一種在地磁場中測量衛星的剩磁和感磁的裝置及方法

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一種在地磁場中測量衛星的剩磁和感磁的裝置及方法
【專利摘要】本發明提出了用于地磁場中分離磁矩中的剩磁和感磁裝置及方法，其特征在于，所述裝置包含：三軸磁強計，轉臺，衛星和用于產生人工磁場的線圈；所述的衛星布放于轉臺上；所述三軸磁強計三個軸位于磁的南北、東西和垂直方向，用于測量磁強計三個坐標軸方向上的磁場；所述的用于產生人工磁場的線圈放置需滿足的條件為：使三軸磁強計三個軸均有磁場投影，且線圈產生的磁場使衛星感磁材料的感應磁場在線性范圍內。本發明的技術方案可以使地磁場中區分衛星磁矩的剩磁和感磁，并利用感磁系數將地磁場引起的感磁去掉，從而衛星測量到的是真實的磁場。
【專利說明】一種在地磁場中測量衛星的剩磁和感磁的裝置及方法

【技術領域】
[0001] 本發明是地磁場中用人工場的方法測量衛星磁矩中的剩磁和感磁，從而對衛星的磁場測量進行修正。

【背景技術】
[0002] 衛星的磁矩影響衛星的姿態、運行軌道和星上磁強計測量的精度，所述的衛星的磁矩，在衛星運行時它和地磁場間的相互作用，進而產生力矩。因此，通過測量衛星的磁矩，進而能夠減小和消除衛星磁矩對衛星姿態和運行軌道的影響是亟待解決的技術問題。
[0003] 現有的測量衛星的磁矩的方法包含：懸掛法，球面作圖法、赤道作圖法和偶極子法。目前用得較多的是赤道作圖法和偶極子法。上述這些方法各有特點，它們共同的一個缺陷是不能把磁矩中的剩磁和感磁區分開。同時衛星在地磁場中運行，它的感磁隨地磁場大小和方向的變化而變化，而不是一個固定的值。因此如何將衛星在磁場中運行時的剩磁和感磁進行分離不僅對衛星的姿態和運行軌道有影響，而且對磁強計測量地磁場的精度也有很大的影響。

【發明內容】

[0004] 本發明的目的是把在地磁場中測量到的磁矩中的剩磁和感磁區分開來，而且對衛星測量到的地磁場進行修正，而得到真實的地磁場值。
[0005] 為了實現上述目的，本發明提供一種用于地磁場中分離磁矩中的剩磁和感磁裝置，所述裝置包含：三軸磁強計，轉臺，衛星和用于產生人工磁場的線圈；
[0006] 所述的衛星布放于轉臺上；
[0007] 所述三軸磁強計三個軸位于磁的南北、東西和垂直方向，用于測量磁強計三個坐標軸方向上的磁場；
[0008] 所述的用于產生人工磁場的線圈放置需滿足的條件為：使三軸磁強計三個軸均有磁場投影，且線圈產生的磁場使衛星感磁材料的感應磁場在線性范圍內。
[0009] 基于上述裝置，本發明提供了一種用于分離磁矩中的剩磁和感磁方法，所述方法包含：
[0010] 步驟101)分別測量三軸磁強計的X軸、Y軸和z軸的感磁系數α、β、γ ;
[0011] 步驟102)并根據得到的各個感磁系數將地磁場中測量到的磁矩的剩磁和感磁進行區分。
[0012] 為了實現上述技術目的，本發明還提供了另一種用于地磁場中分離磁矩中的剩磁和感磁裝置，所述裝置包含：三軸磁強計，轉臺，衛星、伸桿和用于產生人工磁場的線圈；
[0013] 磁強計裝在衛星上或通過展開的伸桿與衛星相連，且將磁強計與衛星放置在轉臺上；
[0014] 所述三軸磁強計位于磁的南北或東西方向，用于測量三個坐標軸方向上的磁場；
[0015] 所述的用于產生人工磁場的線圈放置需滿足如下條件：能使三軸磁強計三個軸均有磁場投影，且線圈產生的磁場使衛星感磁材料的感應磁場在線性范圍內。
[0016] 此外，本發明提供了一種基于分離的剩磁和感磁獲得真實磁場的方法，該方法基于上述的兩種裝置將磁矩中的剩磁和感磁進行分離，所述方法包含：
[0017] 步驟201)分別測量三軸磁強計的X、Y和Z軸的感磁系數；
[0018] 步驟202)分別測量衛星在地磁場中運行時的X、Y和Z軸的磁場，并根據測量得到的磁場強度值得到的各個感磁系數，再將地磁場中測量的磁矩中的剩磁和感磁進行區分；
[0019] 步驟203)通過三軸磁強計測量衛星在飛行中的Χ、Υ和Ζ軸的磁場值，再依據感磁系數通過換算得到真實的磁場值。
