空间环境探测卫星用磁强计误差分析及在线标定

用于探测日地空间磁环境的磁强计多数安装在伸杆的末端,长期受太阳辐射等空间环境干扰力矩以及机动等影响,磁强计安装矩阵随时间发生较大的变化,从而导致卫星定姿精度下降。为此,在分析空间环境干扰力矩和磁强计定姿误差特性的基础上,建立了19维高精度的磁强计误差模型,结合卫星的运动学和姿态动力学特性,采用EKF滤波方法对安装矩阵进行实时估计与修正补偿,并利用该磁强计模型实现卫星的姿态确定,最后利用实验进行验证。实验结果表明,该方法能够在满足星载计算机的计算量要求的同时,在线估计安装矩阵误差,显著提高了磁强计的误差估计精度与定姿精度。     

三轴磁强计测量误差修正方法

三轴磁强计测量误差修正对卫星姿态确定和控制具有重要意义。文章针对三轴磁强计测量误差的来源进行理论分析,引入磁场输入引起的常值漂移,建立了三轴磁强计测量误差修正模型,并基于该模型在磁环境模拟器中对Honeywell公司的三轴磁强计（HMR2300R）进行标定。实验结果表明改进模型可以将测量误差控制在50 nT以内,满足低成本敏感器在微小卫星姿态确定中的应用要求。     

用于微小卫星自主导航控制系统地面仿真的磁强计数学模型

对基于磁强计自主导航微小卫星控制系统地面仿真的磁强计数学模型建立进行了研究。给出了地磁场理论数据的生成模型及磁强计的测量模型,并据此建立了磁强计测量数据生成的数学模型。对低轨圆轨道微小卫星的仿真计算结果表明：由该磁强计数学模型获得的磁场强度测量值与文献中真实磁强计测量数据差异很小,验证了模型的有效性和准确性。     

微小卫星三轴磁强计测量误差校正方法

微小卫星在轨进行磁阻尼和磁定姿时,要利用三轴磁强计测量磁场强度,由温度变化引起的测量误差大大降低了测量精度,因而要对测量误差进行校正。文章提出一种校正方法,通过分析三轴磁强计的测量误差建立误差校正模型,利用磁环境模拟器的磁场强度、温度及三轴磁强计的输出电压,对三轴磁强计进行温度建模,利用伪逆法求得三轴磁强计的标定系数,再利用标定系数和零位电压对温度进行线性拟合,可实现三轴磁强计测量的温度补偿。在温度可变的磁环境模拟器中采用校正方法对三轴磁强计进行测试,结果显示该校正方法具有很好的实用性。     

面向空间应用的高精度磁阻磁强计设计及性能测试

文章基于磁阻磁强计的工作原理,提出了高精度磁阻磁强计三分量探头和电子电路设计方案:改进磁强计三分量探头结构,以消除三分量磁畴间的相互干扰所引起的测量误差;采用交流耦合和闭环控制工作模式,以消除磁畴排列紊乱带来的影响,稳定磁强计的工作状态。关键性能指标的测试结果表明,磁阻磁强计在1 Hz点处的频谱噪声达到38 pT/(Hz)~(1/2),其噪声性能显著提高。另外,该磁阻磁强计采用微型化结构设计,便于安装,满足微小卫星的空间磁场探测的需求。     

陀螺与磁强计组合定姿及漂移估计算法优化

针对陀螺长时间积分定姿精度受陀螺角速率漂移影响,单独利用磁强计不能连续确定三轴姿态的问题,提出了陀螺与磁强计组合定姿算法,利用磁强计估计的姿态误差校正陀螺积分姿态,并基于PI滤波估计陀螺漂移。仿真验证表明,基于陀螺与磁强计组合定姿的姿态确定精度为1°左右。陀螺与磁强计PI滤波组合定姿算法简单有效,适合在纳星、皮星等微小卫星上应用。     

