磁场梯度张量测量法消除卫星磁干扰

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1、2016年5月北京航空航天大学学报May2016第42卷第5期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．42No·5==：：==========================================================；====；============http：l{bhxb．buaa．edu．ca、buaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2015．0356磁场梯度张量测量法消除卫星磁干扰张艺腾1，一，李磊1⋯，周斌1，王劲东1，冯永勇1(

2、1．中国科学院国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室，北京100190；2．中国科学院大学，北京100049)摘要：在调查了消除卫星本体对磁场探测造成磁干扰的方法基础上，采用磁场梯度张量测量法替代传统的双探头梯度测量法消除卫星磁干扰，通过仿真分析和实测验证重点考察了基于欧拉反褶积算法的构造指数、伸杆长度与背景磁场反演误差之间的关系。仿真结果表明：对于本体边长1m总剩磁1A·m2的卫星而言，磁场梯度张量测量法在1—2in的较短伸杆条件下，背景磁场反演误差较大；在3111以上的较长伸杆条件下，具有较高的背景磁场反演精度，4in条件下反演精度约0．5nT。在长伸杆条件下，磁场梯度张量测

3、量法比双探头梯度测量法的背景磁场反演精度提高约3倍。关键词：梯度张量测量；双探头梯度测量；卫星磁干扰；欧拉反褶积算法；卫星伸杆中图分类号：V416．5；V423．4+1文献标识码：A文章编号：1001—5965(2016)05-0920-07在卫星上搭载磁力仪开展磁场探测是研究空间环境与空间物理的重要手段，同时也是确定卫星姿态和开展磁自主导航的重要手段¨引。在众多开展空间磁场测量的任务中，国际上有代表性的卫星主要有：Cluster、ACE和CHAMP等，国内开展磁场探测的卫星主要有：双星和电磁监测试验卫星。在轨运行期间，卫星本体产生多种不稳定的干扰磁场，开展磁场探测就一定要消除这些

4、干扰磁场，但是这些磁场干扰与卫星各部件的材料、工作状态、所处的背景磁场和自身运动的姿态等都有关系，卫星的磁干扰很难预先消除¨1。因此，开展高精度磁场测量的卫星通常采用将磁力仪安装在伸杆顶端的方式，使磁力仪远离卫星本体以减少平台磁干扰的影响¨。，或者结合某些磁场模型进一步去除卫星本体的磁干扰。根据不同的卫星设计和探测数据精度要求，消除卫星磁干扰的方法大体分为：1)多点测量结合模型算法。最常见的方法是双探头梯度测量法，该方法利用伸杆使磁力仪远离卫星本体，利用近似点源磁场随距离3次方衰减的规律消除卫星本体磁干扰¨1。此方法计算简单，使用广泛，但是磁力仪伸杆对卫星提出了一定的要求。2)对卫

5、星进行磁测。通过磁测建立卫星整星或者部件的磁源模型，进而在探测数据中逐一减去卫星的磁干扰。这种方法地面磁测过程复杂，对磁测精度要求高¨1，而且由于地面磁测无法完全模拟在轨运行状态，最终可能导致在轨数据精度较低。3)卫星旋转拟合数据。利用卫星在外磁场中的旋转，获得多姿态下的磁场探测数据，通过测量数据与外部磁场数据的拟合消除磁干扰并获得背景磁场¨引。这种方法通常对外部磁场有较高要求，在近地轨道上，通常采用地磁模型计算外部磁场，进行拟合，误差较大。收稿日期：2015-06-01；录用日期：2015-08-26；网络出版时间：2015．12—1711：33网络出版地址：WWW．cnki．n

6、et／kcms／detail／11．2625．V．20151217．1133．017．html基金项目：国家自然科学基金(41404146)；民用航天“十二五”预先研究项目$通讯作者：Tel．：010-62586413E．mail：lil@nsse．ac．cnjf用格式：张艺腾，李磊，周赋，等．磁场梯度张量测量法消赊卫星磁于扰ⅣJ．北京航空航天大学学报，2016，42(5)：920—926．ZHANGYT，LJL，ZHOUB，elaJ．Eliminatingmagneticdisturbanceofsatellitesbymethodofmagneticfieldgradientt

7、ensormoas—urement【

8、1．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics．2016．42(5)：920—926(inChinese)．第5期张艺腾，等：磁场梯度张量测量法消除卫星磁干扰9214)综合使用多种方法进行数据处理。充分考虑卫星自身特点，采用多种方法(包括在轨滤波、建立局部模型和前述3类方法等方法)结合消除卫星磁干扰。这种方法通常需要较多的人工干预‘101。磁场梯度张量测量法与最常见