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。     

磁力矩器在高低温变化环境下工作磁矩实时测试方法

采用赤道作图法等常规磁矩测试方法无法实现磁力矩器在热真空、热循环等空间环境模拟试验过程中的磁矩监测。针对这种情况,文章提出了一种通过磁通反演磁矩的测试方法。该方法通过建立磁力矩器的磁矩与通过测试线圈的磁通之间的对应关系数据库,进而根据测得的测试线圈内的磁通值来间接地得到磁力矩器的磁矩值,从而实现了磁力矩器在高低温变化环境下的磁矩实时测试。     

地磁场中卫星不侧置态下磁矩测试方法

对地磁场中卫星不倒置状态下分离卫星Z分量磁矩的测试及数据处理方法进行了研究。利用地球磁场方向特征、卫星剩磁矩与感磁矩在不同测量状态和测量过程中的变化,确定卫星Z分量磁矩含地磁垂直向感磁影响与不含地磁垂直向感磁影响的比例关系,基于积累的不同卫星水平和垂直向的磁测试数据,用近场法计算,获得了卫星Z分量的感磁系数。试验表明:用该法测得的Z分量磁矩测量相对误差不大于30%,工程上有较高的实用价值。     

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。     

基于旋翼无人机技术的近地磁测系统

为了提高无人机航空磁探测精度,文章利用大疆六旋翼无人机作为飞行平台,搭载三轴磁通门传感器及相应的数据采集子系统,组建了旋翼无人机磁场测量系统;分析和测量了六旋翼无人机本底磁性分布特征,优化了无磁伸杆的安装位置;采用综合系数法修正了三轴磁通门传感器的误差;最后进行了野外飞行试验,对旋翼无人机磁测系统的整体性能进行验证。结果表明,系统可持续飞行15 min,可有效完成低空磁场探测和磁矩计算,且飞行稳定性能高。文章进一步提出了技术改进方向。该研究可为无人机磁探技术和工程应用提供参考。     

低轨微波遥感卫星磁设计及试验验证

分析了低轨微波遥感卫星主要磁源分布特征,针对微波遥感卫星载荷功率大、装载的收发(TR)组件、有源天线阵、电源及SAR等系统间供电电流回路、接地回路可能产生较大杂散磁矩的因素,提出了一些有效减少大功率微波遥感卫星杂散磁矩的设计方法和工艺措施并进行相关试验验证。测试结果表明:卫星整星接地设计,小型化TR组件及有源天线阵、星体内电缆等结构工艺布局和走线设计合理;显著地减少了整星静态永磁矩、动态场杂散磁矩,卫星磁矩满足指标要求。     

失效卫星电磁消旋涉及的地磁扰动计算及磁场源优化设计方法

以失效卫星为代表的空间碎片受各种扰动因素影响,其旋转速度可达几到几十(°)/s。这种旋转运动给碎片清除带来困难,因此对旋转空间碎片进行消旋势在必行。电磁消旋因其非接触、无碰撞特性得到广泛关注,但在实际应用中须首先判别地磁场与磁场源相互作用产生的扰动力和力矩。文章在简要介绍基于旋转磁场的电磁消旋方法的基础上,建立电磁消旋过程中的电磁扰动力和力矩的分析模型,仿真分析计算地磁扰动力及力矩的分布,并给出减小地磁扰动的源磁场结构设计原则。通过设计组合式磁场源,优化磁场源各个磁体的磁化方向排布,可减小磁场源总磁矩以及地磁扰动。     

基于能量最优解析解的飞轮磁卸载方法

为改善传统卫星飞轮磁卸载,提出了一种基于能量最优解析解的磁卸载法。根据在轨卫星所处地磁场强度的变化规律,将卫星磁力矩器产生的磁矩作傅里叶级数展开,按卫星飞行一圈所需卸载的角动量由最优控制理论求出三轴磁矩的解析解。证明了该卸载法的稳定性,估算了干扰力矩及其作用,讨论了轨道倾角的影响,并给出了小倾角时的修正飞轮卸载控制律。理论分析和仿真结果表明,该飞轮卸载法简单且节能,效果明显优于传统的磁卸载法。     

稀土永磁直流力矩电动机磁结构的优化设计

稀土钻永磁体具有非常高的内禀矫顽力,稀土永磁组件一经磁化,就很难退磁。所以,它们是制造直流力矩电动机最合适的永磁材料。然而,为了充分利用昂贵的稀土永磁体,在直流力矩电动机的传统磁结构中,直接用稀土永磁体取代铝镍钴磁钢是不适宜的。为了得到合理的气隙磁通分布,本文提出一种优化直流力矩电动机的稀土永磁结构的机辅设计方法。在机辅设计时,用有限元法来预测磁场图形。最后,磁场计算结果与电动机的试验数据作了比较。     

根据线性迭加理论实现微小卫星姿态磁控制

根据地磁力矩定向阻尼特性和线性迭加理论,提出仅用磁力矩器实现对地指向微小卫星三轴姿态稳定的控制律。推导了采用迭加补偿,并考虑附加磁矩影响时改进的卫星姿态动力学方程。理论分析和仿真结果表明,该控制律简单、姿态控制精度高。     

前言

随着空间事业的发展,科学研究和应用卫星将进一步得到发展,对磁敏感的星载探测器将广泛地被采用,长寿命卫星使用磁矩来控制其姿态是节能的控制方案之一,这样对卫星的磁特性测量被提到日程上来。为此,有必要建造一台大型地面磁设备,在卫星四周造成一个模拟的空间磁环境或无磁(零磁)环境,以能对卫星磁特性或星载磁敏感探测器进行精确的测量或标定。为配合地面磁设备的研制,我们再次出版一期有关航天器磁试验的     

