一种在地磁场中测量卫星的剩磁和感磁的装置及方法
【专利摘要】本发明提出了用于地磁场中分离磁矩中的剩磁和感磁装置及方法，其特征在于，所述装置包含：三轴磁强计，转台，卫星和用于产生人工磁场的线圈；所述的卫星布放于转台上；所述三轴磁强计三个轴位于磁的南北、东西和垂直方向，用于测量磁强计三个坐标轴方向上的磁场；所述的用于产生人工磁场的线圈放置需满足的条件为：使三轴磁强计三个轴均有磁场投影，且线圈产生的磁场使卫星感磁材料的感应磁场在线性范围内。本发明的技术方案可以使地磁场中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，从而卫星测量到的是真实的磁场。
【专利说明】一种在地磁场中测量卫星的剩磁和感磁的装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明是地磁场中用人工场的方法测量卫星磁矩中的剩磁和感磁，从而对卫星的 磁场测量进行修正。
【背景技术】
[0002] 卫星的磁矩影响卫星的姿态、运行轨道和星上磁强计测量的精度，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和运行轨道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。
[0005] 为了实现上述目的，本发明提供一种用于地磁场中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，卫星和用于产生人工磁场的线圈；
[0006] 所述的卫星布放于转台上；
[0007] 所述三轴磁强计三个轴位于磁的南北、东西和垂直方向，用于测量磁强计三个坐 标轴方向上的磁场；
[0008] 所述的用于产生人工磁场的线圈放置需满足的条件为：使三轴磁强计三个轴均有 磁场投影，且线圈产生的磁场使卫星感磁材料的感应磁场在线性范围内。
[0009] 基于上述装置，本发明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：
[0010] 步骤101)分别测量三轴磁强计的X轴、Y轴和z轴的感磁系数α、β、γ ;
[0011] 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的剩磁和感磁进 行区分。
[0012] 为了实现上述技术目的，本发明还提供了另一种用于地磁场中分离磁矩中的剩磁 和感磁装置，所述装置包含：三轴磁强计，转台，卫星、伸杆和用于产生人工磁场的线圈；
[0013] 磁强计装在卫星上或通过展开的伸杆与卫星相连，且将磁强计与卫星放置在转台 上；
[0014] 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；
[0015] 所述的用于产生人工磁场的线圈放置需满足如下条件：能使三轴磁强计三个轴均 有磁场投影，且线圈产生的磁场使卫星感磁材料的感应磁场在线性范围内。
[0016] 此外，本发明提供了一种基于分离的剩磁和感磁获得真实磁场的方法，该方法基 于上述的两种装置将磁矩中的剩磁和感磁进行分离，所述方法包含：
[0017] 步骤201)分别测量三轴磁强计的X、Y和Z轴的感磁系数；
[0018] 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，并根据测量得到 的磁场强度值得到的各个感磁系数，再将地磁场中测量的磁矩中的剩磁和感磁进行区分；
[0019] 步骤203)通过三轴磁强计测量卫星在飞行中的Χ、Υ和Ζ轴的磁场值，再依据感磁 系数通过换算得到真实的磁场值。
[0020] 与现有技术相比，本发明的技术优势在于：它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。即本发明在地磁场中进行测量卫星的 磁矩，并将剩磁和感磁区分开来；而且在此基础上可对测量到的地磁场进行修正获得真实 的地磁场值。不需要大的线圈系统成本大大下降。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图1是本发明的地磁场中测量磁矩并区分剩磁和感磁示意图；
[0022] 图2是本发明的地磁场中测量磁矩并区分剩磁和感磁示意图（磁强计直接安装在 卫星上）；
[0023] 图3是本发明的地磁场中测量磁矩并区分剩磁和感磁示意图（磁强计通过伸杆安 装在卫星上）。
[0024] 附图标识：
[0025] 1、三轴磁强计2、卫星
[0026] 3、转台4、伸杆
[0027] 5、人工场线圈
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图和实施例对本发明所述方法进行详细说明。
