基于磁场梯度张量的航天器内部多磁场源探测技术

基于磁场梯度张量的探测技术具有高分辨率、高精度等优点,是航天器多磁源分辨的有效方法。文章建立了航天器磁场源模型,提出了航天器多磁场源模型拟合方法,利用磁场梯度张量的主不变量的极值确定磁场源个数和水平位置,然后联合欧拉方程计算磁场源深度,完成航天器内部多磁场源仿真与计算,分辨率最高可达0.012 m,满足工程需求。该研究开辟了航天器内部多磁场源目标探测的新途径。     

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。     

十字形磁梯度张量结构在多磁偶极子测量中的误差与修正方法

磁场全张量探测技术在多磁源反演中有着重要意义。十字形磁梯度张量结构因其计算简单、精度高等特点被广泛采用,但其在多磁源反演中的全方位误差分析和修正方法有待完善。文章研究多磁偶极子分辨的问题,分析十字形计算结构和误差来源;结果表明磁力仪的精度、整体结构、背景环境和基线选取都会造成误差,甚至导致错误;最后给出修正方法和建议,同时提出可行的扫描方法。     

磁柱面作图法获取航天器垂向有效磁矩的探究

为解决大尺度、大磁矩航天器磁性测量时采用常规近场测试方法带来的整器磁矩偏心误差大、无法获得有效磁矩的难题,采用在航天器几何赤道面上下典型区域多层次布局传感器的方式获得整器柱面静态磁场数据。按10?1器模比例建立航天器垂向标准磁偶极子、双磁偶极子和组合态多磁偶极子磁矩分布模型,按上述多层分布测试方法对标准模型进行仿真试验。结果表明：在异向双磁偶极子和多磁偶极子模型中,当传感器位置高度逼近模型垂向磁赤道区域时,获得的结果更接近模型预置的标准磁矩量值;整器垂向磁性分布特征与异向多极子模型2具有高度相似性,进一步证明航天器磁赤道区域测得的结果更真实代表了垂向磁矩量值。该方法极大地提高了大磁矩航天器整器垂向磁矩准确性及其裕度控制范围。     

由磁矩计算磁场强度的公式在航天器磁矩测量中的应用

基于由磁矩计算磁场强度的反立方公式及其一般工程应用,文章提出将反立方公式与球面作图法结合,形成新球面作图法;并重点给出该方法在航天器磁试验磁矩测量中的应用,即在数据采集时应用球面作图法思路,数据处理时应用反立方公式由磁场强度测量值求磁矩.应用该方法对卫星内部有3个点磁矩情况下的总磁矩进行了仿真计算,结果表明,在测量点数...     

磁场全张量测量计算方法与误差分析

矢量磁场和磁场全张量数据是多磁源反演的数据基础。针对矢量磁场和磁场全张量的测量问题,文章提出了矩阵式矢量磁场连续扫描方法。对利用矢量磁场计算磁场全张量所用的数据结构进行了研究,应用MATLAB软件对常用的十字形和六面体两种不同数据计算结构进行了仿真分析,结果表明,两种计算结构的误差相近且均不大于10%;并分析了基线距离对磁场全张量计算的影响,结果表明,磁场全张量计算误差随着基线距离的增加而增加。     

低轨航天器磁推进方法

基于地球空间磁场的磁作用效应,提出了一类低轨航天器无工质消耗的磁推进方法,并对航天器的高度保持进行了研究。该方法具有作用机理明晰、物理结构简单、控制策略灵活等特征。以磁场对磁体作用的磁矩理论为基础,建立了带磁航天器飞行的磁推力模型,提出了基于磁力线追踪策略的轨道高度保持方法。利用熟知的IGRF11地磁模型,通过数值仿真计算,验证了磁推进方法对于600～1000km圆轨道航天器进行高度保持的有效性。     

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。     

卫星磁性仿真模型建立

卫星的磁性仿真主要包括卫星的磁矩仿真计算和卫星周围磁场的仿真计算.这两种仿真计算都是利用卫星部件的实际测量结果对卫星整星的磁矩及周围磁场进行预估.这些预估结果对于卫星整星的磁性设计、磁性测量、磁补偿起到指导作用,对于卫星的磁性控制有重要意义.     

