在地磁场中做卫星磁测量的几个问题

卫星地面磁测量是卫星环境试验的一个重要组成部分,精确的磁测量必须磁场或可控磁场中做。在没有大型磁设备的情况下,提出在地磁场中做磁测量题。本文分析了在地磁场中做磁测量的特点和影响测量精度的因素,指出了在场中做磁测量的应用范围,测量方法及在测量中应注意的问题,给出了在地磁做磁矩测量的几个试验测量结果。     

高精度地磁场模拟系统的设计与研究

根据地磁导航半实物仿真中磁场环境仿真需求,建立了高精度地磁场模拟系统,通过试验说明了系统中建立零磁空间的必要性并验证了磁屏蔽筒的屏蔽效果,同时对系统的准确性和实时性进行了试验研究。仿真结果表明,在考虑响应时间的前提下,系统能够准确实时地模拟飞行航迹上的地磁总场值,能够为地磁匹配导航半实物仿真提供真实可信的磁场仿真环境。     

某型号卫星磁性分析与控制

某型号卫星的有效载荷之一高能望远镜对磁场敏感,因此在设计阶段即需分析卫星在轨时载荷所处的磁场环境,并尽可能提高载荷的抗磁场干扰能力。文章根据卫星的构型,对整星的磁场分布进行了计算;对载荷的抗磁场干扰能力进行了测试;对载荷的磁屏蔽方案进行了仿真与测试;分析了抗磁场干扰设计对整星磁性控制的影响,证明卫星可以满足总磁矩不大于5.0 A?m2的姿态控制要求。     

某型号卫星磁环境兼容性分析与控制

某型号卫星的主探测器光电倍增管对卫星的磁环境非常敏感,因此卫星的磁兼容分析和磁设计非常重要。文章结合此卫星的特点对整星的磁场和磁矩等磁兼容性进行了分析计算;对载荷的磁屏蔽方案进行了分析和试验,并根据试验结果给出了磁屏蔽的优化方案;通过分析磁兼容性对姿轨控系统的影响,提出了卫星设计的约束条件,最后给出了磁兼容性分析的结论。     

磁力矩器在磁洁净卫星平台中的应用技术研究

针对磁力矩器给磁洁净卫星平台带来较大磁场干扰的问题,提出磁力矩器在轨磁场干扰的评估和控制方法。按照磁力矩器产生的工作磁场、感应磁场和剩磁场的大小及特性,通过各类测试与分析研究,提出磁场干扰的控制措施,并总结出在磁洁净卫星平台的最优应用方案。结果表明磁力矩器产生的磁场干扰得到了有效控制,为工程使用解决了磁场干扰关键技术问题。     

OGO和ERS卫星的磁试验

这篇文章描述了在位于 Malibu 的 TRW Malibu 磁试验设备中完成的 OGO 和 ERS 卫星磁特性的试验结果和使用的试验方法。最关心的卫星磁特性是在星载磁探测器位置处的卫星磁场,包括永磁场和感磁场。同时还关心星的"硬"磁场,即永磁场的大小和可以被一般磁化环境引起变化的"软"磁场的大小。一般磁化环境是指卫星在发射进入轨道前,会遇到的磁化环境。另外关心的磁特性是卫星磁场的分布图和位于卫星中心的偶极子矩和高阶的多极子矩,其中包括永磁矩和感磁矩。Malibu 试验室由安装在地下室6.4m 的三轴 Fanselau—Braunbeck 线圈系统和一些试验楼组成。转台位于其中的一座试验楼里,在这座试验楼里给卫星做没有线圈的磁试验。例如,OGO 卫星太大了,不能放入 Fanselau—Braunbeck 线圈系统中,因此就在此试验楼里进行试验。有线圈和没有线圈的试验方法是将卫星相对于固定的三轴磁通门探测器进行两轴旋转。旋转周期要比能觉察到的环境地磁场的变化周期短。可用一个远距离的探测器对地磁场的变化进行补偿,来满足上述的要求。磁通门探测器的输出由多通道 Sanborn 记录仪和 X—Y绘图仪记录,X—Y绘图仪可以立即按比例绘制旋转平面的磁矩大小,还可以给出在卫星座标系中的磁矩方向。卫星再绕另一相互垂直正交轴旋转,记录其数据。从这些数据中可以得到的总的磁矩矢量。ERS 卫星是一个280mm 的八面体,所以很容易将其放入 Fanselau—Braun-beck 线圈系统。在线圈系统中能够分别测量卫星场永磁分量和感磁分量。     

