地磁场下待测体剩磁矩与感磁矩快速测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种地磁场下航天器磁矩的快速测量系统，该系统通过磁通法与地磁取向法相结合来测量航天器磁矩，其包括纵长的导轨和滑动设置在导轨上的可自旋转转台，可自旋转转台用于支撑航天器并使航天器绕其旋转进行航天器磁矩的测量，导轨的中央设置有平行排列的五组竖直的磁通感应线圈，五组磁感应线圈支撑在支撑装置上，导轨穿过五组磁感应线圈，以使得转台可滑动穿过磁感应线圈中央，五组磁感应线圈分别通过导线电连接磁通计以将测得的磁通信号通过该磁通计传送给数据处理系统。也公开了一种利用该系统快速测量磁矩的方法，采用磁通法和地磁取向法进行航天器磁矩测量，减小航天器磁矩的测量周期，可测得两个方向的真实磁矩，增强测试精度。
【专利说明】地磁场下待测体剩磁矩与感磁矩快速测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于航天器磁试验中的磁性测量【技术领域】，具体涉及一种在地磁场下进行 磁性物体磁矩测量的系统以及利用该系统进行剩磁矩和感磁矩测量的方法。
【背景技术】
[0002] 磁矩测量技术（主要是测量剩磁矩）研究是航天器磁试验技术研究的重要组成部 分。当没有大型零磁场模拟设备时，就需要在地磁场中进行磁矩测量。由于受到地磁场的 磁化，航天器会产生感应磁矩，为了得到航天器的剩磁矩，就必须在测量出航天器的总磁矩 (包括剩磁矩和感磁矩）后，利用一定的算法将剩磁矩和感磁矩分开。
[0003] 目前，在地磁场中进行航天器总磁矩测量的方法主要是赤道作图法，常用的将剩 磁矩和感磁矩分离的算法是地磁取向法。我国在地磁场环境中进行航天器磁矩测试所采用 的方法是赤道作图法和地磁取向法相结合，这种方式测量速度较慢，测试操作繁琐，数据处 理复杂，并且三个方向的剩磁矩只有一个方向是直接通过赤道作图法直接测量出来的，其 他两个方向的剩磁矩是通过地磁取向法计算出来的，精度会有所降低。
[0004] 为了提高航天器磁矩测量精度、缩短测量周期，本发明人经过长期研究，曾发明了 一种称为磁通法的新型航天器磁矩测试方法。该方法以偏心偶极子模型为基础，通过测量 航天器在五组磁通感应线圈中产生的磁通量来反演磁矩。磁通法可以测得八个磁矩分量， 包括三个偶极子分量和五个四极分量，并以此计算出磁心坐标。磁通法磁矩测量技术具有 测量精度高、测量速度快、测量方式简便、抗环境磁场干扰能力强等优点。具体的测量方法 可以参考中国专利CN102540110 B。
[0005] 利用磁通法，将航天器从导轨的一端移动到另一端，可以在地磁场中快速简单精 确的将航天器的总磁矩测量出来。但是在地磁场中，只利用磁通法不能将剩磁矩和感磁矩 分开，因此，本发明提出了将磁通法与地磁取向法相结合的方法，该方法继承了磁通法测量 总磁矩的优点，并能快速地将航天器的剩磁矩与感磁矩分别计算出来，并且三个方向的剩 磁矩有两个方向是可以直接通过磁通法测量出来的，只需要利用地磁取向法计算另外一个 方向的剩磁矩即可，提高了剩磁矩测试精度。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种能够在地磁场环境中快速精确的测得航天器剩磁矩 和感应磁矩的磁矩测量方法，该方法能够借助磁通法与地磁取向法的结合，实现地磁场下 航天器磁矩的快速测量。同时，提供了一种利用磁通法测量磁矩的系统。
[0007] 为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：
