电流，使模拟器产生相应的目标磁场。
[0017] 在姿轨控系统闭环仿真测试时，模拟器控制计算机同时采集高精度三轴磁强计的 测量值，根据测量值和飞行器在轨磁场目标的差值进行动态实时闭环修正，以提高模拟器 磁场的精度。
[0018] 坡莫合金屏蔽罩用于屏蔽试验场地周围的地磁场和外界电子设备等产生的干扰 磁场，尽可能减小外界磁场对地磁场模拟器的影响。
[0019] 无磁手动可旋转升降平台具备绕升降杆轴线360°旋转功能，三维亥姆霍兹线圈 组可通过底部的四个调整基座和高精度水平仪调平，通过相互配合以调整高精度三轴磁强 计在三维亥姆霍兹线圈中的位置和方向，确保磁强计的放置位置位于线圈组的中心，同时 确保磁强计的三个测量轴和三组亥姆霍兹线圈组平面法线分别平行，以用于地磁场模拟器 驱动电流和磁场的标定。在此基础上，由高精度三轴磁强计的放置位置和方向确定接入姿 轨控系统闭环测试的三轴磁强计的摆放位置和方向，以确保测量的一致性。
[0020] 同时，基于动态地磁场模拟的三轴磁强计闭环仿真测试方法实施步骤如下： 1)动力学仿真机根据IGRF地磁场模型动态生成北东地坐标系下的地磁场 ：,D： 尤V:
其中_为地球半径； 5为飞行器地心距； 口为东经； ..占_为地理余讳；gsM，<为高斯系数； if(CO.S句为η次m阶的缔合勒让德多项式。
[0021] 2)将北东地坐标系下的地磁场转换到三轴磁强计测量坐标系的地磁场;
(2) 其中吟::为北东地到惯性系的转换矩阵； 為丨丨为惯性系到飞行器本体坐标的转换矩阵； 或〗:为飞行器本体坐标系到三轴磁强计测量坐标系的转换矩阵。
[0022] 3)采用高精度三轴磁强计对地磁场模拟器的磁场强度和驱动电流？之间的关 系进行标定，给出系数矩阵C和修正量$ ;
其中C为标定出的系数矩阵； ^为标定出的修正量，包括各种误差因素和外界干扰磁场的影响。
[0023] 4)地磁场模拟器控制计算机根据标定的关系式，将动力学仿真机给出的目标磁场 转换为驱动电流h，控制模拟器产生相应的磁场。
[0024] 5)试验过程中，地磁场模拟器控制计算机根据高精度三轴磁强计实际测得的磁场 ，将其和目标磁场^作差得到，将差值实时反馈给控制计算机进行动态闭环修正， ..:，，， .. 直到Λ万的三个分量为〇,以达到精确控制地磁场模拟器生成的磁场。
[0025] 将三轴磁强计接入闭环仿真测试系统，星载计算机根据采集到的三轴磁强计（飞 行器上产品）和其它敏感器的测量数据进行姿态和导航的解算，同时输出相应的控制指令， PXI采集控制指令和执行机构的状态数据并返回给动力学仿真机进行下一循环的计算，从 而实现了将三轴磁强计接入地面半物理闭环仿真测试系统，为基于磁强计的姿态确定、导 航和姿态控制算法的地面仿真验证提供了条件。
[0026] 本发明的具体实施例具有以下特点及良好效果： 本发明将动态地磁场模拟技术和姿轨控系统半物理仿真测试技术有机结合，实现了将 三轴磁强计接入姿轨控系统进行姿态确定和控制，以及导航的地面半物理闭环仿真测试； 通过将三轴磁强计置于地磁场模拟器，而不是像整星磁测试一样将整个姿轨控系统都 置于其中，其余测量敏感器、执行机构、星载计算机、目标模拟器，以及地面测试设备分布式 布置于地磁场模拟器外面； 通过无磁手动可旋转升降平台和线圈组水平调整机构调整高精度三轴磁强计在地磁 场模拟器中的位置及三个测量轴的方向并固定，综合考虑各种误差因素和外界干扰磁场， 利用高精度三轴磁强计对模拟器驱动电流和三轴磁场进行标定，通过修正量对各种误差和 干扰磁场进行补偿，简化了地磁场模拟器的标定； 模拟器控制计算机通过高精度三轴磁强计实时测量模拟器磁场，并进行动态闭环修 正，以精确模拟飞行器在轨磁场强度。
[0027] 以上结合附图对本发明的一种基于动态地磁场模拟的三轴磁强计闭环仿真测试 方法和装置作了说明，但是这些说明不能被理解为限制了本发明的范围，本发明的保护范 围有随附的权利要求限定，任何在本发明权利要求基础上进行的改动都是本发明的保护范 围。
