ?＝??＂°ｙ??１５ｘｙｘ??＾．７?
杜昱辰等：基于矢量磁？计的磁场榉度．张量仗误．羞校正方法??ＳＸ７??可以将测量平面投影到Ｃｔｅ？／?Ｔ－面上，投影的４个顶??点分别为（１２，?１２）／（１２；?２８），?（２８，?１２），?（２８，?２８）．在??测鐘Ｋ中分别对５种构型的磁梯度张最仪进行偶极??子磁源的磁场梯度张量侧量仿真，并与理论计算偶极??子磁场梯度张量进行比较，得到各构型的张量测量误??差＋测量平面的仿真结果如图６所示、．??分别对５种构型９个张最分最进行测最仿真，??并与理论计算得到的磁场梯度张置进行比较（这里??仅给出ｆｅｙ，如的仿真结果），纵坐标轴为磁场??梯度张景，另外两个轴为测量点，仿真结果如图７？１２??所示．从图７？１２可以看出，不同构型的张景仪测貴??结果与理论计算结果存在差异．表１列出了?Ｓ种构??型９个张量分量计算结果相对于理论计算张量分量??的均方根误差．从表１中各构型的测量误差百分比??可以推断，各种构型的测讀准确性从优至差的顺序为??十字形构型、正方形构型、兰角形构型、正Ｍ面体构??型、直角Ｍ面体构型．因此，十字形的磁梯度张景仪??构型十分适用于磁场梯度张最测量．??表１?各种磁通门张量结构测量误差（％）??Ｔａｂｌｅ?１?Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?ｅｒｒｏｒ?（％）?ｏｆ?ｖａｒｉｏｕｓ?ｆｌｕｘｇａｔｅ?ｔｅｎｓｏｒ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ??构型??Ｑｘｘ??９ｘｙ??９ｘｚ??９ｙｘ??９ｙｙ??９ｙｚ??Ｑｚｘ??９ｚｙ??Ｑｚｚ??平均误差??十字形??０．１７??０．１??０．１８??０．１??０．１９??０．１８??０．１８??０．１８??０．２６??０．１７??２角形??１１??６．９??１．４
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于椭球拟合的磁梯度张量系统集成校正[J]. 李青竹,李志宁,张英堂,尹刚,李金朋. 中国惯性技术学报. 2018(02)
[2]航姿系统矢量传感器非对准误差及其校正[J]. 李翔,王勇军,李智. 传感技术学报. 2017(02)
[3]磁场梯度张量测量法消除卫星磁干扰[J]. 张艺腾,李磊,周斌,王劲东,冯永勇. 北京航空航天大学学报. 2016(05)
[4]磁梯度张量不变量的椭圆误差消除方法研究[J]. 吕俊伟,迟铖,于振涛,毕波,宋庆善. 物理学报. 2015(19)
[5]运动平台的磁性目标实时定位方法[J]. 于振涛,吕俊伟,许素芹,周静. 哈尔滨工程大学学报. 2015(05)
[6]四面体磁梯度张量系统的载体磁干扰补偿方法[J]. 于振涛,吕俊伟,毕波,周静. 物理学报. 2014(11)
[7]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)
[8]卫星磁洁净的控制和测量[J]. 陈斯文. 地球物理学进展. 2009(02)
[9]关于磁异常探测的若干问题[J]. 张昌达. 工程地球物理学报. 2007(06)
硕士论文
[1]磁通门张量的结构设计、误差分析及水下目标探测[D]. 刘丽敏.吉林大学 2012
本文编号：3519587
【文章来源】：空间科学学报. 2020,40(04)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
图６仿真分析结果??Ｆｉｇ．?６?Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ａｎａｌｙｓｉｓ??