[0029] 实施例1，
[0030] 本发明实施例1提供了一种用于地磁场中分离磁矩中的剩磁和感磁装置，所述装 置包含：三轴磁强计1，转台3,卫星2和用于产生人工磁场的线圈5 ;
[0031] 所述的卫星2布放于转台3上；
[0032] 所述三轴磁强计1三个轴位于磁的南北、东西和垂直方向，用于测量磁强计三个 坐标轴方向上的磁场；
[0033] 所述的用于产生人工磁场的线圈5放置需满足的条件为：使三轴磁强计1三个轴 均有磁场投影，且线圈5产生的磁场使卫星感磁材料的感应磁场在线性范围内。
[0034] 基于上述装置，本发明还提供一种用于分离磁矩中的剩磁和感磁方法，所述方法 包含：
[0035] 步骤101)分别测量三轴磁强计的X轴、Υ轴和Ζ轴的感磁系数α、β、Υ ;
[0036] 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的剩磁和感磁进 行区分。
[0037] 可选的，上述步骤101)包含：
[0038] 步骤101-1)采用如下方法获得X轴的感磁系数：
[0039] 步骤101-1-1)将卫星放置于转台上，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，其X轴与磁的东西方向一致，旋转转台使X方向 测量的磁场值最大，获得第一磁场值；
[0040] 步骤101-1-2)采用线圈产生人工磁场，将该线圈放置于转台附近，使其在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，获得第二磁场值；
[0041] 步骤101-1-3)将卫星移走，记录三轴磁强计测量的此时X方向的磁场值，且该磁 场值为人工产生的磁场；
[0042] 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；
[0043] 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；
[0044] 计算人工磁场的感磁与人工磁场的比值，将该比值作为X轴的感磁系数α ;
[0045] 步骤101-2)采用如下方法获得Υ轴的感磁系数：
[0046] 步骤101-2-1)将卫星放置于转台上，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，其Υ轴与磁的东西方向一致，旋转转台使Υ方向 测量的磁场值最大，获得第三磁场值；
[0047] 步骤101-2-2)采用线圈产生人工磁场，将该线圈放置于转台附近，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；
[0048] 步骤101-2-3)将卫星移走，记录三轴磁强计测量的此时Υ方向的磁场值，且该磁 场值为人工产生的磁场；
[0049] 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；
[0050] 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,进而得到人工磁场的感磁；
[0051] 计算人工磁场的感磁与人工磁场的比值，将该比值作为Υ轴的感磁系数β ;
[0052] 步骤101-3)采用如下方法获得Ζ的感磁系数：
[0053] 步骤101-3-1)将三轴磁强计放在磁的南北方向上或东西方向，在卫星的赤道面 上，距离卫星中心，三个卫星半径以上，在卫星的赤道面上三轴磁强计的Ζ轴与水平面垂 直，测量此时的Ζ方向的磁场值，获得第五磁场值；
[0054] 步骤101-3-2)采用线圈产生人工磁场，其在Ζ方向产生的磁场应在5000ηΤ以上， 再测量此时的Ζ方向的磁场值作为第六磁场值；
[0055] 步骤101-3-3)将卫星移走，记录三轴磁强计测量的此时Ζ方向的磁场值，作为地 磁场和人工场之和；
[0056] 步骤101-3-4)去掉人工场，获得地磁场；
[0057] 计算第六磁场值与第五磁场值的差值，获得人工磁场和人工磁场产生感磁的和；
[0058] 然后再基于人工磁场和人工磁场产生感磁的和及步骤101-3-3)和101-3-4)之差 获得的人工磁场，进而得到人工磁场的感磁；
[0059] 计算人工磁场的感磁与人工磁场的比值，将该比值作为Z轴的感磁系数Y。
[0060] 可选的，上述步骤102)进一步包含：
[0061] 步骤102-1)采用如下公式分离X轴的剩磁和感磁：
[0062] 剩磁 Bxs = 87(1+0)
[0063] 感磁 Bxse = a Bxs
[0064] 其中，α为X轴的感磁系数，Bx为测到的第一磁场值；
[0065] 102-2)采用如下公式分离Y轴的剩磁和感磁：
