零磁空间中测量卫星的剩磁和感磁的装置及方法
【专利摘要】本发明提出了零磁空间中测量卫星的剩磁和感磁的装置及方法，所述装置包含:三个线圈、转台、卫星和磁强计；布放三个互相正交的第一线圈，第二线圈和第三线圈，且三个线圈分别沿东西、南北和垂直方向放置，然后将上述三个线圈通电产生零磁空间；将转台固定放置在零磁空间的中心，再将卫星放置于在转台上，磁强计的三个轴与第一线圈、第二线圈和第三线圈的各个轴一致；分别在第一线圈，第二线圈和第三线圈上施加人工场，并通过加场求出感磁系数；本发明的技术方案可以区分卫星磁矩的剩磁和感磁，并利用感磁系数将地磁场引起的感磁去掉，从而获得卫星测量到的是真实的地磁场。
【专利说明】零磁空间中测量卫星的剩磁和感磁的装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明是用人工场的方法测量卫星磁矩中的剩磁和感磁和修正由感磁引起的测 量磁场的误差，即本发明提供了零磁空间中测量卫星的剩磁和感磁的装置及方法。
【背景技术】
[0002] 卫星的磁矩影响卫星的姿态、运行轨道和磁场测量，所述的卫星的磁矩，在卫星运 行时它和地磁场间的相互作用，进而产生力矩。因此，通过测量卫星的磁矩，进而能够减小 和消除卫星磁矩对卫星姿态、运行轨道磁场测量的影响是亟待解决的技术问题。
[0003] 现有的测量卫星的磁矩的方法包含：悬挂法，球面作图法、赤道作图法和偶极子 法。目前用得较多的是赤道作图法和偶极子法。上述这些方法各有特点，它们共同的一个 缺陷是不能把磁矩中的剩磁和感磁区分开。同时卫星在地磁场中运行，它的感磁随地磁场 大小和方向的变化而变化，而不是一个固定的值。因此如何将卫星在磁场中运行时的剩磁 和感磁进行分离不仅对卫星的姿态和运行轨道有影响，而且对磁强计测量地磁场的精度也 有很大的影响。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是把在零磁空间中测量到的磁矩中的剩磁和感磁区分开来，而且对 卫星测量到的地磁场进行修正，而得到真实的地磁场值。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供一种零磁空间中测量卫星的剩磁和感磁的装置，所 述装置包含：三个线圈、转台、卫星和磁强计；
[0006] 布放三个互相正交的第一线圈，第二线圈和第三线圈，且三个线圈分别沿东西、南 北和垂直方向放置，然后将上述三个线圈通电产生零磁空间；
[0007] 将转台固定放置在零磁空间的中心，再将卫星放置于在转台上，磁强计的三个轴 与第一线圈、第二线圈和第三线圈的各个轴一致；
[0008] 分别在第一线圈，第二线圈和第三线圈上施加人工场，并通过加场求出感磁系 数；
[0009] 其中，加人工场线圈和产生零磁空间线圈是同一线圈，且加的人工场需满足：产生 的磁场使卫星感磁材料的感应场在线性范围内。
[0010] 基于上述装置，本发明还提供了一种用于分离磁矩中的剩磁和感磁方法，所述方 法包含：
[0011] 步骤101)分别测量三轴磁强计的x、Y和Z轴的感磁系数α、β、Y ;
[0012] 步骤102)并根据得到的各个感磁系数将地磁场中测量到的磁矩中的剩磁和感磁 进行区分。
[0013] 为了实现本发明的技术目的，本发明还提供了另一种零磁空间中用于分离磁矩中 的剩磁和感磁装置，所述装置包含：三轴磁强计，转台，卫星、伸杆和用于产生零磁空间三组 正交线圈；
[0014] 所述三个互相正交的第一线圈，第二线圈和第三线圈分别沿东西、南北和垂直方 向放置，然后将上述三个线圈通电产生零磁空间；
[0015] 所述的卫星和磁强计布放于转台上，若有伸杆与磁强计相连则伸杆必须完全打 开；
[0016] 所述三轴磁强计位于磁的南北或东西方向，用于测量三个坐标轴方向上的磁场； 且所述的卫星上的磁强计同卫星布放于转台上；
[0017] 其中，第一线圈、第二线圈或第三线圈产生的人工磁场应该使卫星感磁材料的感 应磁场在线性范围内。
[0018] 基于上述装置，本发明提供一种基于感磁系数获得真实磁场值的方法，所述方法 包含：
[0019] 步骤201)获得三轴磁强计的X、Y和Z轴的感磁系数；
[0020] 步骤202)分别测量卫星在地磁场中运行时的X、Y和Z轴的磁场，并根据得到的各 个感磁系数将地磁场中测量的磁矩中的剩磁和感磁进行区分；
[0021] 步骤203)测量卫星在飞行时的三轴磁强计的X、Υ和Ζ轴的磁场值，并依据步骤 201)获得的剩磁和感磁获得真实的磁场值。