卫星系统和部件的退磁方法

1 前言自从对 IMP 和 OGO 卫星系统和部件进行磁试验以来,退磁已经做为一种把试验物体恢复到近零的原始磁状态的方法。1962年和1963年间,在部件磁试验设备(CMTF)中使用了直流退磁。近此时候完成的退磁试验是用60Hz 交流磁场退磁,代替了直流退磁。在一般的情况下,用初始磁场强度等于材料的矫顽力的磁场强度为铁磁材料退磁,肯定会退掉由材料磁性饱和引起的剩磁。     

地磁环境下卫星磁试验中的外干扰磁场控制补偿方法

针对地磁环境下外干扰磁场影响卫星磁试验精度问题,综合分析外干扰源场和卫星近场特性;通过合理布局(包括位置和方式)外干扰磁场监测传感器和卫星磁场采集传感器,增设动态磁场采集的A/D取样扫描频率循环控制、信号统计、滤波、数据拟合等信号处理功能,解决了监测传感器和采集传感器所得到的干扰信号的同步性、等效性、一致性,以及采集传感器信号中卫星真实磁场与干扰磁场之间的不相干性;实现了卫星磁试验的外干扰磁场有效闭环控制、自动跟踪、补偿和修正。通过24 h实时监测,外干扰磁场波动控制在0.5~1.0 n T范围内,获得地磁环境下卫星24 h"准零磁"环境磁试验条件,满足卫星磁试验对磁环境的技术要求。     

基于标准磁块模型的赤道作图法误差分析

赤道作图法是卫星及其部件磁矩测量和计算的主要方法，其测试结果受到多种因素的影响。文章首先介绍赤道作图法（亦称近场分析法）的基本原理，分析该方法在测量和计算磁矩过程中的部分误差来源；然后基于标准磁块模型研究模型磁偏心距、环境磁场波动与赤道作图法测试误差的关系；同时提出近远场梯度差分的方法以提升磁矩计算结果的准确度。利用改进方法对标准磁块模型进行测量和数据处理的结果表明，该方法的测量（计算）误差可控制在3%以内。     

一种航天器磁特征全息成像方法

为准确描述和评估航天器的磁特性,建立航天器网格化磁模型,提出航天器磁场信息成像方法。利用立体阵列扫描系统,对航天器测量面的磁场信息进行采集和计算,联合磁梯度张量的模量极值和欧拉反演法确定其内部磁源的水平位置和深度,实现航天器内部、探测面和空间磁信息的可视化分析和展示。航天器模型（格距10 cm）三点磁源试验和计算结果显示,该方法对内部磁源单方向定位偏差小于0.05 m,单方向磁矩偏差小于0.02 A?m2;空间磁场强度和磁矩误差均小于5%。该方法为快速获取类长方体形航天器的磁信息提供了一种新的工程实践手段。     

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。     

UKF容错滤波方法在自主导航中的应用研究

地磁场向量可描述成卫星的位置函数，以地磁场强度向量为观测量，利用三轴磁强计的测量信息即可实现近地卫星的自主导航。但当测量值存在野值时，滤波会出现偏差、收敛变慢甚至发散。将UKF滤波容错方法用于磁测自主导航，构造出一种基于残差正交性判别的UKF（Unsend Kalman Fiher）容错滤波方法，来实现野值的实时修正和故障诊断，使滤波器具有较强的鲁棒性。仿真结果表明该方法有效。     

布哈什卡拉(Bhaskara)卫星采用磁偏置控制

轨道退行(orbit regression)会使卫星自旋轴偏离轨道法线。扰动力矩,例如气动力矩,重力梯度力矩,太阳辐射压力力矩和磁力矩,也能引起自旋轴的漂移。印度地球观测实验卫星Bhaskara是近地圆轨道自旋稳定卫星,其自旋轴沿轨道法线定向,采用冷气推进系统来控制其自旋轴的定向和自旋速率。对于该卫星而言,每一自旋周期内重力梯度力矩平均为零。气动力矩是个以轨道频率旋转的矢量,故净漂移很小,在设计阶     

单轴飞轮故障时的小卫星姿态控制方法研究

反作用飞轮和磁力矩器是现代小卫星姿态控制的主要执行机构,针对单轴反作用飞轮故障仅能提供两轴控制力矩的情况,提出了一种使用磁力矩器和反作用飞轮进行联合控制的算法。首先推导了一种拟PD姿态控制律,在此基础上提出了剩余两反作用飞轮和磁力矩器的控制力矩分配策略。仿真结果表明,该算法能够在单轴飞轮故障情况下完成小卫星高精度姿态控制任务,延长航天任务寿命,算法鲁棒性好,设计简单且易于在轨实时计算。     

CM2磁场梯度补偿方法研究

CM2是根据我国各种型号卫星的需求而正在建设的一个大型磁试验设备,由于设备性能要求达到国际水平,但现有的提高设备均匀度的方式很难使其均匀性达到设计指标的要求。为此文章提出:应用磁场梯度补偿的方法来减小其不均匀度,并就其具体情况设计了在主线圈的外线圈上加单向补偿绕组和1/3混合补偿绕组的磁场梯度补偿方式,并利用矩阵法来计算综合补偿时的电流值。