[0020] 與現有技術相比，本發明的技術優勢在于：它可以將測量到的衛星磁矩分離出剩磁和感磁，并在有磁強計的衛星上，得到真實的磁場。即本發明在地磁場中進行測量衛星的磁矩，并將剩磁和感磁區分開來；而且在此基礎上可對測量到的地磁場進行修正獲得真實的地磁場值。不需要大的線圈系統成本大大下降。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1是本發明的地磁場中測量磁矩并區分剩磁和感磁示意圖；
[0022] 圖2是本發明的地磁場中測量磁矩并區分剩磁和感磁示意圖（磁強計直接安裝在衛星上）；
[0023] 圖3是本發明的地磁場中測量磁矩并區分剩磁和感磁示意圖（磁強計通過伸桿安裝在衛星上）。
[0024] 附圖標識：
[0025] 1、三軸磁強計2、衛星
[0026] 3、轉臺4、伸桿
[0027] 5、人工場線圈

【具體實施方式】
[0028] 下面結合附圖和實施例對本發明所述方法進行詳細說明。
[0029] 實施例1，
[0030] 本發明實施例1提供了一種用于地磁場中分離磁矩中的剩磁和感磁裝置，所述裝置包含：三軸磁強計1，轉臺3,衛星2和用于產生人工磁場的線圈5 ;
[0031] 所述的衛星2布放于轉臺3上；
[0032] 所述三軸磁強計1三個軸位于磁的南北、東西和垂直方向，用于測量磁強計三個坐標軸方向上的磁場；
[0033] 所述的用于產生人工磁場的線圈5放置需滿足的條件為：使三軸磁強計1三個軸均有磁場投影，且線圈5產生的磁場使衛星感磁材料的感應磁場在線性范圍內。
[0034] 基于上述裝置，本發明還提供一種用于分離磁矩中的剩磁和感磁方法，所述方法包含：
[0035] 步驟101)分別測量三軸磁強計的X軸、Υ軸和Ζ軸的感磁系數α、β、Υ ;
[0036] 步驟102)并根據得到的各個感磁系數將地磁場中測量到的磁矩的剩磁和感磁進行區分。
[0037] 可選的，上述步驟101)包含：
[0038] 步驟101-1)采用如下方法獲得X軸的感磁系數：
[0039] 步驟101-1-1)將衛星放置于轉臺上，將三軸磁強計放置于轉臺附近，在衛星的赤道面上，距離衛星中心，三個衛星半徑以上，其X軸與磁的東西方向一致，旋轉轉臺使X方向測量的磁場值最大，獲得第一磁場值；
[0040] 步驟101-1-2)采用線圈產生人工磁場，將該線圈放置于轉臺附近，使其在X方向產生的磁場應在5000nT以上，再測量此時的X方向的磁場值，獲得第二磁場值；
[0041] 步驟101-1-3)將衛星移走，記錄三軸磁強計測量的此時X方向的磁場值，且該磁場值為人工產生的磁場；
[0042] 步驟101-1-4)計算第二磁場值與第一磁場值的差值，該差值為人工磁場和人工磁場產生的感磁的和；
[0043] 然后再基于人工磁場和人工磁場產生的感磁的和及步驟101-1-3)獲得的人工產生的磁場，進而得到人工磁場產生的感磁；
[0044] 計算人工磁場的感磁與人工磁場的比值，將該比值作為X軸的感磁系數α ;
[0045] 步驟101-2)采用如下方法獲得Υ軸的感磁系數：
[0046] 步驟101-2-1)將衛星放置于轉臺上，將三軸磁強計放置于轉臺附近，在衛星的赤道面上，距離衛星中心，三個衛星半徑以上，其Υ軸與磁的東西方向一致，旋轉轉臺使Υ方向測量的磁場值最大，獲得第三磁場值；
[0047] 步驟101-2-2)采用線圈產生人工磁場，將該線圈放置于轉臺附近，其在Υ方向產生的磁場應在5000ηΤ以上，再測量此時的Υ方向的磁場值，獲得第四磁場值；
[0048] 步驟101-2-3)將衛星移走，記錄三軸磁強計測量的此時Υ方向的磁場值，且該磁場值為人工產生的磁場；
[0049] 步驟101-2-4)計算第四磁場值與第三磁場值的差值，該差值為人工磁場和人工磁場產生的感磁的和；
[0050] 然后，再基于人工磁場和人工磁場產生的感磁的和及步驟101-2-3)獲得的人工產生的磁場,進而得到人工磁場的感磁；
[0051] 計算人工磁場的感磁與人工磁場的比值，將該比值作為Υ軸的感磁系數β ;
[0052] 步驟101-3)采用如下方法獲得Ζ的感磁系數：