[0022] 与现有技术相比，本发明的技术优势在于：本发明可以将测量到的卫星磁矩分离 出剩磁和感磁，并在有磁强计的卫星上，得到真实的磁场。即本发明根据感磁系数和在飞行 中测量到的地磁场，消除卫星产生剩磁和感磁以及地磁场引起的感磁，而得到真实的地磁 场。本发明不仅可以把磁矩中的剩磁和感磁区分开来；而且在此基础上可对测量到的磁场 进行修正获得真实的磁场值。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1是本发明的零磁空间中测量磁矩并区分剩磁和感磁示意图；
[0024] 图2是本发明的零磁空间中测量磁矩并区分剩磁和感磁（有星上磁强计）示意 图；
[0025] 图3是本发明的零磁空间中测量磁矩并区分剩磁和感磁（有带伸杆的星上磁强 计）示意图。
[0026] 附图标识：
[0027] 1、东西方向的线圈（X方向）2、南北方向的线圈（Υ方向）
[0028] 3、垂直方向的线圈（Ζ方向）4、三轴磁强计
[0029] 5、卫星6、转台7、伸杆
【具体实施方式】
[0030] 下面结合附图对本发明的技术方案进行详细阐述。
[0031] 实施例1
[0032] 本发明提供一种零磁空间中测量卫星的剩磁和感磁的装置，所述装置包含：三个 线圈、转台、卫星和磁强计；
[0033] 布放三个互相正交的第一线圈，第二线圈和第三线圈，且三个线圈分别沿东西、南 北和垂直方向放置，然后将上述三个线圈通电产生零磁空间；
[0034] 将转台固定放置在零磁空间的中心，再将卫星放置于在转台上，磁强计的三个轴 与第一线圈、第二线圈和第三线圈的各个轴一致；
[0035] 分别在第一线圈，第二线圈和第三线圈上施加人工场，并通过加场求出感磁系 数；
[0036] 其中，加人工场线圈和产生零磁空间线圈是同一线圈，且加的人工场需满足：产生 的磁场使卫星感磁材料的感应场在线性范围内。
[0037] 基于上述装置，本发明还提供了一种用于分离磁矩中的剩磁和感磁方法，该方法 基于权利要求1记载的用于分离磁矩中的剩磁和感磁装置，所述方法包含：
[0038] 步骤101)分别测量三轴磁强计的X、Y和Z轴的感磁系数α、β、γ ;
[0039] 步骤102)并根据得到的各个感磁系数将地磁场中测量到的磁矩中的剩磁和感磁 进行区分。
[0040] 可选的，上述步骤101)包含：
[0041] 步骤101-1)采用如下方法获得X轴的感磁系数：
[0042] 步骤101-1-1)将卫星放置于零磁空间中的转台上，将三轴磁强计放置于转台附 近，三轴磁强计在卫星的赤道面上距离卫星中心为三个卫星半径以上，且三轴磁强计的X 轴与东西线圈轴方向一致，卫星在转台的赤道面上旋转，使测量到的X方向的磁场值最大， 获得此时的第一磁场值；
[0043] 步骤101-1-2)在东西线圈上加入人工磁场，其在X方向产生的磁场应在5000ηΤ 以上，再测量此时的X方向的磁场值，获得第二磁场值；
[0044] 步骤101-1-3)将卫星移走，再用三轴磁强计测量此时的X方向的磁场值，该测量 值为人工磁场的值；
[0045] 步骤101-1-4)计算第二磁场值与第一磁场值的差值，且将该差值作为人工磁场 和人工磁场产生的感磁的和；
[0046] 然后，再基于人工磁场和人工磁场产生的感磁的和及步骤101-1-3)获得的人工 产生的磁场，进而得到人工磁场产生的感磁；
[0047] 计算人工磁场产生的感磁值与人工磁场值的比值，将该比值作为X轴的感磁系数 α ;
[0048] 步骤101-2)采用如下方法获得Υ轴的感磁系数：
[0049] 步骤101-2-1)将卫星放置于零磁空间中的转台上，将三轴磁强计放置于转台附 近，三轴磁强计在卫星的赤道面上距离卫星中心为三个卫星半径以上，三轴磁强计的Υ轴 与南北线圈轴方向一致，卫星在转台的赤道面上旋转，使测量到的Υ方向的磁场值最大，获 得第二磁场值；
[0050] 步骤101-2-2)在南北线圈上加入人工磁场，该南北线圈在Υ方向产生的磁场在 5000ηΤ以上，再测量此时的Υ方向的磁场值，获得第四磁场值；
[0051] 步骤101-2-3)将卫星移走，三轴磁强计测量此时的Υ方向的磁场值，且将该测量 值为人工磁场值；
[0052] 步骤101-2-4)计算第四磁场值与第三磁场值的差值，将该差值作为人工磁场和 人工磁场产生的感磁的和；
[0053] 然后再基于人工磁场和人工磁场产生的感磁的和及步骤101-2-3)获得的人工产 生的磁场的磁场值，进而得到人工磁场产生的感磁；
[0054] 计算人工磁场的感磁与人工磁场的比值，将该比值作为Y轴的感磁系数β ;
[0055] 步骤101-3)采用如下方法获得Ζ轴的感磁系数：