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。     

一种基于飞轮角动量正反馈的外干扰力矩补偿技术研究

在有较复杂外干扰力矩条件下,对一种基于飞轮角动量正反馈的外干扰力矩补偿技术进行了研究。建立了零动量卫星的三轴姿态动力学模型,分析了环境外干扰力矩对滚动-俯仰-偏航姿态的影响,设计了补偿方案:用低通滤波器的角动量正反馈对外力矩进行补偿,导出了控制器补偿项的数学表达式;引入磁卸载+磁前馈分别消除飞轮饱和及削弱磁力矩干扰的影响,给出了滚动-偏航、俯仰通道的控制模型和数学表达式。仿真结果表明:采用该方法三轴姿态角控制精度高,飞轮转速被限制在一定范围内,有效削弱外干扰力矩对星体姿态控制的影响,提高了卫星的姿态控制精度。     

驱动机构动态磁场干扰处理技术

空间磁场探测器在工作过程中会受到附近其他设备的磁干扰,影响磁场探测精度。文章通过对磁场探测器工作环境的干扰分析,并利用地面设备模拟磁干扰源进行评价试验。文章使用小波分析方法对磁场探测器的测量数据进行处理,评估驱动机构的电机工作时对磁场探测器的测量影响。磁场探测器通过多探头配置及在轨标定和数据处理等方法,可以对平台的静态剩磁及动态磁干扰进行有效处理。     

某型号卫星磁性分析与控制

某型号卫星的载荷高能望远镜对磁场敏感,因此在设计阶段即需分析卫星在轨时载荷所处的磁场环境,并尽可能提高载荷的抗磁场干扰能力.文章根据卫星的构型,对整星磁场分布进行了计算;对载荷的抗磁场干扰能力进行了测试;对载荷的磁屏蔽方案进行了分析与评定;最后给出分析与控制结论.     

基于全张量磁场梯度的磁偶极子定位及误差分析

为了对磁偶极子进行高精度的磁性定位,文章从磁偶极子模型出发,推导出磁偶极子的空间坐标与其产生的磁场及磁场梯度之间的关系式;针对模型及关系式,设计了一种全张量磁场梯度传感器,能够一次测量出精确定位所需的9个磁场梯度值和3个磁场强度值;对比仿真结果和实验结果,发现二者具有较好的一致性,证明了该理论模型的有效性。对于磁偶极子,用半径为0.05 m的梯度传感器对磁矩为2 A·m~2的磁偶极子进行定位测量,在0.5~1 m距离内定位误差不大于10%。文章还对定位测量误差的原因进行了分析,包括梯度测量基线距离及传感器半径对定位误差的影响。     

多种软磁合金及金属非晶材料的磁屏蔽性能研究

针对部分航天器组件易受磁场影响的问题,文章选取了6种目前常用的软磁合金及金属非晶材料,研究了它们对于弱磁场波动、稳恒磁场以及低频交流磁场的屏蔽效果,结果表明,材料的磁导率与矫顽力对磁屏蔽性能有较大影响,其中矫顽力与磁屏蔽性能的负相关性更好,即矫顽力越低,材料的磁屏蔽性能越好。对于测试的6种材料,铁镍合金材料与钴基非晶材料的磁屏蔽性能优于其他4种,铁镍合金材料在1 kHz以下磁屏蔽性能更佳,钴基非晶材料在50 kHz以下具有一定磁屏蔽效果。     