[0053] 步驟101-3-1)將三軸磁強計放在磁的南北方向上或東西方向，在衛星的赤道面上，距離衛星中心，三個衛星半徑以上，在衛星的赤道面上三軸磁強計的Ζ軸與水平面垂直，測量此時的Ζ方向的磁場值，獲得第五磁場值；
[0054] 步驟101-3-2)采用線圈產生人工磁場，其在Ζ方向產生的磁場應在5000ηΤ以上，再測量此時的Ζ方向的磁場值作為第六磁場值；
[0055] 步驟101-3-3)將衛星移走，記錄三軸磁強計測量的此時Ζ方向的磁場值，作為地磁場和人工場之和；
[0056] 步驟101-3-4)去掉人工場，獲得地磁場；
[0057] 計算第六磁場值與第五磁場值的差值，獲得人工磁場和人工磁場產生感磁的和；
[0058] 然后再基于人工磁場和人工磁場產生感磁的和及步驟101-3-3)和101-3-4)之差獲得的人工磁場，進而得到人工磁場的感磁；
[0059] 計算人工磁場的感磁與人工磁場的比值，將該比值作為Z軸的感磁系數Y。
[0060] 可選的，上述步驟102)進一步包含：
[0061] 步驟102-1)采用如下公式分離X軸的剩磁和感磁：
[0062] 剩磁 Bxs = 87(1+0)
[0063] 感磁 Bxse = a Bxs
[0064] 其中，α為X軸的感磁系數，Bx為測到的第一磁場值；
[0065] 102-2)采用如下公式分離Y軸的剩磁和感磁：
[0066] 剩磁 BYS = ΒγΛ?+β)
[0067] 感磁 BYS(； = β BYS
[0068] 其中，β為Y軸的感磁系數，BY為測到的第三磁場值；
[0069] 102-3)采用如下公式分離Ζ軸的剩磁和感磁：
[0070] 剩磁 Bzs = (Bz - BZD (1+ γ ))八1+ γ )
[0071] 感磁 Bzsc = Y Bzs
[0072] 其中，Y為Z軸的感磁系數，BZS測到的第五地磁場。
[0073] 總之，實施例1的提供的剩磁感磁的分離過程如下，如圖1 :
[0074] 地磁場中測量磁矩中區分剩磁和感磁的方法必須在地磁場穩定，并無干擾的環境中進行。
[0075] 把衛星（2)放在轉臺⑶上，三軸磁強計⑴放在磁的東西的方向上，在衛星（2) 的赤道面上，三軸磁強計（1)的X軸與磁的東西的方向一致，則地磁場在X軸上的投影為零，因此X軸的讀數為：B x = BXS+BXSG ;
[0076] 可移動的人工場線圈（5)加上人工場則產生Βχκ和。即可求出X軸方向上的感磁系數α ,而得到X軸方向上的剩磁和感磁為：
[0077] 剩磁 Bxs = Βχ/ (1+ α )和感磁 Bxsc = BX_BXS
[0078] 其中，Bx為X方向測到的磁場，Bxs和Bxse為X方向測到的剩磁和剩磁產生的感磁， Βχκ和Βχκ;為X方向測到的人工磁化場和它產生的感磁。α為感磁系數。
[0079] 把衛星（2)放在轉臺⑶上，三軸磁強計⑴放在磁的東西的方向上，在衛星（2) 的赤道面上，三軸磁強計（1)的Υ軸與磁的東西的方向一致，則地磁場在Υ軸上的投影為零，因此Υ軸的讀數為：B Y = BYS+BYS(；
[0080] 可移動的人工場線圈（5)加上人工場則產生。即可求出Y軸方向上的感磁系數β ,而得到Υ軸方向上的剩磁和感磁為：
[0081] 剩磁 BYS = Βγ/ (1+ β )和感磁 BYS(； = BY_BYS
[0082] 其中，BY為Y方向測到的磁場，BYS和BYse為Y方向測到的剩磁和剩磁產生的感磁， BYR和Βγκ;為Υ方向測到的人工磁化場和它產生的感磁。β為Υ方向的感磁系數。
[0083] 將三軸磁強計（1)放在磁的南北的方向上（或東西方向），在衛星（2)的赤道面上，三軸磁強計（1)的Ζ軸與水平面垂直，因此Ζ軸的讀數為：
[0084] Βζ - Bzs+Bzsg+Bzd+Bzdg
[0085] 可移動的人工場線圈（5)加上人工場則產生Βζκ和即可求出Z軸方向上的感磁系數Υ ,而得到Ζ軸方向上的剩磁和感磁為：
[0086] 剩磁 Bzs = (Bz - BZD (1+ γ )) / (1+ γ )和感磁 BZS(； = γ Bzs
