专利名称：磁模拟器中双磁强计对准方法
技术领域：
本发明涉及一种磁模拟器中的磁强计对准方法，尤其涉及一种磁模拟器中双磁强计对准 方法。
背景技术：
对于磁测磁控卫星，主要是利用三轴磁强计作为敏感器测量卫星对地姿态，并利用磁 力矩器与当地地磁作用产生控制力矩。在卫星的地面实验中，需要磁模拟器来产生磁场。 在地磁环境下，磁模拟器能够产生动态在轨磁场，从而模拟磁强计在空间工作时候的磁场 环境，并验证姿态测控控制系统各种工作模式的设计可行性。 磁模拟器的功能如下
1) 磁强计标定功能能根据用户计算机指令，产生可调、恒定磁场，作为标准磁场 来标定磁强计的输出；
2) 动态磁场发生功能根据用户计算机指令，产生大小与方向可控的磁场，用以模 拟卫星在不同轨道位置和姿态下在卫星本体坐标系中的地磁场强度。
磁模拟器系统中有一个标准磁强计，又称为检测磁强计。检测磁强计是磁模拟器中的 高精度磁强计，用于磁模拟器标定和磁场闭环调节。而真正的用户磁强计是待测磁强计， 也就是卫星所用的磁强计，用户计算机的目标正是产生待测磁强计所需要的磁场强度。由 于检测磁强计的安装坐标系与待测磁强计的安装坐标系在实际中很难完全重合，因而在动 态磁场发生时候，难免存在误差。
双探头工作存在问题
由于检测磁强计的安装坐标系与待测磁强计的安装坐标系在实际中很难完全重合，而 用户闭环调节的是检测磁强计，因此安装坐标系的错位使得洗的闭环调节不能完全反应待 测磁强计的真正状态。有可能待测磁场X轴受了扰动，而检测磁强计却同时调整了X轴和 Y轴的磁场强度，造成Y轴磁场强度偏离目标值。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷提出一种磁模拟器中双磁强计对准方法。
本发明磁模拟器中双磁强计对准方法，该对准方法采用的磁模拟器包括计算机系统、恒流源系统、无磁转台、待测磁强计和检测磁强计，其特征在于该对准方法包括如下步骤
a)采用磁模拟器标定恒流源系统输出待测电流矢量l2到检测磁强计磁场测量值Bi的系数转换矩阵N!、恒流源系统输出待测电流矢量12到待测磁强计磁场测量值B2的系数转
换矩阵N2和待测磁强计常值偏置b2;
b) 采用用户计算机输出磁场强度指令即待测磁强计磁场测量值B2至磁模拟器的计
算机系统得到检测磁强计的磁场矢量标值= M,广广2 ，其中b2为待测磁强计
常值偏置，e2为待测磁强计测量噪声，Mi为待测电流矢量l2到检测磁强计的磁场矢量标值H的系数转换矩阵；
c) 将步骤b所述的磁场强度指令即待测磁强计磁场测量值B2经过计算机系统输出电流强度指令至恒流源系统，恒流源系统输出检测电流矢量11;
d) 采用步骤c所述的恒流源系统输出检测电流矢量h和检测电流矢量Ii到检测磁强计当地点磁场矢量Hi的系数转换矩阵M12得到检测磁强计当地点下的磁场矢量H1: H产M12I"检测磁强计将检测磁强计当地点下的磁场矢量输出至计算机系统；
e) 当歩骤d所述的检测磁强计当地点下的磁场矢量H,与步骤b所述的计算机系统得到的检测磁强计的磁场矢量标值H之差不在设定的误差范围内，则返回步骤c;
f) 当歩骤d所述的检测磁强计当地点下的磁场矢量Ht与歩骤b所述的计算机系统得到的检测磁强计的磁场矢量标值H之差在设定的误差范围内，则进入歩骤g;
g) 检测电流矢量h等于待测电流矢量I2，待测磁强计磁场测量值B2=N212+b2+e2。本发明磁模拟器中双磁强计对准方法检测磁强计磁场强度B!参与闭环系统的计算。如