螺旋波等离子体推进器磁场仿真

推进工质电离、加速、喷出过程以及电羽流的污染控制等都与磁场密切相关。磁场位形的仿真设计对于提高螺旋波等离子体推进器的性能至关重要。基于等效磁荷方法建立了专门针对螺旋波等离子体推进器的三维磁场仿真模型, 计算出圆柱形与圆环形铷铁硼(Nd-Fe-B)永磁体组合产生的磁场位形及磁场强度分布特征。该模型为改进电推进器实验方案提供必要的参考和指导;通过大量仿真计算与分析, 从大量的磁铁构型方案中优选出合适的磁铁构型, 可以缩短螺旋波等离子体推进器的实验周期, 降低成本, 加快电推进器的研发进度。     

大型深空站周边抗电磁干扰对策研究

深空测控活动具有信号空间衰减大、传输时延长、传播环境复杂等特点，电磁干扰对活动影响较大。对某型深空站电磁干扰现状开展分析，区分各类干扰源，对常用的抗电磁干扰对策方法进行研究。以电磁环境监测与管理信息系统为依据来研究电磁环境实时监测在深空站的实现，探索适宜深空站使用的电磁干扰监测方法和抗电磁干扰的对策，并从体制机制上对深空站实施有效保护。     

高精度非接触磁浮机构电磁干扰特性分析

针对因双超平台姿态控制引入非接触磁浮机构这一关键执行机构,而可能引起的卫星平台新的电磁兼容问题,开展了非接触磁浮机构的电磁干扰特性研究。首先,介绍了非接触磁浮机构及其驱动器的工作原理;其次,分别对非接触磁浮机构驱动器的脉冲宽度调制(PWM)控制信号高频干扰特性和传导电磁干扰特性进行了理论和仿真分析,并将其频率特性与星上其他典型单机的工作频率进行了比对。对比分析结果表明:非接触磁浮机构的电磁干扰频率与星上其他典型单机之间间隔较大,其相互之间产生的电磁干扰可忽略,磁浮机构的引入不会产生新的电磁兼容问题。     

一种组合磁钢叠加磁场洛伦兹力磁轴承设计方法

针对现有洛伦兹力磁轴承功耗较高、工作气隙磁场非均匀性问题，提出一种基于组合磁钢叠加磁场的新型洛伦兹力磁轴承设计方法。首先建立了传统洛伦兹力磁轴承电磁力矩模型，揭示了洛伦兹力磁轴承功耗和控制精度与其磁场性能之间的对应关系。在此基础上，引入了磁场强度均值和磁场均匀度的概念，并以此为依据设计出一种轴向整环充磁磁钢与径向分块充磁磁钢组合工作的新型方案。其中轴向充磁磁钢产生主磁场，保证工作气隙周向均匀性，辅助以径向充磁磁钢，使磁场主要聚集在工作气隙处。相比现有洛伦兹力磁轴承，在相同尺寸约束条件下，新型洛伦兹力磁轴承径向磁场均匀度提升了8.7%，磁场强度提升了51.8%，周向磁场连续性显著提高。仿真结果表明,新型洛伦兹力磁轴承可以有效降低功耗、提升控制精度，研究成果可为研制超高精度磁悬浮惯性机构提供一条新的技术途径。     

Dual attitude and parameter estimation of passively magnetically stabilized nano satellites

The attitude determination capability of a nano satellite is limited by a lack of traditional high performance attitude sensors, a result of having small budgets for mass and power. Attitude determination can still be performed on a nano satellite with low fidelity sensors, but an accurate model of the spacecraft attitude dynamics is required. The passive magnetic stabilization systems commonly employed in nano satellites are known to introduce uncertainties in the parameters of the attitude dynamics model that cannot easily be resolved prior to launch. In this paper, a batch estimation problem is formulated that simultaneously solves for the attitude of the spacecraft and performs parameter estimation on the magnetic properties of the magnetic materials using only a measurement of the solar vector. The estimation technique is applied to data from NASA Ames Research Center's O/OREOS nano satellite and the University of Michigan's RAX-1 nano satellite, where clear differences are detected between the magnetic properties as measured before launch and those that fit the observed data. To date this is the first known on-orbit verification of the attitude dynamics model of a passively magnetically stabilized spacecraft.