一种不借助零磁线圈的星载磁强计校准方法

文章介绍一种星载磁强计校准装置及方法。首先,将高精度地面磁强计的三分量磁传感器置于标准磁场发生装置形成的磁场环境内,通过后端数据处理装置采集得到第一磁场数据,并进行不同量程下螺线管线圈常数C_i的标定;然后,将星载磁强计置于上述标准磁场环境内,并以高精度地面磁强计不同量程下获得的C_i作为基准,通过后端数据处理装置采集得到第二磁场数据;最后,对第一磁场数据和第二磁场数据进行比对,得到星载磁强计的量程、分辨率及稳定性校准值。上述校准项目所有参数的校准结果不确定度为u=0.12%（k=2）。本方法已成功应用于多种军民型号星载磁强计校准。     

微小卫星轨道姿态一体化确定算法研究

突破卫星轨道和姿态参数分别确定的传统模式,提出了以三轴磁强计和太阳敏感器为测量元件的轨道姿态一体化确定算法.由于地磁场是时间和位置的函数,而三轴磁强计指向又与卫星姿态相关,所以三轴磁强计的测量值既与轨道有关,又与姿态有关.充分利用磁强计和太阳敏感器的测量值中包含的轨道和姿态信息,推导出卫星轨道姿态一体化确定的扩展卡尔曼滤波算法.在太阳不可见区域,由于太阳敏感器没有输出信息,只采用磁强计为测量敏感器,按传统模式对卫星轨道和姿态分别确定.最后对2种模式下的滤波算法进行数学仿真验证,结果表明该算法的可行性与有效性.     

萤火一号火星探测器磁通门磁强计研制

对萤火一号(YH-1)火星探测器高精度磁通门磁强计研制进行了研究.介绍了磁强计的工作原理和基本构成.给出了采用的双探头梯度法、干扰磁场及低噪声信号处理等高精度空间磁场测量技术,以及磁强计传感器环境适应性设计.测试与标定结果表明:设计的磁强计在温度-140～75℃范围对±256 nT以内的空间矢量磁场进行高精度测量,分辨率达0.01 nT,带宽内总噪声小于0.03 nT,满足YH-1任务对火星空间环境磁场探测的需求.     

基于BP神经网络的便携式模拟电路故障诊断系统研究

针对模拟电路故障不易被检测、不易被精确定位且现场情况复杂的特点,本文以基本共射放大电路为例重点研究了基于BP神经网络的模拟电路故障诊断方法。首先,提取待测电路特征值,对可能出现的电路故障编号,随机测量多组电路正常情况下和各故障状态下的电路特性,包括输入、输出电阻,上限、下限截止频率,增益等。随后,将测量得到的多组电路特征值用于故障检测模型的训练。接着,根据模型输出值与目标值的误差,调整模型参数,直至误差满足要求。最后,将模型参数固化于诊断系统微控制器的Flash中。经实验验证,依据该方法设计的便携式故障诊断系统具有较高准确率和较低的成本,切合社会生产实际。另外,由于其结合了深度学习算法和电子线路分析方法,也可用于电子信息类本科教育课程实践。     

基于DSP28335的质子旋进式磁力仪控制系统设计与实现

质子旋进式磁力仪是依据质子的旋进频率来测量地磁场的仪器。文章在分析了国内外质子磁力仪发展现状的基础上,提出了以DSP28335为核心的新型质子旋进式磁力仪控制系统的设计方案,着重介绍了数字控制板的设计和测频关键技术。与以单片机、PIC为控制芯片的传统磁力仪不同,新设计旨在解决现有系统成本高、功能有限和硬件电路复杂等问题,并完成了原理样机的研制。最后在实验室内对关键的测频技术进行了针对性测试,测量精度达到国内先进水平。     

基于三轴磁强计与雷达高度计的融合导航算法

为了减小近地轨道(小于1000km)地磁导航的估计误差协方差，提高导航的可靠性和准确性，在地磁导航系统中引入雷达高度计作为一个新的测量设备，提出了一种基于三轴磁强计与雷达高度计的融合导航算法。该算法取卫星的位置和速度向量作为状态向量，建立状态方程；取卫星周围的磁场强度和卫星到星下点实际海平面距离求出的地心距，作为观测量建立观测方程；利用扩展卡尔曼滤波构成一种融合导航算法。仿真结果表明，提出的融合导航算法对轨道位置的估计误差小于20米，速度的估计误差小于1米／秒，导航算法的精度和收敛性都优于使用单一地磁导航的系统。     

