萤火一号火星探测器磁通门磁强计高精度标定技术.pdf

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1、第30卷2013年第4期上海航天AEROSPACESHANGHAI文章编号：1006一1630(2013)04一0179一04萤火一号火星探测器磁通门磁强计高精度标定技术周斌，王劲东，赵华，陈斯文(中国科学院空间科学与应用研究中心，北京100190)摘要：介绍了萤火一号(YH一1)火星探测器磁强计的标定方法及测试结果。根据磁通门磁强计的特点和本次任务的特殊性，为磁强计设计了灵敏度、线性度、噪声、稳定度、温度特性标定试验，给出了试验环境的构建和基本步骤，以及相关试验技术方法。试验结果表明：仪器在土256nT的磁

2、场探测量程范围内，可实现分辨率o．01nT，噪声控制在o．01nT／Hzo‘5(1Hz处)，可为YH一1科学探测任务完成提供有效的探测栽荷。关键词：YH一1火星探测器；磁通门；磁强计；标定中图分类号：TM937文献标志码：APrecisiOnCaUbratiOnTechnologyOfFluxgateMagnetOmeterforYH-1MarsPrObeZHOUBin，WANGJin—dong，ZHAOHua，CHENSi—wen(CenterforSpaceScienceandAppliedResearc

3、h，ChineseAcademyofScience，Be巧ing100190，China)Abstnct：ThecalibrationtechnologyandtestresultofthefluxgatemagnetometerforYH一1Marsprobewereintroducedinthispaper．Accordingtothefeatureofthismission，acalibrationexperimentofsensitivity，linearity，noise，stabilityandt

4、emperaturefeatureforfluxgatemagnetometerweredesigned．Theconstitutionandbasicstepsofexperimentenvironment，system，andexperimenttechn0109ymethodweregivenout．TheexperimentresultsshowedthattheinstrumentwouldDrovideO．01nTresolutionratioand1essthanO．01nT／Hzo5at1Hz

5、noiseinrangeof±256nT，whichcouldprovidetheperformancegoodenoughtoachieveYH一1mission．Keywords：YH一1Marsprobe；Fluxgate；Magnetometer；Calibration0引言对火星空间环境探测是YH一1火星探测器的主要科学任务之一[1]。磁场探测是空间环境探测的重要内容，对完成萤火一号科学任务来说磁强计的意义非常重要。火星无自身内禀磁场，空间环境磁场强度远小于地球磁场。根据火星探测的特殊性，要求磁强计

6、有小量程高精度口]。如YH一1火星探测器进入火星轨道，将是火星轨道上精度最高的磁强计。根据这一科学任务要求，提出了基于磁通门原理的磁场探测方案。磁通门磁强计是一种成熟的空间磁场探测载荷，其特点是结构简单、体积小、重量轻、可靠性高D-6]。它由三个磁通门传感器正交安装组成，每个传感器探测一个方向分量磁场。因传感收稿日期：2013一09—25作者简介：周斌(1979)，男，副研究员，主要从事空间磁场探测领域研究。器材料特性、电子学控制特性等因素，磁通门磁强计的探测数据需标定后才能获得磁场探测的正确结果。商用磁通门

7、仪器的标定较成熟，空间磁场探测载荷的标定则更复杂口]。我国在空间磁场科学探测领域才刚起步，缺乏系统的标定体系和方法技术。本文介绍了YH一1火星探测器磁强计标定的方法、过程和结果。1磁强计标定内容除用于仪器性能的评价外，磁强计标定结果更重要的用途是为数据处理提供依据口]。磁通门的原理是法拉第感应定律，通过激磁线圈的激励，可在信号线圈上产生交流信号，其激励频率的二次谐波强度正比于外部磁场大小，有P(Ho)一一27c×10～．厂owsHo(2岸2。sin(4丌厂o￡)+4卢4。sin(8丁c．厂0￡)+⋯)．(1)

8、式中：H。为外部磁场强度；，o为激励信号基频；w为上海航天AER()SPACESHANGHAI第30卷2013年第4期匝数；S为信号线圈截面积；∥。。为磁导率∥。的各阶展开项；f为时间。此处：”一2，4，⋯。磁通门信号处理电路最终将交流信号解调为与交流信号强度成正比的直流信号。可见，磁通门磁强计测量值与外部磁场强度理论上为一阶线性关系，即B—AX+C．(2)式中：B为磁场物理量；X为探测数据；A为转