[0066] 剩磁 BYS = ΒγΛ?+β)
[0067] 感磁 BYS(； = β BYS
[0068] 其中，β为Y轴的感磁系数，BY为测到的第三磁场值；
[0069] 102-3)采用如下公式分离Ζ轴的剩磁和感磁：
[0070] 剩磁 Bzs = (Bz - BZD (1+ γ ))八1+ γ )
[0071] 感磁 Bzsc = Y Bzs
[0072] 其中，Y为Z轴的感磁系数，BZS测到的第五地磁场。
[0073] 总之，实施例1的提供的剩磁感磁的分离过程如下，如图1 :
[0074] 地磁场中测量磁矩中区分剩磁和感磁的方法必须在地磁场稳定，并无干扰的环境 中进行。
[0075] 把卫星（2)放在转台⑶上，三轴磁强计⑴放在磁的东西的方向上，在卫星（2) 的赤道面上，三轴磁强计（1)的X轴与磁的东西的方向一致，则地磁场在X轴上的投影为 零，因此X轴的读数为：B x = BXS+BXSG ;
[0076] 可移动的人工场线圈（5)加上人工场则产生Βχκ和。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：
[0077] 剩磁 Bxs = Βχ/ (1+ α )和感磁 Bxsc = BX_BXS
[0078] 其中，Bx为X方向测到的磁场，Bxs和Bxse为X方向测到的剩磁和剩磁产生的感磁， Βχκ和Βχκ;为X方向测到的人工磁化场和它产生的感磁。α为感磁系数。
[0079] 把卫星（2)放在转台⑶上，三轴磁强计⑴放在磁的东西的方向上，在卫星（2) 的赤道面上，三轴磁强计（1)的Υ轴与磁的东西的方向一致，则地磁场在Υ轴上的投影为 零，因此Υ轴的读数为：B Y = BYS+BYS(；
[0080] 可移动的人工场线圈（5)加上人工场则产生。即可求出Y轴方向上的感 磁系数β ,而得到Υ轴方向上的剩磁和感磁为：
[0081] 剩磁 BYS = Βγ/ (1+ β )和感磁 BYS(； = BY_BYS
[0082] 其中，BY为Y方向测到的磁场，BYS和BYse为Y方向测到的剩磁和剩磁产生的感磁， BYR和Βγκ;为Υ方向测到的人工磁化场和它产生的感磁。β为Υ方向的感磁系数。
[0083] 将三轴磁强计（1)放在磁的南北的方向上（或东西方向），在卫星（2)的赤道面 上，三轴磁强计（1)的Ζ轴与水平面垂直，因此Ζ轴的读数为：
[0084] Βζ - Bzs+Bzsg+Bzd+Bzdg
[0085] 可移动的人工场线圈（5)加上人工场则产生Βζκ和即可求出Z轴方向上的感 磁系数Υ ,而得到Ζ轴方向上的剩磁和感磁为：
[0086] 剩磁 Bzs = (Bz - BZD (1+ γ )) / (1+ γ )和感磁 BZS(； = γ Bzs
[0087] 其中，Bz为Z方向测到的磁场，Bzs和Bzse为Z方向的剩磁和剩磁产生的感磁，B zd 和BZDe为Z方向测到的地磁场和地磁场产生的感磁，Βζκ和BZKe为Z方向测到的人工磁化场 和它产生的感磁。Y为Z方向的感磁系数。
[0088] 实施例2，
[0089] 本发明实施例2还提供一种用于地磁场中分离磁矩中的剩磁和感磁装置（如图2 所示），所述装置包含：三轴磁强计1，转台3,卫星2、伸杆4和用于产生人工磁场的线圈5 ;
[0090] 通过展开的伸杆4将磁强计与卫星2相连，且将磁强计与卫星放置在转台上； [0091] 所述三轴磁强计1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；
[0092] 所述的用于产生人工磁场的线圈5放置需满足如下条件：能使三轴磁强计三个轴 均有磁场投影，且线圈产生的磁场使卫星感磁材料的感应磁场在线性范围内。
[0093] 此外基于上述装置，本发明提供一种基于分离的剩磁和感磁获得真实磁场的方 法，具体包含：
[0094] 步骤201)分别测量三轴磁强计的X、Y和Z轴的感磁系数；
[0095] 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，并根据测量得到 的磁场强度值得到的各个感磁系数，再将地磁场中测量的磁矩中的剩磁和感磁进行区分；
[0096] 步骤203)通过三轴磁强计测量卫星在飞行中的Χ、Υ和Ζ轴的磁场值，再依据感磁 系数通过换算得到真实的磁场值。
[0097] 可选的，上述步骤201)包含：
[0098] 步骤201-1)采用如下方法获得X的感磁系数：
[0099] 步骤201-1-1)将卫星放置于转台上，三轴磁强计连接在卫星上，在卫星的赤道上 转动转台使三轴磁强计的X轴与地磁场的东西方向一致，测量此时的X方向的磁场值，获得 第七磁场值；