[0008] 地磁场下待测体剩磁矩与感磁矩快速测量方法，该测量方法采用的测量系统包括 纵长的导轨和滑动设置在导轨上的可自旋转转台，可自旋转转台用于支撑航天器并使航天 器绕其旋转进行航天器磁矩的测量，导轨的中央设置有平行排列的五组坚直的磁通感应线 圈，五组磁感应线圈支撑在支撑装置上，导轨穿过五组磁感应线圈，以使得转台可滑动穿过 磁感应线圈中央，五组磁感应线圈的两端分别接在一台磁通计上，五台磁通计通过信号线 与数据采集设备相连，并通过数据采集系统将磁通量数据传输到数据处理系统中，该方法 通过磁通法与地磁取向法相结合来测量航天器剩磁矩和感磁矩，包括如下步骤：
[0009] 1)通过磁强计测量上述测量系统所在区域的环境磁场值，记为Bx、By、B z ;
[0010] 2)将待测体放到上述测量系统的转台上，航天器随着转台沿导轨从第一端匀速运 动到另一端，数据采集系统按一定时间间隔完成磁通量采集，并通过数据处理系统利用磁 通法磁矩测量方法计算出航天器偶极磁矩，记为M lx、Mly、Mlz ;
[0011] 3)将转台上的航天器沿转台的转动轴旋转180°，转台连同航天器再沿导轨的另 一端匀速运动到第一端，重复完成磁通量的数据采集和数据处理，并计算出航天器偶极磁 矩，记为 M2x、M2y、M2z ;
[0012] 4)利用地磁取向法确定出航天器剩磁矩和感应磁矩，计算公式如下：
[0013] Mg_x = (Mlx+M2x)/2 (I)
[0014] Ms_x = (Mlx-M2x)/2 (2)
[0015] Mg_y = (Mly+M2y)/2 (3)
[0016] Ms_y = (M1t-M2t)/2 (4)
[0017]
【权利要求】
1. 地磁场下航天器磁矩的快速测量系统，该系统通过磁通法与地磁取向法相结合来测 量航天器磁矩，其包括纵长的导轨和滑动设置在导轨上的可自旋转转台，可自旋转转台用 于支撑航天器并使航天器绕其旋转进行航天器磁矩的测量，导轨的中央设置有平行排列的 五组坚直的磁通感应线圈，五组磁感应线圈支撑在支撑装置上，导轨穿过五组磁感应线圈， 以使得转台可滑动穿过磁感应线圈中央，五组磁感应线圈分别通过导线电连接磁通计以将 测得的磁通信号通过该磁通计传送给数据处理系统。
2. 利用权利要求1所述的测量系统测量地磁场下航天器磁矩的方法，包括如下步骤： 1) 通过磁强计测量上述测量系统所在区域的环境磁场值，记为Bx、By、Bz ; 2) 将航天器放到上述测量系统的转台上，航天器随着转台沿导轨从第一端匀速运动到 另一端，利用磁通计完成五组磁感应线圈的磁通量采集，利用数据处理系统计算出航天器 的总磁矩，记为M lx、Mly、Mlz ; 3) 将转台上的航天器沿转台转轴旋转180°，转台连同航天器再沿导轨从另一端匀速 运动到第一端，同样利用磁通计完成磁通量采集，并利用数据处理系统计算出航天器的总 磁矩，记为 M2x、M2y、M2z ; 4) 利用地磁取向法计算出航天器剩磁矩和感应磁矩，计算公式如下：
其中，Mg_x、Mg_y、Mg_ z分别是航天器在X、y、z方向的感应磁矩，Ms_x、Ms_ y、Ms_z分别是航天 器在x、y、z方向的剩磁矩。
【文档编号】G01R33/12GK104375102SQ201410594695
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年10月29日 优先权日:2014年10月29日
【发明者】刘超波, 肖琦, 孟立飞, 王斌, 代佳龙, 董宜煊 申请人:北京卫星环境工程研究所