[0056] 步骤101-3-1)将卫星放置于零磁空间中的转台上，将三轴磁强计放置于转台附 近，三轴磁强计在卫星的赤道面上距离卫星中心为三个卫星半径以上，三轴磁强计的Ζ轴 与垂直线圈轴方向一致，卫星在转台的赤道面上旋转，使测量到的Ζ方向的磁场值最大，获 得第五磁场值；
[0057] 步骤101-3-2)在垂直线圈上加入人工磁场，其在Ζ方向产生的磁场应在5000ηΤ 以上，再测量此时的Ζ方向的磁场值，获得第六磁场值；
[0058] 步骤101-3-3)将卫星移走，采用三轴磁强计测量此时的Ζ方向的磁场值，且将该 测量值作为人工磁场的值；
[0059] 步骤101-3-4)计算第六磁场值与第五磁场值的差值，将该差值作为人工磁场和 人工磁场产生的感磁的和；
[0060] 然后再基于人工磁场和人工磁场产生的感磁的和及步骤101-3-3)获得的人工磁 场值，进而得到人工磁场产生的感磁；
[0061] 计算人工磁场的感磁值与人工磁场值的比值,将该比值作为Ζ轴的感磁系数Υ。
[0062] 可选的，上述步骤102)进一步包含：
[0063] 步骤102-1)采用如下公式分离X轴的剩磁和感磁：
[0064] 剩磁 Bxs = ΒχΛ?+α );
[0065] 感磁 Bxse = a Bxs
[0066] 其中，α为X轴的感磁系数，Bx为测到的第一磁场值；
[0067] 102-2)采用如下公式分离Y轴的剩磁和感磁：
[0068] 剩磁 BYS = ΒγΛ?+β)
[0069] 感磁 BYse = β BYS
[0070] 其中，β为Y轴的感磁系数，BY为测到的第三磁场值；
[0071] 102-3)采用如下公式分离Ζ轴的剩磁和感磁：
[0072] 剩磁 Bzs = ΒΖΛ1+Υ)
[0073] 感磁 Bzsc = γ Bzs
[0074] 其中，Y为Z轴的感磁系数，BZS测到的第五地磁场。
[0075] 综上所述，零磁空间中测量磁矩中区分剩磁和感磁的方法的具体实施过程为：
[0076] 先调节东西方向放置的第一线圈1，南北方向放置的第二线圈2,垂直方向放置的 第三线圈3中的电流在三个线圈的内部产生零磁空间，将转台6放在第一线圈1，第二线圈 2,第三线圈3的中心，将卫星5放在转台6上，把三轴磁强计4放在卫星5的赤道面上，三 轴磁强计4的X轴与第一线圈1的轴平行，
[0077] 旋转转台，使Bx最大，则三轴磁强计4的X轴读数Bx为：
[0078] Bx - Bxs+Bxsg ；
[0079] 这时在第一线圈1上改变磁场（人为的加磁场），产生Βχκ和Βχκ；。即可求出X轴 方向上的感磁系数α ,而得到X轴方向上的剩磁和感磁为：剩磁为Bxs = ΒχΛ?+α )和感磁 为 Bxsc = BX_BXS
[0080] 其中，Bx表示X方向测到的磁场；Bxs和Bxse分别表示X方向测到的剩磁和剩磁产 生的感磁，Β χκ和分别表示X方向测到的人工磁化场和它产生的感磁，α表示X方向的 感磁系数。
[0081] 同上调节第一线圈1，第二线圈2,第三线圈3在三个线圈的内部产生零磁空间，将 转台6放在第一线圈1，第二线圈2,第三线圈3的中心，将卫星5放在转台6上，三轴磁强 计4放在卫星5的赤道面上，三轴磁强计4的Υ轴与第二线圈2的轴平行，
[0082] 旋转转台，使Υ轴读数Βγ最大，则三轴磁强计4的Υ轴读数Βγ为：
[0083] Βγ - Byg+BygQO
[0084] 这时在第二线圈2上改变磁场（人为的加磁场），产生Βγκ和Βγκ;。即可求出Y轴 方向上的感磁系数β，进而依据β而得到Υ轴方向上的剩磁和感磁为：剩磁为B YS = Βγ/ (1+β )和感磁为 BYSG = BY_BYS。
[0085] 其中，Βγ表示Y方向测到的磁场；BYS和BYse分别表示Y方向测到的剩磁和剩磁产 生的感磁；Β γκ和Βγκ;分别表示Υ方向测到的人工磁化场和它产生的感磁；β表示Υ方向的 感磁系数。
[0086] 同上调节第一线圈1，第二线圈2,第三线圈3在三个线圈内部产生零磁空间，将转 台6放在第一线圈1，第二线圈2,第三线圈3的中心，将卫星5放在转台6上，三轴磁强计 4放在卫星5的赤道面上，此时卫星4的Ζ轴与第三线圈3的轴平行，则卫星4的Ζ轴读数 为 Βζ，且 Βζ - Bzs+Bzsg。
[0087] 这时在第三线圈3上改变磁场（人为的加磁场），产生Βζκ和BZKe。即可求出Z轴 方向上的感磁系数进而依据得到的感磁系数Υ而得到Ζ轴方向上的剩磁和感磁为：剩 磁为 Bzs = Βζ/ (1+ γ )和感磁为 Bzsc = Bz-Bzs