[0100] 步骤201-1-2)采用线圈产生人工磁场，将该线圈放置于转台附近，使其在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，获得第八磁场值；
[0101] 步骤201-1-3)将卫星移走，三轴磁强计仍放置在原处，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，且该磁场值为人工产生的磁场；
[0102] 步骤101-1-4)计算第八磁场值与第七磁场值的差值，获得人工磁场和人工磁场 产生的感磁的和；
[0103] 然后，再基于人工磁场和人工磁场产生的感磁的和及步骤201-1-3)获得的人工 产生的磁场，进而得到人工磁场产生的感磁；
[0104] 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 ;
[0105] 步骤201-2)采用如下方法获得Υ轴的感磁系数：
[0106] 步骤201-2-1)将卫星放置于转台上，三轴磁强计连接在卫星上，在卫星的赤道上 转动转台使三轴磁强计的Υ轴与地磁场的东西方向一致，测量此时的Υ方向的磁场值，测量 此时的Υ轴方向的磁场值，获得第九磁场值；
[0107] 步骤201-2-2)采用线圈产生人工磁场，将该线圈放置于转台附近，产生人工场， 使其在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；
[0108] 步骤201-2-3)将卫星移走，三轴磁强计仍放置在原处，即保持三轴磁强计的位置 和方向不变，测量此时的Y方向的磁场值，且该磁场值为人工产生的磁场；
[0109] 步骤201-2-4)计算第十磁场值与第九磁场值的差值，获得人工磁场和人工磁场 产生的感磁的和；
[0110] 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,进而得到人工磁场的感磁；
[0111] 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 ;
[0112] 步骤201-3)采用如下方法获得Ζ的感磁系数：
[0113] 步骤201-3-1)将卫星放置于转台上，三轴磁强计连接在卫星上，在卫星的赤道上 转动转台使三轴磁强计的X轴或Υ轴与地磁场的东西方向一致，测量此时的Ζ方向的磁场 值，获得第十一磁场值；
[0114] 步骤201-3-2)采用线圈产生人工磁场，将该线圈放置于转台附近，使其在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；
[0115] 步骤201-3-3)将卫星移走，三轴磁强计仍放置在原处，即保持三轴磁强计的位置 和方向不变，测量此时的Ζ方向的磁场值，将测量的Ζ方向的磁场值为地磁场和人工场之 和；
[0116] 步骤201-3-4)去掉人工场，获得没有人工场存在时的地磁场的磁场值；
[0117] 计算第十二磁场值与第十一磁场值的差值，获得人工磁场和人工磁场产生感磁的 和；
[0118] 然后，再基于人工磁场和人工磁场产生感磁的和及步骤201-3-3)和201-3-4)之 差获得的人工磁场，进而得到人工磁场的感磁；
[0119] 计算人工磁场的感磁与人工磁场的比值，将该比值作为Ζ轴的感磁系数Υ。
[0120] 可选的，上述步骤202)进一步包含：
[0121] 步骤202-1)采用公式分离X轴的剩磁和感磁：
[0122] 剩磁 Bxs = 87(1+0)
[0123] 感磁 Bxse = a Bxs
[0124] 其中，α是X轴的感磁系数，BX为测到的第七磁场；
[0125] 202-2)采用如下公式分离Y轴的剩磁和感磁：
[0126] 剩磁 BYS = ΒγΛ?+β)
[0127] 感磁 BYse = β BYS
[0128] 其中，β是Y轴的感磁系数，BYS为测到的第九磁场值；
[0129] 202-3)采用如下公式分离Z轴的剩磁和感磁：
[0130] 剩磁 Bzs = (Bz_Bzd(1+y)V(1+y)
[0131] 感磁 Bzsc= yBzs
[0132] 其中，Y是Z轴的感磁系数，BZ是测到的第^^一地磁场。
[0133] 可选的，上述步骤203)进一步包含：
[0134] 步骤203-1)采用如下方法获得X轴的真实磁场：
[0135] 步骤203-1-1)将卫星飞行中测量到的X轴的磁场值作为第十三磁场值Bx :
[0136] Bx - Bxs+Bxsg+Bxd+Bxdg
[0137] 步骤203-1-2)根据第七磁场值求得的感磁系数α和第十三磁场值化，得到X方 向上真正的地磁场B XD的值是：
[0138] Βχη = (Bx-Bxs (1+ a )) / (1+ a )
[0139] 步骤203-2)采用如下方法获得Y轴的真实磁场：