基于电磁力的集群航天器磁矩最优分配

针对期望控制力到各航天器各轴线圈电流的磁矩分配问题,提出了一种基于电磁力的集群航天器磁矩最优分配方法,将磁矩分配问题转化为一个有约束的非线性优化问题,采用模拟退火算法实现两航天器各轴线圈中电流的最优分配,使包括地磁场干扰力矩和航天器之间干扰力矩的总干扰力矩最小。仿真分析验证了该方法能够通过电流的最优分配,实现磁矩最优分配,进而实现电磁力最优分配,耗能均衡,且能够更加快速得到电流的最优分配。     

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。     

近地空间磁场梯度分布特性及磁力效应研究

以国际地磁参考场模型IGRF11为基础,推导出地球磁场梯度分布公式,并对近地空间磁场分布特点进行了分析。由基本磁力学可知,带强磁体的航天器在地磁环境中不仅受到磁力矩作用,还将受到与地磁梯度相关的磁力的影响。根据地磁环境下的磁体受力机理,文章讨论了以弱磁力改变轨道倾角的方法,并通过数值仿真验证了其有效性。     

基于IGRF地磁场模型的航天器地磁干扰力矩数值仿真

航天器长期在轨运行期间,空间磁场与其自身磁矩相互作用的累积,会对航天器的姿态造成较大影响,加重姿态控制系统负担,降低航天器的可靠性。文章分别针对航天器轨道计算及地磁场模型的使用,对航天器地磁干扰力矩数值的仿真进行了系统的研究,最终得到航天器在轨运行时地磁干扰力矩计算仿真方法。     

Uncontrolled rotational motion of the <Emphasis Type="Italic">Aist</Emphasis> small spacecraft prototype

The results of reconstructing the uncontrolled rotational motion of the Aist small spacecraft prototype during its flight in early 2014 have been presented. The reconstruction was carried out by processing data from onboard measurements of the Earth’s magnetic field. The processing procedure used portions of data covering intervals of time with durations ranging from a few dozen minutes to three hours. Data obtained in each such interval were processed jointly by the least-squares method by integrating the equations of the satellite motion relative to the center of mass. The initial conditions of the motion and the parameters of the used mathematical model during processing have been estimated. The results of processing for several data intervals have provided a fairly complete picture of the satellite motion. This was the weakly disturbed Euler–Poinsot motion.     

High-speed streams of the solar wind near the earths’s orbit and their sources on the sun according to stereoscopic observations in the minimum of the 23rd cycle

Based on the results of plasma and magnetic measurements at three different points of the heliosphere and telescopic observations of the Sun from these points we study simultaneously high-speed streams (HSS) of the solar wind (SW) near the Earths’s orbit and coronal holes (CH) that have generated them. The data from spacecraft STEREO-A, STEREO-B, ACE, and SOHO are used together with ground-based observations from March 2007 to May 2008. In this period there existed HSS whose sources represented CH of various polarity, geometry, and location relative to the heliographic and heliomagnetic equators. Dependence of SW parameters on mutual positions of spacecraft with respect to CH and heliospheric current sheet, and also on heliolatitude and geometry of the CH is revealed. A difference of more than 5° in locations of spacecraft with respect to the heliospheric current sheet in November 2007 allowed us to discover a heliolatitude velocity gradient of the SW streams between the STEREO-A and STEREO-B spacecraft. On the average this gradient at that time was equal to 20 km/s per degree. Substantial variations in SW streams associated with variations of the HSS SW sources during a few hours or days were also observed. This variability makes it difficult to use the data of spacecraft STEREO-B for sufficiently accurate prediction of SW properties in the near-Earth space by the method of simple advanced ti me shift due to heliolongitude difference between a spacecraft and the Earth even in solar activity minimum.