[0088] 其中，Bz表示Z方向测到的磁场；Bzs和Bzse分别表示Z方向的剩磁和剩磁产生的 感磁；Β ζκ和分别表示Ζ方向测到的人工磁化场和它产生的感磁；γ表示Ζ方向的感磁 系数。
[0089] 实施例2
[0090] 本发明还提供另一种零磁空间中用于分离磁矩中的剩磁和感磁装置，所述装置包 含：三轴磁强计，转台，卫星、伸杆和用于产生零磁空间三组正交线圈；
[0091] 所述三个互相正交的第一线圈，第二线圈和第三线圈分别沿东西、南北和垂直方 向放置，然后将上述三个线圈通电产生零磁空间；
[0092] 所述的卫星和磁强计布放于转台上，若有伸杆与磁强计相连则伸杆必须完全打 开；
[0093] 所述三轴磁强计位于磁的南北或东西方向，用于测量三个坐标轴方向上的磁场； 且所述的卫星上的磁强计同卫星布放于转台上；
[0094] 其中，第一线圈、第二线圈或第三线圈产生的人工磁场应该使卫星感磁材料的感 应磁场在线性范围内。
[0095] 基于上述的装置本发明提供一种基于感磁系数获得真实磁场值的方法，所述方法 包含：
[0096] 步骤201)获得三轴磁强计的X、Y和Z轴的感磁系数；
[0097] 步骤202)分别测量卫星在地磁场中运行时的X、Y和Z轴的磁场，并根据得到的各 个感磁系数将地磁场中测量的磁矩中的剩磁和感磁进行区分；
[0098] 步骤203)测量卫星在飞行时的三轴磁强计的X、Y和Z轴的磁场值，并依据步骤 201)获得的剩磁和感磁获得真实的磁场值。
[0099] 可选的，上述步骤201)包含：
[0100] 采用如下方法获得X轴的感磁系数：
[0101] 步骤201-1-1)将卫星放置于零磁空间中的转台上，将三轴磁强计放置于转台附 近，在卫星的赤道面上，距离卫星中心，三个卫星半径以上，且其X轴与东西线圈轴方向一 致，卫星在转台上旋转，使测量到的X方向的磁场值最大，获得第七磁场值；
[0102] 步骤201-1-2)在东西线圈上加入人工磁场，其在X方向产生的磁场应在5000nT 以上，再测量此时的X方向的磁场值，获得第八磁场值；
[0103] 步骤201-1-3)将卫星移走，三轴磁强计仍放在原处，即保持三轴磁强计的位置和 方向不变，测量此时的X方向的磁场值，且将该磁场值为人工产生的磁场；
[0104] 步骤201-1-4)计算第八磁场值与第七磁场值的差值，该差值为人工磁场和人工 磁场产生的感磁的和；
[0105] 然后再基于人工磁场和人工磁场产生的感磁的和及步骤102-1-3)获得的人工产 生的磁场，进而得到人工磁场产生的感磁；
[0106] 计算人工磁场的感磁与人工磁场的剩磁的比值，将该比值作为X轴的感磁系数 α ;
[0107] 采用如下方法获得Υ轴的感磁系数：
[0108] 步骤201-2-1)将卫星放置于零磁空间中的转台上，将三轴磁强计放置于转台附 近，在卫星的赤道面上，距离卫星中心，三个卫星半径以上，且其Υ轴与南北线圈轴方向一 致，卫星在转台上旋转，使测量到的Υ方向的磁场值最大，获得第九磁场值；
[0109] 步骤201-2-2)在南北线圈上加入人工磁场，其在Υ方向产生的磁场应在5000ηΤ 以上，再测量此时的Υ方向的磁场值，获得第十磁场值；
[0110] 步骤201-2-3)将卫星移走，三轴磁强计仍放在原处，即保持三轴磁强计的位置和 方向不变，测量此时的γ方向的磁场值，且该磁场值为人工产生的磁场；
[0111] 步骤201-2-4)计算第十磁场值与第九磁场值的差值，该差值为人工磁场和人工 磁场产生的感磁的和；
[0112] 然后再基于人工磁场和人工磁场产生的感磁的和及步骤201-2-3)获得的人工产 生的磁场，进而得到人工磁场产生的感磁；
[0113] 计算人工磁场的感磁与人工磁场的剩磁的比值，将该比值作为Υ轴的感磁系数 β ;
[0114] 采用如下方法获得Ζ轴的感磁系数：
[0115] 步骤201-3-1)将卫星放置于零磁空间中的转台上，将三轴磁强计放置于转台附 近，在卫星的赤道面上，距离卫星中心，三个卫星半径以上，且三轴磁强计的Ζ轴与垂直线 圈轴方向一致，卫星在转台上旋转，使测量到的Ζ方向的磁场值最大，获得第十一磁场值；
[0116] 步骤201-3-2)在垂直线圈上加入人工磁场，其在Ζ方向产生的磁场应在5000ηΤ 以上，再测量此时的Ζ方向的磁场值，获得第十二磁场值；
[0117] 步骤201-3-3)将卫星移走，三轴磁强计仍放在原处，即保持位置和方向不变，测 量此时的Z方向的磁场值，且该磁场值为人工产生的磁场；
[0118] 步骤201-3-4)计算第十二磁场值与第十一磁场值的差值，该差值为人工磁场和 人工磁场产生的感磁的和；