[0087] 其中，Bz為Z方向測到的磁場，Bzs和Bzse為Z方向的剩磁和剩磁產生的感磁，B zd 和BZDe為Z方向測到的地磁場和地磁場產生的感磁，Βζκ和BZKe為Z方向測到的人工磁化場和它產生的感磁。Y為Z方向的感磁系數。
[0088] 實施例2，
[0089] 本發明實施例2還提供一種用于地磁場中分離磁矩中的剩磁和感磁裝置（如圖2 所示），所述裝置包含：三軸磁強計1，轉臺3,衛星2、伸桿4和用于產生人工磁場的線圈5 ;
[0090] 通過展開的伸桿4將磁強計與衛星2相連，且將磁強計與衛星放置在轉臺上； [0091] 所述三軸磁強計1位于磁的南北或東西方向，用于測量三個坐標軸方向上的磁場；
[0092] 所述的用于產生人工磁場的線圈5放置需滿足如下條件：能使三軸磁強計三個軸均有磁場投影，且線圈產生的磁場使衛星感磁材料的感應磁場在線性范圍內。
[0093] 此外基于上述裝置，本發明提供一種基于分離的剩磁和感磁獲得真實磁場的方法，具體包含：
[0094] 步驟201)分別測量三軸磁強計的X、Y和Z軸的感磁系數；
[0095] 步驟202)分別測量衛星在地磁場中運行時的X、Y和Z軸的磁場，并根據測量得到的磁場強度值得到的各個感磁系數，再將地磁場中測量的磁矩中的剩磁和感磁進行區分；
[0096] 步驟203)通過三軸磁強計測量衛星在飛行中的Χ、Υ和Ζ軸的磁場值，再依據感磁系數通過換算得到真實的磁場值。
[0097] 可選的，上述步驟201)包含：
[0098] 步驟201-1)采用如下方法獲得X的感磁系數：
[0099] 步驟201-1-1)將衛星放置于轉臺上，三軸磁強計連接在衛星上，在衛星的赤道上轉動轉臺使三軸磁強計的X軸與地磁場的東西方向一致，測量此時的X方向的磁場值，獲得第七磁場值；
[0100] 步驟201-1-2)采用線圈產生人工磁場，將該線圈放置于轉臺附近，使其在X方向產生的磁場應在5000ηΤ以上，再測量此時的X方向的磁場值，獲得第八磁場值；
[0101] 步驟201-1-3)將衛星移走，三軸磁強計仍放置在原處，即保持三軸磁強計的位置和方向不變，測量此時的X方向的磁場值，且該磁場值為人工產生的磁場；
[0102] 步驟101-1-4)計算第八磁場值與第七磁場值的差值，獲得人工磁場和人工磁場產生的感磁的和；
[0103] 然后，再基于人工磁場和人工磁場產生的感磁的和及步驟201-1-3)獲得的人工產生的磁場，進而得到人工磁場產生的感磁；
[0104] 計算人工磁場的感磁與人工磁場的剩磁的比值，將該比值作為X軸的感磁系數 α ;
[0105] 步驟201-2)采用如下方法獲得Υ軸的感磁系數：
[0106] 步驟201-2-1)將衛星放置于轉臺上，三軸磁強計連接在衛星上，在衛星的赤道上轉動轉臺使三軸磁強計的Υ軸與地磁場的東西方向一致，測量此時的Υ方向的磁場值，測量此時的Υ軸方向的磁場值，獲得第九磁場值；
[0107] 步驟201-2-2)采用線圈產生人工磁場，將該線圈放置于轉臺附近，產生人工場，使其在Υ方向產生的磁場應在5000ηΤ以上，再測量此時的Υ方向的磁場值，獲得第十磁場值；
[0108] 步驟201-2-3)將衛星移走，三軸磁強計仍放置在原處，即保持三軸磁強計的位置和方向不變，測量此時的Y方向的磁場值，且該磁場值為人工產生的磁場；
[0109] 步驟201-2-4)計算第十磁場值與第九磁場值的差值，獲得人工磁場和人工磁場產生的感磁的和；
[0110] 然后再基于人工磁場和人工磁場產生的感磁的和及步驟201-2-3)獲得的人工產生的磁場,進而得到人工磁場的感磁；
[0111] 計算人工磁場的感磁與人工磁場的比值,將該比值作為Y軸的感磁系數β ;
[0112] 步驟201-3)采用如下方法獲得Ζ的感磁系數：
[0113] 步驟201-3-1)將衛星放置于轉臺上，三軸磁強計連接在衛星上，在衛星的赤道上轉動轉臺使三軸磁強計的X軸或Υ軸與地磁場的東西方向一致，測量此時的Ζ方向的磁場值，獲得第十一磁場值；
[0114] 步驟201-3-2)采用線圈產生人工磁場，將該線圈放置于轉臺附近，使其在Ζ方向產生的磁場應在5000ηΤ以上，再測量此時的Ζ方向的磁場值，獲得第十二磁場值；