，构成磁梯度张量仪的磁强计本??身误差和安装磁梯度张讀仪过程中造成的正交系间??非对准误差．在不考虑磁强计误差和安装误差的情??况下，分析磁梯度张最仪构型造成的测最误差．??建立张最磁源模型．假定磁源目标为点状偶极??子，三维磁矩ｍｓ，叫）．以磁性目标中心为坐??标原点建立直角坐标系远离目标的??点处磁场为??「Ｂ；??３ｘ２?—?ｒ２?３ｘｙ?３ｘｚ??Ｂｙ??４７ｒｒ５??３ｘｙ?３ｙ２?—?ｒ２?３ｙｚ??［ｂ，＼??３ｚｘ?３ｙｚ?３ｚ２?—?ｒ２?＿??（７）??图５芷四商体构型磁强计配覽方式??Ｆｉｇ．?５?Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ａ?ｒｅｇｕｌａｒ?ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ??ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ??式中Ｓｊ；，Ｓ．ｓ为目标磁场磁感应强度ａｓ，，?ｙ和大的??分量，Ｍ为介质磁导率，ｒ为Ｐ点到目标的距离．为??简便起见，可将ｆ舍去．??４７Ｔ??磁场禅度张量ｓ反映权沿三个正交坐??标轴巧和＾的空间变化率，即??Ｑｘｘ?￣??＝ｄＢｘ／ｄｘ?＝??９ｘｒ２?—??１５ｘ３??ｃｃ十??ｊ＞７??３ｙｒ２?—?１５ｘ２ｙ?＾?３ｚｒ２?－??－１５ｘ２ｚ??ｙ?９??，７??９ｙｙ?￣??＝?ｄＢｙ／ｄｙ?＝??３ｘｒ２?—??ｌｂｘｙ２??十??ｒ??Ｔ?ｎ??９ｙｒ２?—?Ｉ５ｙ３??３ｚｒ２?—??１５ｙ２ｚ??ｒ＾ｌ??＂ｂｙ?１??ｊ＞７??９ｘｙ?￣??：ｄＢｘ／ｄｙ?＝??９ｙｒ２?—??１５ｘ２ｙ??＾ｘ￣＼￣??ｒ??７?７１??３ｘｒ２?—?１５ｘｙ２??１５ｘｙｚ??９ｚｙ?￣??ｊ＞Ｔ??＝?ｄＢｚ／ｄｙ?＝??＂°ｙ??１５ｘｙｘ??＾．７?
杜昱辰等：基于矢量磁？计的磁场榉度．张量仗误．羞校正方法??ＳＸ７??可以将测量平面投影到Ｃｔｅ？／?Ｔ－面上，投影的４个顶??点分别为（１２，?１２）／（１２；?２８），?（２８，?１２），?（２８，?２８）．在??测鐘Ｋ中分别对５种构型的磁梯度张最仪进行偶极??子磁源的磁场梯度张量侧量仿真，并与理论计算偶极??子磁场梯度张量进行比较，得到各构型的张量测量误??差＋测量平面的仿真结果如图６所示、．??分别对５种构型９个张最分最进行测最仿真，??并与理论计算得到的磁场梯度张置进行比较（这里??仅给出ｆｅｙ，如的仿真结果），纵坐标轴为磁场??梯度张景，另外两个轴为测量点，仿真结果如图７？１２??所示．从图７？１２可以看出，不同构型的张景仪测貴??结果与理论计算结果存在差异．表１列出了?Ｓ种构??型９个张量分量计算结果相对于理论计算张量分量??的均方根误差．从表１中各构型的测量误差百分比??可以推断，各种构型的测讀准确性从优至差的顺序为??十字形构型、正方形构型、兰角形构型、正Ｍ面体构??型、直角Ｍ面体构型．因此，十字形的磁梯度张景仪??构型十分适用于磁场梯度张最测量．??表１?各种磁通门张量结构测量误差（％）??Ｔａｂｌｅ?１?Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?ｅｒｒｏｒ?（％）?ｏｆ?ｖａｒｉｏｕｓ?ｆｌｕｘｇａｔｅ?ｔｅｎｓｏｒ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ??构型??Ｑｘｘ??９ｘｙ??９ｘｚ??９ｙｘ??９ｙｙ??９ｙｚ??Ｑｚｘ??９ｚｙ??Ｑｚｚ??平均误差??十字形??０．１７??０．１??０．１８??０．１??０．１９??０．１８??０．１８??０．１８??０．２６??０．１７??２角形??１１??６．９??１．４
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于椭球拟合的磁梯度张量系统集成校正[J]. 李青竹,李志宁,张英堂,尹刚,李金朋. 中国惯性技术学报. 2018(02)
[2]航姿系统矢量传感器非对准误差及其校正[J]. 李翔,王勇军,李智. 传感技术学报. 2017(02)
[3]磁场梯度张量测量法消除卫星磁干扰[J]. 张艺腾,李磊,周斌,王劲东,冯永勇. 北京航空航天大学学报. 2016(05)
[4]磁梯度张量不变量的椭圆误差消除方法研究[J]. 吕俊伟,迟铖,于振涛,毕波,宋庆善. 物理学报. 2015(19)
[5]运动平台的磁性目标实时定位方法[J]. 于振涛,吕俊伟,许素芹,周静. 哈尔滨工程大学学报. 2015(05)
[6]四面体磁梯度张量系统的载体磁干扰补偿方法[J]. 于振涛,吕俊伟,毕波,周静. 物理学报. 2014(11)
[7]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)
[8]卫星磁洁净的控制和测量[J]. 陈斯文. 地球物理学进展. 2009(02)
[9]关于磁异常探测的若干问题[J]. 张昌达. 工程地球物理学报. 2007(06)
硕士论文
[1]磁通门张量的结构设计、误差分析及水下目标探测[D]. 刘丽敏.吉林大学 2012
本文编号：3519587
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