[0140] 步骤203-2-1)将卫星飞行中测量到的Y轴的磁场值作为第十四磁场值Βγ :
[0141] Βγ - Bys+Bysg+ByD+ByDG
[0142] 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&，得到Y方 向上真正的地磁场B YD的值是：
[0143] By；, = (BY-BYS (1+β )) / (1+β )
[0144] 步骤203-3)采用如下方法获得Ζ轴的真实磁场：
[0145] 步骤203-3-1)将卫星飞行中测量到的Ζ轴的磁场值作为第十五磁场值Βζ :
[0146] Βζ - Bzs+Bzsg+Bzd+Bzdg
[0147] 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，得到Z方 向上真正的地磁场值B ZD是：
[0148] Bzd = (Bz-Bzs (1+ y)) / (1+ y)
[0149] 总之，实施例2提供的剩磁感磁分离的方法为（如图2和图3所示）：
[0150] 把卫星（2)放在转台（3)上，三轴磁强计（1)直接或通过伸杆（4)连接到卫星（2) 上，在卫星（2)的赤道面上，转动转台（3)，使三轴磁强计（1)的X轴与地磁场的东西的方向 一致，因为X轴的读数为：B x = Bxs+Bxsg
[0151] 可移动的人工场线圈（5)加上人工场，贝U产生Βχκ和Βχκ；。即可求出X轴方向上的 感磁系数a ,而得到X轴方向上的剩磁和感磁为：
[0152] Bxs = Bx/ (1+ a )和 BXS(； = BX_BXS
[0153] 其中，Bx为X方向测到的磁场，Bxs和Bxse为X方向测到的剩磁和剩磁产生的感磁， Βχκ和Βχκ;为X方向测到的人工磁化场和它产生的感磁。a为感磁系数。
[0154] 把卫星（2)放在转台（3)上，三轴磁强计（1)直接或通过伸杆（4)连接到卫星（2) 上，在卫星（2)的赤道面上，转动转台（3)，使三轴磁强计（1)的Y轴与地磁场的东西的方向 一致，因为Y轴的读数为：B Y = BYS+BYS(；
[0155] 可移动的人工场线圈（5)加上人工场则产生。即可求出Y轴方向上的感 磁系数β ,而得到Υ轴方向上的剩磁和感磁为：
[0156] BYS = Βγ/ (1+β )和 BYSG = BY_BYS
[0157] 其中，BY为Y方向测到的磁场，BYS和BYse为Y方向测到的剩磁和剩磁产生的感磁， BYR和Βγκ;为Υ方向测到的人工磁化场和它产生的感磁。β为Υ方向的感磁系数。
[0158] 把卫星（2)放在转台（3)上，三轴磁强计（1)直接或通过伸杆（4)连接到卫星（2) 上，卫星（2)在的赤道面上，转动转台（3)，使三轴磁强计（1)的X轴（或Υ轴）与磁的东西 的方向一致，因此Ζ轴的读数为：
[0159] Βζ - Bzs+Bzsg+Bzd+Bzdg ,
[0160] 可移动的人工场线圈（5)加上人工场
[0161] Bz - Bzs+Bzsg+Bzd+Bzdg+B ze+Bzeg
[0162] 贝U产生Βζκ和BZKe。即可求出Y轴方向上的感磁系数Y，而得到Y轴方向上的剩磁 和感磁为：
[0163] 剩磁 Bzs = (Bz-Bzd(1+y)V(1+y)和感磁 Bzsg = YBZS
[0164] 其中，Bz为Z方向测到的磁场，Bzs和Bzse为Z方向的剩磁和剩磁产生的感磁，B zd 和BZDe为Z方向测到的地磁场和地磁场产生的感磁，Βζκ和BZKe为Z方向测到的人工磁化场 和它产生的感磁。Y为Z方向的感磁系数。
[0165] 根据方法二求得的感磁系数，我们可以对测量到的地磁场进行修正，得到X、Y、Z 三个方向真实的地磁场，，方法如下：
[0166] Βχη = (Bx-B xs (1+ α )) / (1+ α )
[0167] By；, = (BY-B YS (1+β )) / (1+β )
[0168] Bzd = (B z-Bzs (1+ y)) / (1+ y)
[0169] 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。
[0170] 用此方法我们可以从测量的磁场中消除地磁场所产生感磁的影响，使得测量到的 是地磁场。
[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. 一种用于地磁场中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，卫星和用于产生人工磁场的线圈； 所述的卫星布放于转台上； 所述三轴磁强计三个轴位于磁的南北、东西和垂直方向，用于测量磁强计三个坐标轴 方向上的磁场； 所述的用于产生人工磁场的线圈放置需满足的条件为：使三轴磁强计三个轴均有磁场 投影，且线圈产生的磁场使卫星感磁材料的感应磁场在线性范围内。