[0115] 步驟201-3-3)將衛星移走，三軸磁強計仍放置在原處，即保持三軸磁強計的位置和方向不變，測量此時的Ζ方向的磁場值，將測量的Ζ方向的磁場值為地磁場和人工場之和；
[0116] 步驟201-3-4)去掉人工場，獲得沒有人工場存在時的地磁場的磁場值；
[0117] 計算第十二磁場值與第十一磁場值的差值，獲得人工磁場和人工磁場產生感磁的和；
[0118] 然后，再基于人工磁場和人工磁場產生感磁的和及步驟201-3-3)和201-3-4)之差獲得的人工磁場，進而得到人工磁場的感磁；
[0119] 計算人工磁場的感磁與人工磁場的比值，將該比值作為Ζ軸的感磁系數Υ。
[0120] 可選的，上述步驟202)進一步包含：
[0121] 步驟202-1)采用公式分離X軸的剩磁和感磁：
[0122] 剩磁 Bxs = 87(1+0)
[0123] 感磁 Bxse = a Bxs
[0124] 其中，α是X軸的感磁系數，BX為測到的第七磁場；
[0125] 202-2)采用如下公式分離Y軸的剩磁和感磁：
[0126] 剩磁 BYS = ΒγΛ?+β)
[0127] 感磁 BYse = β BYS
[0128] 其中，β是Y軸的感磁系數，BYS為測到的第九磁場值；
[0129] 202-3)采用如下公式分離Z軸的剩磁和感磁：
[0130] 剩磁 Bzs = (Bz_Bzd(1+y)V(1+y)
[0131] 感磁 Bzsc= yBzs
[0132] 其中，Y是Z軸的感磁系數，BZ是測到的第^^一地磁場。
[0133] 可選的，上述步驟203)進一步包含：
[0134] 步驟203-1)采用如下方法獲得X軸的真實磁場：
[0135] 步驟203-1-1)將衛星飛行中測量到的X軸的磁場值作為第十三磁場值Bx :
[0136] Bx - Bxs+Bxsg+Bxd+Bxdg
[0137] 步驟203-1-2)根據第七磁場值求得的感磁系數α和第十三磁場值化，得到X方向上真正的地磁場B XD的值是：
[0138] Βχη = (Bx-Bxs (1+ a )) / (1+ a )
[0139] 步驟203-2)采用如下方法獲得Y軸的真實磁場：
[0140] 步驟203-2-1)將衛星飛行中測量到的Y軸的磁場值作為第十四磁場值Βγ :
[0141] Βγ - Bys+Bysg+ByD+ByDG
[0142] 步驟203-2-2)根據第八磁場值求得的感磁系數β和第十四磁場值&，得到Y方向上真正的地磁場B YD的值是：
[0143] By；, = (BY-BYS (1+β )) / (1+β )
[0144] 步驟203-3)采用如下方法獲得Ζ軸的真實磁場：
[0145] 步驟203-3-1)將衛星飛行中測量到的Ζ軸的磁場值作為第十五磁場值Βζ :
[0146] Βζ - Bzs+Bzsg+Bzd+Bzdg
[0147] 步驟203-3-2)根據第九磁場值求得的感磁系數γ和第十五磁場值BZ，得到Z方向上真正的地磁場值B ZD是：
[0148] Bzd = (Bz-Bzs (1+ y)) / (1+ y)
[0149] 總之，實施例2提供的剩磁感磁分離的方法為（如圖2和圖3所示）：
[0150] 把衛星（2)放在轉臺（3)上，三軸磁強計（1)直接或通過伸桿（4)連接到衛星（2) 上，在衛星（2)的赤道面上，轉動轉臺（3)，使三軸磁強計（1)的X軸與地磁場的東西的方向一致，因為X軸的讀數為：B x = Bxs+Bxsg
[0151] 可移動的人工場線圈（5)加上人工場，貝U產生Βχκ和Βχκ；。即可求出X軸方向上的感磁系數a ,而得到X軸方向上的剩磁和感磁為：
[0152] Bxs = Bx/ (1+ a )和 BXS(； = BX_BXS
[0153] 其中，Bx為X方向測到的磁場，Bxs和Bxse為X方向測到的剩磁和剩磁產生的感磁， Βχκ和Βχκ;為X方向測到的人工磁化場和它產生的感磁。a為感磁系數。