【主权项】
1. 一种基于动态地磁场模拟的三轴磁强计闭环仿真测试系统，其特征在于：包括动态 地磁场模拟器、目标模拟器、运动模拟器、PXI采集控制设备、动力学仿真机、数据分发单元、 遥测遥控遥注机、测量敏感器、执行机构、星载计算机、数据库和显示终端、光纤反射内存网 络、CAN总线网络、TCP/IP网络； 所述动力学仿真机生成飞行器动力学数据和空间环境数据，通过光纤反射内存网络驱 动各目标模拟器和运动模拟器； 所述目标模拟器模拟空间环境，运动模拟器模拟飞行器姿态运动； 所述星载计算机系统根据各测量敏感器采集的测量数据进行姿态、导航和控制量的解 算，输出控制指令给相应的执行机构； 所述PXI采集控制设备采集执行机构的执行量和状态量，并通过光纤反射内存网络将 执行机构的状态信息反馈给动力学仿真机进行下一循环的计算； 所述遥测遥控遥注机通过CAN总线网络与星载计算机进行数据和指令交互，数据分发 单元通过TCP/IP网络将实验数据分发给数据库和显示终端进行数据的存储、显示，以及事 后回放，从而构成一套基于动态地磁场模拟的三轴磁强计闭环仿真测试系统。2. 根据权利要求1所述的基于动态地磁场模拟的三轴磁强计闭环仿真测试系统，其特 征在于：所述地磁场模拟器包括控制计算机、驱动电流源、三维亥姆霍兹线圈组、高精度三 轴磁强计、坡莫合金屏蔽罩、无磁手动可旋转升降平台； 所述无磁手动可旋转升降平台具备绕升降杆轴线360°旋转功能；所述三维亥姆霍兹 线圈组具有水平仪和水平调整基座；无磁手动可旋转升降平台和三维亥姆霍兹线圈组水平 调整基座为刚性连接；所述驱动电流源提供工作电流源；所述坡莫合金屏蔽罩屏蔽地球磁 场和外磁场的干扰；所述控制计算机通过高精度三轴磁强计实时采集模拟器生成的磁场强 度，并以此进行动态闭环反馈控制。3. -种利用如权利要求1所述的基于动态地磁场模拟的三轴磁强计闭环测试系统的 测试方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 动力学仿真机根据IGRF地磁场模型动态生成北东地坐标系下的地磁场 ，根据三轴磁强计的用途和精度，可选择简化的IGRF地磁场模型； 2) 将北东地坐标系下的地磁场转换到三轴磁强计测量坐标系的地磁场:C ; 3) 采用高精度三轴磁强计对地磁场模拟器的磁场强度:|和驱动电流:f之间的关系进 行标定，给出系数矩阵C和修正量; 4) 根据步骤3 )给出的标定关系式，将动力学仿真机给出的目标磁场转换为驱动电 流:?，控制模拟器产生相应的磁场； 5 )试验过程中，地磁场模拟器控制计算机实时采集高精度三轴磁强计的测量数据，并 和三轴目标磁场强度作差求得反馈量Δ孟，并反馈给控制计算机进行动态闭环修正，以达 到精确控制磁场的目的。
【专利摘要】一种基于动态地磁场模拟的三轴磁强计闭环仿真测试方法及系统，通过将三轴磁强计置于封闭的地磁场模拟器中，屏蔽外界环境电磁场和当地地磁场干扰，采用高精度IGRF地磁场模型，根据飞行器轨道信息计算出飞行器在轨所受的地磁场强度，并转化为电流输出驱动地磁场模拟器产生相应的磁场，三轴磁强计实时测量地磁场模拟器产生的磁场强度并输送给星载计算机辅助其它姿态敏感器进行姿态和导航解算，同时计算出姿控所需的磁控电流和控制指令，形成闭环控制。模拟器驱动电流和模拟器磁场强度之间的对应关系通过高精度三轴磁强计进行标定，外界干扰通过修正量进行补偿。闭环仿真测试过程中，通过实时监测和动态闭环修正的方式提高模拟器生成的磁场精度。
【IPC分类】G05B23/02
【公开号】CN105425764
【申请号】CN201410474361
【发明人】陈浩, 桑小冲, 胡良军, 王向, 于朝霞, 刘玉梅, 柳明旻
【申请人】上海新跃仪表厂
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2014年9月17日