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轴、Y轴和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)将卫星放置于转台上，将三轴磁强计放置在卫星的赤道面上，距离卫星 中心三个卫星半径以上，其X轴与地磁场的东西方向一致，旋转转台使X方向测量的磁场值 最大，获得第一磁场值； 步骤101-1-2)采用线圈产生人工磁场，使该线圈在X方向产生的磁场在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，记录三轴磁强计测量的此时X方向的磁场值，且该磁场值 为人工产生的磁场； 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； 计算人工磁场的感磁与人工磁场的比值，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)将卫星放置于转台上，将三轴磁强计放置在卫星的赤道面上，距离卫星 中心三个卫星半径以上，其Υ轴与地磁场的东西方向一致，旋转转台使Υ方向测量的磁场值 最大，获得第二磁场值； 步骤101-2-2)采用线圈产生人工磁场，使该线圈在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； 步骤101-2-3)将卫星移走，记录三轴磁强计测量的此时Υ方向的磁场值，且该磁场值 为人工产生的磁场； 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，进而得到人工磁场的感磁； 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的感磁系数： 步骤101-3-1)同上将三轴磁强计放在地磁场的南北方向或东西方向上，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轴与水平面垂直，测量此时的Ζ 方向的磁场值，获得第五磁场值； 步骤101-3-2)采用线圈产生人工磁场，使该线圈在Ζ方向产生的磁场在5000ηΤ以上， 再测量此时的Ζ方向的磁场值作为第六磁场值； 步骤101-3-3)将卫星移走，记录三轴磁强计测量的Ζ方向测到的磁场值，为地磁场和 人工场之和； 步骤101-3-4)去掉人工场，获得地磁场； 计算第六磁场值与第五磁场值的差值，获得人工磁场和人工磁场产生感磁的和； 然后再基于人工磁场和人工磁场产生感磁的和及步骤101-3-3)和101-3-4)之差获得 的人工磁场，进而得到人工磁场的感磁； 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轴的剩磁和感磁： 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，BY为测到的第三磁场值； 102-3)采用如下公式分离Z轴的剩磁和感磁： 剩磁 Bzs = (Bz - BZD (1+ γ )) / (1+ γ ) 感磁 Bzse = γ Bzs 其中，Υ为Ζ轴的感磁系数，BZS第五磁场值的差值。
5. -种用于地磁场中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、伸杆和用于产生人工磁场的线圈； 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； 所述的用于产生人工磁场的线圈放置需满足如下条件：能使三轴磁强计三个轴均有磁 场投影，且线圈产生的磁场使卫星感磁材料的感应磁场在线性范围内。
6. -种基于分离的剩磁和感磁获得真实磁场的方法，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)分别测量三轴磁强计的X、Y和Z轴的感磁系数； 步骤202)根据得到的各个感磁系数，将地磁场中测量的磁矩中的剩磁和感磁进行区 分； 步骤203)通过三轴磁强计测量卫星在飞行中的X、Y和Z轴的磁场值，再依据感磁系数 通过换算得到真实的磁场值。