基于五光谱TDICCD的模拟信号发生器设计

首先介绍了延迟积分电荷耦合器件（TDICCD）的基本原理,并根据某高分辨率多光谱航天相机定制的一款五光谱TDICCD的输出特性,设计了一种基于五光谱TDICCD的模拟信号发生器,给出了该模拟信号发生器的系统组成,包括图像处理电路、数模转换电路和模拟信号滤波电路。最后通过测试验证了该系统的信号波形、信号噪声和输出图像都满足设计要求,其输出的16通道模拟五光谱TDICCD信号频率可以达到20MHz,噪声控制在10mV以内,具有高精度、多通道和低噪声等特点。目前该模拟信号发生器已成功应用到新一代高分辨率多光谱TDICCD相机成像电路系统的研制中。     

中低轨道地磁动态模拟器

文章介绍了1台能为中低轨道飞行器提供动态地磁场环境的模拟器,详细论述了模拟器的系统组成、线圈结构、电源和磁强计指标参数、控制方式和调试方法,介绍了根据WMM2000地磁场模型计算出轨道上各点的磁场值,利用数值分析的方法找出输出电流与产生磁场大小的对应表达式,从而根据计算出的磁场值和输出电流,用程控电源成功实现了中低轨道地磁场的动态模拟.     

电磁阀启闭特性非接触测量方法研究

为实现对电磁阀特性进行非接触测量,通过分析电磁阀动作时周围漏磁场的变化,设计了一种新型磁敏感器.该磁敏感器结构简单,操作方便,通过采取合理的抗干扰措施可充分降低旁磁场的影响,提高电磁阀漏磁场测量的可靠性.利用本磁敏感器对实际电磁阀的启、闭特性进行了测量.结果表明,该方法可靠性高,满足电磁阀非接触测量的需要.     

空空导弹惯性开关中圆周磁场对导弹性能的影响

为了提高空空导弹的作战效能和可靠性,由弹载电源向开关电路进行大电流放电,可提高惯性开关中圆柱电极上周磁场的强度,增强抵抗磁钢对钢珠反向作用力的能力,当导弹撞击目标过载较小时,使惯性开关的导通时间也能够满足触发电路工作需要,因此,导弹遇目标不炸的故障概率可得到下降。     

基于LabVIEW的航天器磁试验测控系统设计及应用

针对现有航天器磁试验测控手段自动化程度低、操作复杂的问题,基于LabVIEW软件以及磁试验流程和现有设备,研制了新的磁试验测控系统,并进行了测控系统的软件设计。该系统实现了对测控电源、磁强计探头的灵活自动配置和控制,对线圈磁场的一键式远程控制,磁场波动的实时监测,磁场数据的并行采集和处理。试验验证结果表明,该测控系统具有测量与控制精度高、运行稳定可靠、自动化程度高、操作简便等特点。     

基于群相位量子化处理的新型高分辨率相位差测量方法

在群周期相位比对和群相位量子化处理的基础上,提出了一种新型高分辨率相位差测量方法。利用频率信号间群相位重合点的分布规律,在群相位重合点处建立测量闸门,将相位差的测量转化为以群周期为基础的短时间间隔测量,大大提高了系统的测量分辨率。通过公共频率源信号的引入和群相位量子化处理技术,降低了实际计数闸门开启和关闭的随机性,消除了传统测量中±1个字的计数误差,提高了短时间间隔的测量分辨率,从而有效地提高了相位差的测量分辨率。实验结果表明该方法的科学性和先进性,鉴于短时间间隔的测量分辨率可达10 -13 /s量级,通过MCU控制时间--相位差的转换,实际相位差的测量分辨率可达0.0001度,明显优于传统的相位差测量方法,同时该方法电路简单,成本低廉,在卫星导航系统主、备份原子钟之间的无缝切换、1pps信号的相位异常检测及星地间高精度时间同步方面具有广泛的应用。