[0154] 把衛星（2)放在轉臺（3)上，三軸磁強計（1)直接或通過伸桿（4)連接到衛星（2) 上，在衛星（2)的赤道面上，轉動轉臺（3)，使三軸磁強計（1)的Y軸與地磁場的東西的方向一致，因為Y軸的讀數為：B Y = BYS+BYS(；
[0155] 可移動的人工場線圈（5)加上人工場則產生。即可求出Y軸方向上的感磁系數β ,而得到Υ軸方向上的剩磁和感磁為：
[0156] BYS = Βγ/ (1+β )和 BYSG = BY_BYS
[0157] 其中，BY為Y方向測到的磁場，BYS和BYse為Y方向測到的剩磁和剩磁產生的感磁， BYR和Βγκ;為Υ方向測到的人工磁化場和它產生的感磁。β為Υ方向的感磁系數。
[0158] 把衛星（2)放在轉臺（3)上，三軸磁強計（1)直接或通過伸桿（4)連接到衛星（2) 上，衛星（2)在的赤道面上，轉動轉臺（3)，使三軸磁強計（1)的X軸（或Υ軸）與磁的東西的方向一致，因此Ζ軸的讀數為：
[0159] Βζ - Bzs+Bzsg+Bzd+Bzdg ,
[0160] 可移動的人工場線圈（5)加上人工場
[0161] Bz - Bzs+Bzsg+Bzd+Bzdg+B ze+Bzeg
[0162] 貝U產生Βζκ和BZKe。即可求出Y軸方向上的感磁系數Y，而得到Y軸方向上的剩磁和感磁為：
[0163] 剩磁 Bzs = (Bz-Bzd(1+y)V(1+y)和感磁 Bzsg = YBZS
[0164] 其中，Bz為Z方向測到的磁場，Bzs和Bzse為Z方向的剩磁和剩磁產生的感磁，B zd 和BZDe為Z方向測到的地磁場和地磁場產生的感磁，Βζκ和BZKe為Z方向測到的人工磁化場和它產生的感磁。Y為Z方向的感磁系數。
[0165] 根據方法二求得的感磁系數，我們可以對測量到的地磁場進行修正，得到X、Y、Z 三個方向真實的地磁場，，方法如下：
[0166] Βχη = (Bx-B xs (1+ α )) / (1+ α )
[0167] By；, = (BY-B YS (1+β )) / (1+β )
[0168] Bzd = (B z-Bzs (1+ y)) / (1+ y)
[0169] 此方法也可用于小型飛行器（導彈和無人機等）和由各種指令所產生的磁場變化。
[0170] 用此方法我們可以從測量的磁場中消除地磁場所產生感磁的影響，使得測量到的是地磁場。
[0171] 最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制。盡管參照實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
【權利要求】
1. 一種用于地磁場中分離磁矩中的剩磁和感磁裝置，其特征在于，所述裝置包含：三軸磁強計，轉臺，衛星和用于產生人工磁場的線圈；所述的衛星布放于轉臺上；所述三軸磁強計三個軸位于磁的南北、東西和垂直方向，用于測量磁強計三個坐標軸方向上的磁場；所述的用于產生人工磁場的線圈放置需滿足的條件為：使三軸磁強計三個軸均有磁場投影，且線圈產生的磁場使衛星感磁材料的感應磁場在線性范圍內。
2. -種用于分離磁矩中的剩磁和感磁方法，該方法基于權利要求1記載的用于分離磁矩中的剩磁和感磁裝置，所述方法包含：步驟101)分別測量三軸磁強計的X軸、Y軸和Z軸的感磁系數α、β、Y ; 步驟102)并根據得到的各個感磁系數將地磁場中測量到的磁矩的剩磁和感磁進行區分。
3. 根據權利要求2所述的用于分離磁矩中的剩磁和感磁方法，其特征在于，所述步驟 101)包含：步驟101-1)采用如下方法獲得X軸的感磁系數：步驟101-1-1)將衛星放置于轉臺上，將三軸磁強計放置在衛星的赤道面上，距離衛星中心三個衛星半徑以上，其X軸與地磁場的東西方向一致，旋轉轉臺使X方向測量的磁場值最大，獲得第一磁場值；步驟101-1-2)采用線圈產生人工磁場，使該線圈在X方向產生的磁場在5000ηΤ以上，再測量此時的X方向的磁場值，獲得第二磁場值；步驟101-1-3)將衛星移走，記錄三軸磁強計測量的此時X方向的磁場值，且該磁場值為人工產生的磁場；步驟101-1-4)計算第二磁場值與第一磁場值的差值，該差值為人工磁場和人工磁場產生的感磁的和；然后再基于人工磁場和人工磁場產生的感磁的和及步驟101-1-3)獲得的人工產生的磁場，進而得到人工磁場產生的感磁；計算人工磁場的感磁與人工磁場的比值，將該比值作為X軸的感磁系數α ; 步驟101-2)采用如下方法獲得Υ軸的感磁系數：步驟101-2-1)將衛星放置于轉臺上，將三軸磁強計放置在衛星的赤道面上，距離衛星中心三個衛星半徑以上，其Υ軸與地磁場的東西方向一致，旋轉轉臺使Υ方向測量的磁場值最大，獲得第二磁場值；步驟101-2-2)采用線圈產生人工磁場，使該線圈在Υ方向產生的磁場在5000ηΤ以上，再測量此時的Υ方向的磁場值，獲得第四磁場值；步驟101-2-3)將衛星移走，記錄三軸磁強計測量的此時Υ方向的磁場值，且該磁場值為人工產生的磁場；步驟101-2-4)計算第四磁場值與第三磁場值的差值，該差值為人工磁場和人工磁場產生的感磁的和；然后，再基于人工磁場和人工磁場產生的感磁的和及步驟101-2-3)獲得的人工產生的磁場，進而得到人工磁場的感磁；計算人工磁場的感磁與人工磁場的比值，將該比值作為Y軸的感磁系數β ; 步驟101-3)采用如下方法獲得Ζ的感磁系數：步驟101-3-1)同上將三軸磁強計放在地磁場的南北方向或東西方向上，在衛星的赤道面上，距離衛星中心，三個衛星半徑以上，三軸磁強計的Ζ軸與水平面垂直，測量此時的Ζ 方向的磁場值，獲得第五磁場值；步驟101-3-2)采用線圈產生人工磁場，使該線圈在Ζ方向產生的磁場在5000ηΤ以上，再測量此時的Ζ方向的磁場值作為第六磁場值；步驟101-3-3)將衛星移走，記錄三軸磁強計測量的Ζ方向測到的磁場值，為地磁場和人工場之和；步驟101-3-4)去掉人工場，獲得地磁場；計算第六磁場值與第五磁場值的差值，獲得人工磁場和人工磁場產生感磁的和；然后再基于人工磁場和人工磁場產生感磁的和及步驟101-3-3)和101-3-4)之差獲得的人工磁場，進而得到人工磁場的感磁；計算人工磁場的感磁與人工磁場的比值，將該比值作為Ζ軸的感磁系數γ。
4. 根據權利要求3所述的用于分離磁矩中的剩磁和感磁方法，其特征在于，所述步驟 102)進一步包含：步驟102-1)采用如下公式分離X軸的剩磁和感磁：剩磁 Bxs = Βχ/(1+α ) 感磁 Bxse = a Bxs 其中，α為X軸的感磁系數，Bx為測到的第一磁場值； 102-2)采用如下公式分離Y軸的剩磁和感磁：剩磁 BYS = Βγ/ (1+ β ) 感磁 BYse = β BYS 其中，β為Υ軸的感磁系數，BY為測到的第三磁場值； 102-3)采用如下公式分離Z軸的剩磁和感磁：剩磁 Bzs = (Bz - BZD (1+ γ )) / (1+ γ ) 感磁 Bzse = γ Bzs 其中，Υ為Ζ軸的感磁系數，BZS第五磁場值的差值。
5. -種用于地磁場中分離磁矩中的剩磁和感磁裝置，其特征在于，所述裝置包含：三軸磁強計，轉臺，衛星、伸桿和用于產生人工磁場的線圈；所述的衛星上的磁強計同衛星布放于轉臺上，若磁強計與衛星有伸桿相連，伸桿必須完全打開；所述三軸磁強計位于磁的南北或東西方向，用于測量三個坐標軸方向上的磁場；所述的用于產生人工磁場的線圈放置需滿足如下條件：能使三軸磁強計三個軸均有磁場投影，且線圈產生的磁場使衛星感磁材料的感應磁場在線性范圍內。
6. -種基于分離的剩磁和感磁獲得真實磁場的方法，該方法基于權利要求5記載的用于分離磁矩中的剩磁和感磁裝置，所述方法包含：步驟201)分別測量三軸磁強計的X、Y和Z軸的感磁系數；步驟202)根據得到的各個感磁系數，將地磁場中測量的磁矩中的剩磁和感磁進行區分；步驟203)通過三軸磁強計測量衛星在飛行中的X、Y和Z軸的磁場值，再依據感磁系數通過換算得到真實的磁場值。