7.根据权利要求6所述的基于分离的剩磁和感磁获得真实磁场的方法，其特征在于， 所述步骤201)包含： 步骤201-1)采用如下方法获得X的感磁系数： 步骤201-1-1)将卫星放置于转台上，三轴磁强计直接安装在或通过伸杆连接到卫星 上，转台在水平面上转动，使三轴磁强计的X轴与地磁的东西方向一致，测量此时的X方向 的磁场值，获得第七磁场值； 步骤201-1-2)采用线圈产生人工磁场，使该线圈在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，三轴磁强计仍放置在原处，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，且该磁场值为人工产生的磁场； 步骤101-1-4)计算第八磁场值与第七磁场值的差值，获得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201-1-3)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 ; 步骤201-2)采用如下方法获得Υ轴的感磁系数： 步骤201-2-1)将卫星放置于转台上，三轴磁强计直接安装在或通过伸杆连接到卫星 上，转台在水平面上转动，使三轴磁强计的Υ轴与地磁的东西方向一致，测量此时的Υ轴方 向的磁场值，获得第九磁场值； 步骤201-2-2)采用线圈产生人工磁场，使该线圈在Υ方向产生的磁场在5000ηΤ以上， 产生人工场，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，三轴磁强计仍放置在原处，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，获得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Υ轴的感磁系数β ; 步骤201-3)采用如下方法获得Ζ的感磁系数： 步骤201-3-1)将卫星放置于转台上，三轴磁强计直接安装在或通过伸杆连接到卫星 上，转台在水平面上转动，使三轴磁强计的X轴或Υ轴与磁的东西方向一致，测量此时的Ζ 方向的磁场值，获得第十一磁场值； 步骤201-3-2)采用线圈产生人工磁场，使该线圈在Ζ方向产生的磁场在5000ηΤ以上， 再测量此时的Ζ方向的磁场值，获得第十二磁场值； 步骤201-3-3)将卫星移走，三轴磁强计仍放置在原处，即保持三轴磁强计的位置和方 向不变，测量此时的Ζ方向的磁场值，则测量的Ζ方向的磁场值为地磁场和人工场之和； 步骤201-3-4)去掉人工场，获得没有人工场存在时的地磁场的磁场值； 计算第十二磁场值与第十一磁场值的差值，获得人工磁场和人工磁场产生感磁的和； 然后，再基于人工磁场和人工磁场产生感磁的和及步骤201-3-3)和201-3-4)之差获 得的人工磁场，进而得到人工磁场的感磁； 计算人工磁场的感磁与人工磁场的比值，将该比值作为Z轴的感磁系数γ。
8. 根据权利要求6所述的基于分离的剩磁和感磁获得真实磁场的方法，其特征在于， 所述步骤202)进一步包含： 步骤202-1)采用公式分离X轴的剩磁和感磁： 剩磁 Bxs = Βχ/(1+α ) 感磁 Bxse = a Bxs 其中，α是X轴的感磁系数，BX为测到的第七磁场； 202-2)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是Υ轴的感磁系数，BYS为测到的第九磁场值； 202-3)采用如下公式分离Z轴的剩磁和感磁： 剩磁 Bzs = (Bz - BZD (1+ γ )) / (1+ γ ) 感磁 Bzsc = Bzs 其中，Y是Z轴的感磁系数，BZ是测到的第^^一地磁场。
9. 根据权利要求6所述的基于分离的剩磁和感磁获得真实磁场的方法，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)将卫星飞行中测量到的X轴的磁场值为第十三磁场值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，得到X方向上 真正的地磁场BXD的值是： 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)将卫星飞行中测量到的Y轴的磁场值为第十四磁场值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~，得到Y方向上 真正的地磁场BYD的值是： 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)将卫星飞行中测量到的Ζ轴的磁场值为第十五磁场值Bzs ; 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，得到Z方向上 真正的地磁场值BZD是： BZD= (BZ_BZS (1+ γ )) / (1+ γ )。
【文档编号】G01V3/40GK104090251SQ201410360835
【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