多磁载荷磁测技术的数值和理论分析

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ncsjc
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卫星平台的剩磁一直是空间磁场探测中的重要干扰源。降低平台剩磁干扰的方法主要包括长伸杆、磁洁净技术、卫星线路布局优化和多磁载荷磁测技术。其中长伸杆方法难度高,还会影响卫星稳定性;磁洁净技术成本太高,实施难度大;布局优化设计复杂度太高。多磁载荷磁测技术基于径向安装的多磁载荷测量磁场梯度,来分析和降低卫星平台剩磁干扰的技术,工程实施成本低,获取的空间磁场相对精度高,因此被广泛应用于空间磁场的测量。目前国内还没有针对该技术的系统研究和方案优化。我们在本文中将分析磁强计径向安装的最优方法,并用该方法对Cluster卫星磁载荷安装方案进行验证。多磁载荷磁测技术自1971年由Ness等人提出后,已经应用于多个空间磁场探测计划。最常见的设计方案为径向安装双磁载荷的方案。该安装方法基于卫星平台剩磁的偏心磁偶极子模型,利用径向安装的多磁载荷来获取剩磁的磁场梯度,从而推导卫星剩磁的偶极子分量,进而获取空间磁场。根据磁偶极子适用性条件,我们将卫星平台的剩磁等效为偏心磁偶极子模型,然后研究卫星伸杆上径向安装磁强计的最佳数量和最优安装位置。主要探讨了三类情况:径向安装单个磁强计、径向安装两个磁强计以及径向安装三个磁强计。在第二和第三类情况中,我们又根据安装内侧磁强计位置的不同而重点研究了外侧磁强计安装的最优安装位置,同时分析了不同安装方案下的磁测误差。主要结果为:径向安装两个磁强计时,内侧磁强计安装位置为2.2~5.5L的范围内,可以在较短的伸杆上,取得很高的磁测精度;在内侧磁强计安装位置为2.2~5.5L的范围内,每种方案都会存在一个空间磁场测量误差极小值,且这些极小值所对应的磁强计间相对距离和内侧磁强计安装位置的比值都在10附近。空间磁场测量误差极小值对应的安装位置参数,即是该方案中磁强计安装的最优位置。此外,我们利用现有的Cluster卫星计划的多磁载荷方案及参数,对我们的研究方法进行了验证。Cluster的实际磁场测量精度为0.1 n T,而根据我们的研究方法在相同的安装参数下得到的磁测误差是0.015 n T。验证结果表明,我们的研究方法是合理和科学的。甚至,在我们研究方法下得到的最优安装位置参数,可以得到比实际Cluster卫星所获得的磁测精度要小得多的磁测误差极小值,其值约为|ΔB|=3.4 10-5n T。造成差异的原因是我们的研究中忽略了磁载荷本身的测量精度、零漂以及卫星平台的感磁元件布局等因素的影响。
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