[0119] 然后再基于人工磁场和人工磁场产生的感磁的和及步骤201-3-3)获得的人工产 生的磁场，进而得到人工磁场产生的感磁；
[0120] 计算人工磁场的感磁与人工磁场的剩磁的比值，将该比值作为Z轴的感磁系数
[0121] 可选的，上述步骤202)进一步包含：
[0122] 步骤102-1)采用如下公式分离X轴的剩磁和感磁：
[0123] 剩磁 Bxs = 87(1+0);
[0124] 感磁 Bxse = a Bxs
[0125] 其中，α为X轴的感磁系数，Bx为测到的第七磁场值；
[0126] 102-2)采用如下公式分离Y轴的剩磁和感磁：
[0127] 剩磁 BYS = ΒγΛ?+β)
[0128] 感磁 BYse = β BYS
[0129] 其中，β为Y轴的感磁系数，BY为测到的第九磁场值；
[0130] 102-3)采用如下公式分离Ζ轴的剩磁和感磁：
[0131] 剩磁 Bzs = BzAl+Y)
[0132] 感磁 Bzsc = Y Bzs
[0133] 其中，Y为Z轴的感磁系数，BZ为测到的第^^一地磁场。
[0134] 进一步可选的，上述步骤203)进一步包含：
[0135] 步骤203-1)采用如下方法获得X轴的真实磁场Bm :
[0136] 步骤203-1-1)采用三轴磁强计测量卫星飞行时的X轴的磁场值，将该测量值作为 第十三磁场值B x :
[0137] Bx - Bxs+Bxsg+Bxd+Bxdg
[0138] 步骤203-1-2)根据第七磁场值求得的感磁系数α和第十三磁场Bx由如下公式 得到X方向上真正的地磁场值是：
[0139] Βχη = (Bx-Bxs (1+ α )) / (1+ α )
[0140] 步骤203-2)采用如下方法获得Υ轴的真实磁场Β? :
[0141] 步骤203-2-1)采用三轴磁强计测量卫星飞行时的Υ轴的磁场值，将该测量值作为 第十四磁场值Β γ :
[0142] Βγ - Bys+Bysg+ByD+ByDG
[0143] 步骤203-2-2)根据第八磁场值求得的感磁系数β，第十四磁场值Βγ，由如下公式 得到Y方向上真正的地磁场值是：
[0144] By；, = (BY-BYS (1+β )) / (1+β )
[0145] 步骤203-3)采用如下方法获得Ζ轴的真实磁场BZD :
[0146] 步骤203-3-1)采用三轴磁强计测量卫星飞行时的Ζ轴的磁场值，将该测量值作为 第十五磁场值Β ζ :
[0147] Βζ - Bzs+Bzsg+Bzd+Bzdg
[0148] 步骤203-3-2)根据第九磁场值求得的感磁系数γ和第十五磁场值Bz，由如下公 式得到Z方向上真正的地磁场值是：
[0149] Bzd = (Bz-Bzs (1+ y)) / (1+ y)
[0150] 综合三个方向磁场的修正值真正的地磁场值为：
[0151] Βχη = (Bx-Bxs (1+ α )) / (1+ α )
[0152] By；, = (BY-BYS (1+β )) / (1+β )
[0153] Bzd = (Bz-Bzs(l+y ))/(1+γ)
[0154] 总之，上述实施例2的具体操作过程为：
[0155] 调节第一线圈1，第二线圈2，第三线圈3在三个线圈内部产生零磁空间，转台6放 在第一线圈1，第二线圈2,第三线圈3的中心，将卫星5放在转台6上，这时三轴磁强计4 是直接或由伸杆7连接在卫星5上，三轴磁强计4放在第一线圈1的方向上，三轴磁强计4 的X轴与第一线圈1的轴平行，三轴磁强计4的X轴读数为Β χ，且Bx = Bxs+Bxse。
[0156] 这时在第一线圈1上改变磁场（人为的加磁场），产生Βχκ和Βχκ；。即可求出X轴 方向上的感磁系α ,进而依据得到的感磁系数α而得到X轴方向上的剩磁和感磁为：剩磁 Bxs = Βχ/ (1+ α )和感磁 Bxsg = Bx_Bxs
[0157] 其中，Bx表示X方向测到的磁场；Bxs和Bxse分别表示X方向测到的剩磁和剩磁产 生的感磁，Β χκ和分别表示X方向测到的人工磁化场和它产生的感磁，α表示X方向的 感磁系数。
[0158] 调节第一线圈1，第二线圈2,第三线圈3在三个线圈内部产生零磁空间，将转台 6放在第一线圈1，第二线圈2,第三线圈3的中心，将卫星5放在转台6上，这时三轴磁强 计4直接或是由伸杆7连接在卫星5上，三轴磁强计4放在第一线圈1的方向上，旋转转台 6使三轴磁强计4的Υ轴与第二线圈2平行，获得三轴磁强计4的Υ轴读数为Β γ，且Βγ = BYS+BY SG°