果有小的环境扰动对待测磁场B2造成干扰，则检测磁强计磁场强度也会发生变化，在Bi参与闭环计算实现抗扰动能力的时候，B2也具有了抗扰动能力。
图l:动态模拟磁场系统结构图；图2:本发明方法流程图。
具体实施例方式
如图1所示。检测磁强计是磁模拟器中的高精度磁强计，待测磁强计是卫星所用的强计，用户计算机的目标正是产生待测磁强计所需要的磁场强度。磁模拟器中的计算机系统能接收用户的控制指令并驱动恒流源系统输出电流从而激励线圈系统产生磁场，同时计算机系统釆集磁强计输出用于闭环调节，克服环境磁场扰动，线圈系统最终产生用户的目标磁场。
如图2所示。本发明磁模拟器中双磁强计对准方法，该对准方法采用的磁模拟器包括计算机系统、恒流源系统、无磁转台、待测磁强计和检测磁强计，其特征在于该对准方法包括如下步骤
a)采用磁模拟器标定恒流源系统输出待测电流矢量l2到检测磁强计磁场测量值Bt的系数转换矩阵Ni、恒流源系统输出待测电流矢量12到待测磁强计磁场测量值B2的系数转换矩阵N2和待测磁强计常值偏置b2;标定方法如下-
标定时候忽略检测磁强计测量噪声q、待测磁强计测量噪声e2:
则
B产N山B2=N2I+b2，
Ni、 N2均为电流矢量到磁场测量值的转换矩阵。待测磁强计常值偏置b2为3维向量，bf[b",bu,b,3],其中，b12为磁强计x轴常值偏置，b12为磁强计y轴常值偏置，bI3为磁强计
z轴常值偏置。令I为零，则测量到待测磁强计磁场测量值B2大小就等于待测磁强计常值
偏置b2。待测磁强计常值偏置b2测量好以后，改变磁模拟器恒流源电流输出矢量I，生成不同的非零确定磁场。磁模拟器恒流源电流输出矢量I是已知的指令即待测电流矢量l2，检测磁强计磁场测量值Bi是可以测量的，那么就可以用最小二乘法求出Ni， N2。
b) 采用用户计算机输出磁场强度指令即待测磁强计磁场测量值B2至磁模拟器的计
算机系统得到检测磁强计的磁场矢量标值Z/二M, A-其中b2为待测磁强计
常值偏置，e2为待测磁强计测量噪声，Mi为待测电流矢量l2到检测磁强计的磁场矢量标值H的系数转换矩阵；
c) 将步骤b所述的磁场强度指令即待测磁强计磁场测量值B2经过计算机系统输出电流强度指令至恒流源系统，恒流源系统输出检测电流矢量11;
d) 采用步骤c所述的恒流源系统输出检测电流矢量h和检测电流矢量I,到检测磁强计当地点磁场矢量H,的系数转换矩阵M12得到检测磁强计当地点下的磁场矢量H1: H产
Mulp检测磁强计将检测磁强计当地点下的磁场矢量Hi输出至计算机系统；
e) 当步骤d所述的检测磁强计当地点下的磁场矢量Hi与步骤b所述的计算机系统得到的检测磁强计的磁场矢量标值H之差不在设定的误差范围内，则返回步骤c;
5f) 当步骤d所述的检测磁强计当地点下的磁场矢量H！与步骤b所述的计算机系统得到的检测磁强计的磁场矢量标值H之差在设定的误差范围内，则进入步骤g;
g) 检测电流矢量Ii等于待测电流矢量12，待测磁强计磁场测量值B2=N212+b2+e2。检测磁强计当地点下的磁场矢量H1:
H产MiI 待测磁强计当地点下的磁场矢量H2:
H2=M2I 0)其中，I为磁模拟器恒流源电流输出矢量，M,为电流到磁场H!的系数转换矩阵，M2为电流到磁场H2的系数转换矩阵。
由于磁强计存在误差，实际测量的磁场矢量是有误差的。检测磁强计测量模型为待测磁强计测量模型为
B2=(Ie+D2)A2H2+b2+e2 ④