[0159] 这时在第二线圈2上改变磁场（人为的加磁场），产生BYI^P Βγκ;。即可求出Y轴 方向上的感磁系数β ,进而依据感磁系数β而得到Υ轴方向上的剩磁和感磁为：剩磁BYS =Βγ/(1+β )和感磁 BYse = BY-BYS。
[0160] 其中，Βγ表示Y方向测到的磁场；BYS和BYse分别表示Y方向测到的剩磁和剩磁产 生的感磁；Β γκ和Βγκ;分别表示Υ方向测到的人工磁化场和它产生的感磁；β表示Υ方向的 感磁系数。
[0161] 调节第一线圈1，第二线圈2,第三线圈3在三个线圈内部产生零磁空间，将转台 6)放在第一线圈1，第二线圈2,第三线圈3的中心，将卫星5放在转台6上，这时三轴磁强 计4直接或是由伸杆7连接在卫星5上，三轴磁强计4放在（第一线圈1或第二线圈2)的 方向上，使三轴磁强计）的Ζ轴与第三线圈3平行，三轴磁强计4的Ζ轴读数为Β ζ，且Βζ = Bzs+Bzsg。
[0162] 这时在第三线圈3上改变磁场（人为的加磁场），产生Βζκ和BZKe。即可求出Z轴 方向上的感磁系数进而依据感磁系数Υ而得到Ζ轴方向上的剩磁和感磁为：剩磁B zs =Bz/ (1+ γ )和感磁 Bzsc = Bz-Bzs。
[0163] 其中，Bz表示Z方向测到的磁场；Bzs和Bzse分别表示Z方向的剩磁和剩磁产生的 感磁；Β ζκ和分别表示Ζ方向测到的人工磁化场和它产生的感磁；γ表示Ζ方向的感磁 系数。
[0164] 根据上述求得的感磁系数，我们可以对测量到的地磁场进行修正，分别得到X、Y、Z 三个方向真实的地磁场，方法如下：
[0165] Βχη = (Bx-Bxs (1+ α )) / (1+ α )
[0166] By；, = (BY-BYS (1+β )) / (1+β )
[0167] Bzd = (Bz-Bzs(l+y ))/(1+γ)
[0168] 此方法也可用于小型飞行器（导弹和无人机等）和由各种指令所产生的磁场变 化。
[0169] 用此方法我们可以从测量的地磁场中消除地磁场所产生感磁的影响，使得测量到 的是真实的地磁场。
[0170] 总之，本发明的目的是把在地磁场中测量到的磁矩中的剩磁和感磁区分开来，而 且对卫星测量到的地磁场进行修正，而得到真实的地磁场值。
[0171] 最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参 照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方 案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明 的权利要求范围当中。
【权利要求】
1. 一种零磁空间中测量卫星的剩磁和感磁的装置，所述装置包含：三个线圈、转台、卫 星和磁强计； 布放三个互相正交的第一线圈，第二线圈和第三线圈，且三个线圈分别沿东西、南北和 垂直方向放置，然后将上述三个线圈通电产生零磁空间； 将转台固定放置在零磁空间的中心，再将卫星放置于在转台上，磁强计的三个轴与第 一线圈、第二线圈和第三线圈的各个轴一致； 分别在第一线圈，第二线圈和第三线圈上施加人工场，并通过加场求出感磁系数； 其中，加人工场线圈和产生零磁空间线圈是同一线圈，且加的人工场需满足：产生的磁 场使卫星感磁材料的感应场在线性范围内。
2. -种用于分离磁矩中的剩磁和感磁方法，该方法基于权利要求1记载的用于分离磁 矩中的剩磁和感磁装置，所述方法包含： 步骤101)分别测量三轴磁强计的X、Y和Z轴的感磁系数α、β、Y ; 步骤102)并根据得到的各个感磁系数将地磁场中测量到的磁矩中的剩磁和感磁进行 区分。
3. 根据权利要求2所述的用于分离磁矩中的剩磁和感磁方法，其特征在于，所述步骤 101)包含： 步骤101-1)采用如下方法获得X轴的感磁系数： 步骤101-1-1)将卫星放置于零磁空间中的转台上，将三轴磁强计放置于卫星的赤道 面上，距离卫星中心三个卫星半径以上，且三轴磁强计的X轴与东西线圈轴方向一致，测量 到的X方向的磁场值最大，获得第一磁场值； 步骤101-1-2)在东西线圈上加入人工磁场，其在X方向产生的磁场应在5000ηΤ以上， 再测量此时的X方向的磁场值，获得第二磁场值； 步骤101-1-3)将卫星移走，三轴磁强计测量此时的X方向的磁场值，该测量值为人工 磁场的值； 步骤101-1-4)计算第二磁场值与第一磁场值的差值，该差值为人工磁场和人工磁场 产生的感磁的和； 然后，再基于人工磁场和人工磁场产生的感磁的和及步骤101-1-3)获得的人工产生 的磁场，进而得到人工磁场产生的感磁； 计算人工磁场产生的感磁值与人工磁场值的比值，将该比值作为X轴的感磁系数α ; 步骤101-2)采用如下方法获得Υ轴的感磁系数： 步骤101-2-1)将卫星放置于零磁空间中的转台上，将三轴磁强计放置于卫星的赤道 面上，距离卫星中心三个卫星半径以上，三轴磁强计的Υ轴与南北线圈轴方向一致，测量到 的Υ方向的磁场值最大，获得第三磁场值； 步骤101-2-2)在南北线圈上加入人工磁场，其在Υ方向产生的磁场应在5000ηΤ以上， 再测量此时的Υ方向的磁场值，获得第四磁场值； 步骤101-2-3)将卫星移走，三轴磁强计测量此时的Υ方向的磁场值，该测量值为人工 磁场值； 步骤101-2-4)计算第四磁场值与第三磁场值的差值，该差值为人工磁场和人工磁场 产生的感磁的和； 然后再基于人工磁场和人工磁场产生的感磁的和及步骤101-2-3)获得的人工产生的 磁场的磁场值，进而得到人工磁场产生的感磁； 计算人工磁场的感磁与人工磁场的比值，将该比值作为Y轴的感磁系数β ; 步骤101-3)采用如下方法获得Ζ轴的感磁系数： 步骤101-3-1)将卫星放置于零磁空间中的转台上，将三轴磁强计放置于卫星的赤道 面上，距离卫星中心三个卫星半径以上，三轴磁强计的Ζ轴与垂直线圈轴方向一致，在旋转 转台卫星的赤道面上，使测量到的Ζ方向的磁场值最大，获得第五磁场值； 步骤101-3-2)在垂直线圈上加入人工磁场，其在Ζ方向产生的磁场应在5000ηΤ以上， 再测量此时的Ζ方向的磁场值，获得第六磁场值； 步骤101-3-3)将卫星移走，三轴磁强计测量此时的Ζ方向的磁场值，且该测量值为人 工磁场的值； 步骤101-3-4)计算第六磁场值与第五磁场值的差值，该差值为人工磁场和人工磁场 产生的感磁的和； 然后再基于人工磁场和人工磁场产生的感磁的和及步骤101-3-3)获得的人工磁场 值，进而得到人工磁场产生的感磁； 计算人工磁场的感磁值与人工磁场值的比值，将该比值作为Ζ轴的感磁系数γ。
4. 根据权利要求3所述的用于分离磁矩中的剩磁和感磁方法，其特征在于，所述步骤 102)进一步包含： 步骤102-1)采用如下公式分离X轴的感磁和剩磁： 剩磁 Bxs = Βχ/(1+α ); 感磁 Bxse = a Bxs 其中，α为X轴的感磁系数，Bx为测到的第一磁场值； 102-2)采用如下公式分离Y轴的感磁和剩磁： 剩磁 BYS = Βγ/ (1+ β ) 感磁 BYse = β BYS 其中，β为Υ轴的感磁系数，Βγ为测到的第三磁场值； 102-3)采用如下公式分离Ζ轴的感磁和剩磁： 剩磁 Bzs = Βζ/ (1+ γ ) 感磁 Bzse = γ Bzs 其中，Y为Z轴的感磁系数，BZS测到的第五地磁场。
5. -种零磁空间中用于分离磁矩中的剩磁和感磁装置，其特征在于，所述装置包含： 三轴磁强计，转台，卫星、伸杆和用于产生零磁空间三组正交线圈； 所述三个互相正交的第一线圈，第二线圈和第三线圈分别沿东西、南北和垂直方向放 置，然后将上述三个线圈通电产生零磁空间； 所述的卫星上的磁强计同卫星布放于转台上，若磁强计与卫星有伸杆相连，伸杆必须 完全打开； 所述三轴磁强计位于磁的南北或东西方向，用于测量三个坐标轴方向上的磁场；且所 述的卫星上的磁强计同卫星布放于转台上； 其中，第一线圈、第二线圈或第三线圈产生的人工磁场应该使卫星感磁材料的感应磁 场在线性范围内。
6. -种基于感磁系数获得真实磁场值的方法，该方法基于权利要求5记载的用于分离 磁矩中的剩磁和感磁装置，所述方法包含： 步骤201)获得三轴磁强计的X、Y和Z轴的感磁系数； 步骤202)根据得到的各个感磁系数，将卫星的磁矩中的剩磁和感磁进行区分； 步骤203)测量卫星在飞行时的三轴磁强计的X、Y和Z轴的磁场值，并依据步骤201) 和步骤202)获得的剩磁和感磁获得真实的磁场值。
7. 根据权利要求6所述的用于分离磁矩中的剩磁和感磁方法，其特征在于，所述步骤 201)包含： 采用如下方法获得X轴的感磁系数： 步骤201-1-1)将卫星和磁强计放置于零磁空间中的转台上，在卫星的赤道面上，距离 卫星中心，三个卫星半径以上，其X轴与东西线圈轴方向一致，卫星在转台上旋转，使测量 到的X方向的磁场值最大，获得第七磁场值； 步骤201-1-2)在东西线圈上加入人工磁场，该东西线圈在X方向产生的磁场在5000nT 以上，再测量此时的X方向的磁场值，获得第八磁场值； 步骤201-1-3)将卫星移走，三轴磁强计仍放在原处，即保持三轴磁强计的位置和方向 不变，测量此时的X方向的磁场值，该磁场值为人工产生的磁场； 步骤201-1-4)计算第八磁场值与第七磁场值的差值，该差值为人工磁场和人工磁场 产生的感磁的和； 