其中，Ie为单位矩阵，为检测磁强计非正交化误差矩阵，A!为检测磁强计本体坐标系到安装坐标系的转换矩阵，h为检测磁强计常值偏置，A为检测磁强计测量噪声；D2为待测磁强计非正交化误差矩阵，A2为待测磁强计本体坐标系到安装坐标系的转换矩阵，b2为待
测磁强计常值偏置，e2为待测磁强计测量噪声。
由①②③④可以得到
B2=N2I +b2+e2
其中，Nt为电流到磁场测量值B,的系数转换矩阵，N尸(Ie+D,)A,M!; N2为电流到磁场测量
值B2的系数转换矩阵，N2=(Ie+D2)A2M2。
检测磁强计的精度很高，零偏极小，因此b!可以忽略不计。 演化为
B产NiI+e, G)
、 0式中，N,、 N2、 b2均可以在磁模拟器中实现精确标定，因此参数可以认为已知。在闭环模式模拟磁场时，所需要生成的待测磁场强度B2代入⑥式，计算得到磁模拟器恒流源电流输出矢量I即待测电流矢量12，代入由G)式可以计算得到检测磁强计磁场强度B"B,参与闭环系统的计算。如果有小的环境扰动对待测磁场B2造成干扰，则检测磁强计磁场强度B,也会发生变化，在Bi参与闭环计算实现抗扰动能力的时候，B2也具有了抗扰动能力。
权利要求
1. 一种磁模拟器中双磁强计对准方法，该对准方法采用的磁模拟器包括计算机系统、恒流源系统、无磁转台、待测磁强计和检测磁强计，其特征在于该对准方法包括如下步骤a)采用磁模拟器标定恒流源系统输出待测电流矢量I2到检测磁强计磁场测量值B1的系数转换矩阵N1、恒流源系统输出待测电流矢量I2到待测磁强计磁场测量值B2的系数转换矩阵N2和待测磁强计常值偏置b2；b)采用用户计算机输出磁场强度指令即待测磁强计磁场测量值B2至磁模拟器的计算机系统得到检测磁强计的磁场矢量标值其中b2为待测磁强计常值偏置，e2为待测磁强计测量噪声，M1为待测电流矢量I2到检测磁强计的磁场矢量标值H的系数转换矩阵；c)将步骤b所述的磁场强度指令即待测磁强计磁场测量值B2经过计算机系统输出电流强度指令至恒流源系统，恒流源系统输出检测电流矢量I1；d)采用步骤c所述的恒流源系统输出检测电流矢量I1和检测电流矢量I1到检测磁强计当地点磁场矢量H1的系数转换矩阵M12得到检测磁强计当地点下的磁场矢量H1H1＝M12I1，检测磁强计将检测磁强计当地点下的磁场矢量H1输出至计算机系统；e)当步骤d所述的检测磁强计当地点下的磁场矢量H1与步骤b所述的计算机系统得到的检测磁强计的磁场矢量标值H之差不在设定的误差范围内，则返回步骤c；f)当步骤d所述的检测磁强计当地点下的磁场矢量H1与步骤b所述的计算机系统得到的检测磁强计的磁场矢量标值H之差在设定的误差范围内，则进入步骤g；g)检测电流矢量I1等于待测电流矢量I2，待测磁强计磁场测量值B2＝N2I2+b2+e2。
全文摘要
本发明公开了一种磁模拟器中双磁强计对准方法，属动态模拟磁场系统磁模拟器对准方法。本发明所述方法磁模拟器中的计算机系统能接收用户的控制指令并驱动恒流源系统输出电流从而激励线圈系统产生磁场，同时计算机系统采集磁强计输出用于闭环调节，克服环境磁场扰动，线圈系统最终产生用户的目标磁场。本发明克服环境磁场扰动，方法简单。
文档编号G05F7/00GK101488035SQ20091002448
公开日2009年7月22日 申请日期2009年2月24日 优先权日2009年2月24日
发明者冰 华, 康国华, 萍 沈, 智 熊, 程月华, 丰 郁 申请人:南京航空航天大学