然后再基于人工磁场和人工磁场产生的感磁的和及步骤102-1-3)获得的人工产生的 磁场，进而得到人工磁场产生的感磁； 计算人工磁场的感磁与人工磁场的剩磁的比值，将该比值作为X轴的感磁系数α ; 采用如下方法获得Υ轴的感磁系数： 步骤201-2-1)将卫星和磁强计放置于零磁空间中的转台上，且三轴磁强计在卫星的 赤道面上距离卫星中心三个卫星半径以上，该磁强计的Υ轴与南北线圈轴方向一致，卫星 在转台上旋转，使测量到的Υ方向的磁场值最大，获得第九磁场值； 步骤201-2-2)在南北线圈上加入人工磁场，该南北线圈在Υ方向产生的磁场在5000ηΤ 以上，再测量此时的Υ方向的磁场值，获得第十磁场值； 步骤201-2-3)将卫星移走，三轴磁强计仍放在原处，即保持三轴磁强计的位置和方向 不变，测量此时的Υ方向的磁场值，且该磁场值为人工产生的磁场； 步骤201-2-4)计算第十磁场值与第九磁场值的差值，该差值为人工磁场和人工磁场 产生的感磁的和； 然后再基于人工磁场和人工磁场产生的感磁的和及步骤201-2-3)获得的人工产生的 磁场，进而得到人工磁场产生的感磁； 计算人工磁场的感磁与人工磁场的剩磁的比值，将该比值作为Υ轴的感磁系数β ; 采用如下方法获得Ζ轴的感磁系数： 步骤201-3-1)将卫星和磁强计放置于零磁空间中的转台上，磁强计在卫星的赤道面 上距离卫星中心三个卫星半径以上，三轴磁强计的Ζ轴与垂直线圈轴方向一致，卫星在转 台上旋转，使测量到的Ζ方向的磁场值最大，获得第十一磁场值； 步骤201-3-2)在垂直线圈上加入人工磁场，该垂直线圈在Z方向产生的磁场应在 5000nT以上，再测量此时的Z方向的磁场值，获得第十二磁场值； 步骤201-3-3)将卫星移走，三轴磁强计仍放在原处，即三轴磁强计保持位置和方向不 变，测量此时的Ζ方向的磁场值，且该磁场值为人工产生的磁场； 步骤201-3-4)计算第十二磁场值与第十一磁场值的差值，该差值为人工磁场和人工 磁场产生的感磁的和； 然后再基于人工磁场和人工磁场产生的感磁的和及步骤201-3-3)获得的人工产生的 磁场，进而得到人工磁场产生的感磁； 计算人工磁场的感磁与人工磁场的剩磁的比值，将该比值作为Ζ轴的感磁系数γ。
8. 根据权利要求6所述的用于分离磁矩中的剩磁和感磁方法，其特征在于，所述步骤 202)进一步包含： 步骤102-1)采用如下公式分离X轴的剩磁和感磁： 剩磁 Bxs = Βχ/(1+α ); 感磁 Bxse = α Bxs 其中，α为X轴的感磁系数，Bx为测到的第七磁场值； 102-2)采用如下公式分离Y轴的剩磁和感磁： 剩磁 BYS = Βγ/ (1+ β ) 感磁 BYse = β BYS 其中，β为Υ轴的感磁系数，Βγ为测到的第九磁场值； 102-3)采用如下公式分离Ζ轴的剩磁和感磁： 剩磁 Bzs = Βζ/ (1+ γ ) 感磁 Bzse = γ Bzs 其中，Y为Z轴的感磁系数，BZ为测到的第^^一地磁场。
9. 根据权利要求6所述得到三轴磁强计的X、Y和Z轴的测量真实的磁场值，其特征在 于，所述步骤203)进一步包含： 步骤203-1)采用如下方法获得X轴的真实磁场BXD : 步骤203-1-1)采用三轴磁强计测量卫星飞行时的X轴的磁场值，将该测量值作为第 十三磁场值Bx ; 步骤203-1-2)根据第七磁场值求得的感磁系数α和第十三磁场值民，由如下公式得 到X方向上真正的地磁场值是： bxd = (Bx-Bxs(l+a))/(l+a ) 步骤203-2)采用如下方法获得Y轴的真实磁场BYD : 步骤203-2-1)采用三轴磁强计测量卫星飞行时的Y轴的磁场值，将该测量值作为第 十四磁场值Βγ ; 步骤203-2-2)根据第八磁场值求得的感磁系数β和第十四磁场值~，由如下公式得 到Υ方向上真正的地磁场值是： Byd = (BY-BYS (1+ β )) / (1+ β ) 步骤203-3)采用如下方法获得Ζ轴的真实磁场BZD : 步骤203-3-1)采用三轴磁强计测量卫星飞行时的Ζ轴的磁场值，将该测量值作为第 十五磁场值Bz ; 步骤203-3-2)根据第九磁场值求得的感磁系数γ和第十五磁场值民，由如下公式得 到Ζ方向上真正的地磁场值是： BZD= (BZ_BZS (1+ γ )) / (1+ γ )。
【文档编号】G01R33/02GK104090250SQ201410360780
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】陈斯文, 王劲东, 周斌, 李磊, 廖怀哲, 薛永亮, 翁成翰 申请人:中国科学院空间科学与应用研究中心