7.根據權利要求6所述的基于分離的剩磁和感磁獲得真實磁場的方法，其特征在于，所述步驟201)包含：步驟201-1)采用如下方法獲得X的感磁系數：步驟201-1-1)將衛星放置于轉臺上，三軸磁強計直接安裝在或通過伸桿連接到衛星上，轉臺在水平面上轉動，使三軸磁強計的X軸與地磁的東西方向一致，測量此時的X方向的磁場值，獲得第七磁場值；步驟201-1-2)采用線圈產生人工磁場，使該線圈在X方向產生的磁場在5000nT以上，再測量此時的X方向的磁場值，獲得第八磁場值；步驟201-1-3)將衛星移走，三軸磁強計仍放置在原處，即保持三軸磁強計的位置和方向不變，測量此時的X方向的磁場值，且該磁場值為人工產生的磁場；步驟101-1-4)計算第八磁場值與第七磁場值的差值，獲得人工磁場和人工磁場產生的感磁的和；然后，再基于人工磁場和人工磁場產生的感磁的和及步驟201-1-3)獲得的人工產生的磁場，進而得到人工磁場產生的感磁；計算人工磁場的感磁與人工磁場的剩磁的比值，將該比值作為X軸的感磁系數α ; 步驟201-2)采用如下方法獲得Υ軸的感磁系數：步驟201-2-1)將衛星放置于轉臺上，三軸磁強計直接安裝在或通過伸桿連接到衛星上，轉臺在水平面上轉動，使三軸磁強計的Υ軸與地磁的東西方向一致，測量此時的Υ軸方向的磁場值，獲得第九磁場值；步驟201-2-2)采用線圈產生人工磁場，使該線圈在Υ方向產生的磁場在5000ηΤ以上，產生人工場，再測量此時的Υ方向的磁場值，獲得第十磁場值；步驟201-2-3)將衛星移走，三軸磁強計仍放置在原處，即保持三軸磁強計的位置和方向不變，測量此時的Υ方向的磁場值，且該磁場值為人工產生的磁場；步驟201-2-4)計算第十磁場值與第九磁場值的差值，獲得人工磁場和人工磁場產生的感磁的和；然后再基于人工磁場和人工磁場產生的感磁的和及步驟201-2-3)獲得的人工產生的磁場，進而得到人工磁場的感磁；計算人工磁場的感磁與人工磁場的比值，將該比值作為Υ軸的感磁系數β ; 步驟201-3)采用如下方法獲得Ζ的感磁系數：步驟201-3-1)將衛星放置于轉臺上，三軸磁強計直接安裝在或通過伸桿連接到衛星上，轉臺在水平面上轉動，使三軸磁強計的X軸或Υ軸與磁的東西方向一致，測量此時的Ζ 方向的磁場值，獲得第十一磁場值；步驟201-3-2)采用線圈產生人工磁場，使該線圈在Ζ方向產生的磁場在5000ηΤ以上，再測量此時的Ζ方向的磁場值，獲得第十二磁場值；步驟201-3-3)將衛星移走，三軸磁強計仍放置在原處，即保持三軸磁強計的位置和方向不變，測量此時的Ζ方向的磁場值，則測量的Ζ方向的磁場值為地磁場和人工場之和；步驟201-3-4)去掉人工場，獲得沒有人工場存在時的地磁場的磁場值；計算第十二磁場值與第十一磁場值的差值，獲得人工磁場和人工磁場產生感磁的和；然后，再基于人工磁場和人工磁場產生感磁的和及步驟201-3-3)和201-3-4)之差獲得的人工磁場，進而得到人工磁場的感磁；計算人工磁場的感磁與人工磁場的比值，將該比值作為Z軸的感磁系數γ。
8. 根據權利要求6所述的基于分離的剩磁和感磁獲得真實磁場的方法，其特征在于，所述步驟202)進一步包含：步驟202-1)采用公式分離X軸的剩磁和感磁：剩磁 Bxs = Βχ/(1+α ) 感磁 Bxse = a Bxs 其中，α是X軸的感磁系數，BX為測到的第七磁場； 202-2)采用如下公式分離Y軸的剩磁和感磁：剩磁 BYS = Βγ/ (1+ β ) 感磁 BYse = β BYS 其中，β是Υ軸的感磁系數，BYS為測到的第九磁場值； 202-3)采用如下公式分離Z軸的剩磁和感磁：剩磁 Bzs = (Bz - BZD (1+ γ )) / (1+ γ ) 感磁 Bzsc = Bzs 其中，Y是Z軸的感磁系數，BZ是測到的第^^一地磁場。
9. 根據權利要求6所述的基于分離的剩磁和感磁獲得真實磁場的方法，其特征在于，所述步驟203)進一步包含：步驟203-1)采用如下方法獲得X軸的真實磁場BXD : 步驟203-1-1)將衛星飛行中測量到的X軸的磁場值為第十三磁場值Bx ; 步驟203-1-2)根據第七磁場值求得的感磁系數α和第十三磁場值民，得到X方向上真正的地磁場BXD的值是： bxd = (Bx-Bxs(l+a))/(l+a ) 步驟203-2)采用如下方法獲得Y軸的真實磁場BYD : 步驟203-2-1)將衛星飛行中測量到的Y軸的磁場值為第十四磁場值Βγ ; 步驟203-2-2)根據第八磁場值求得的感磁系數β和第十四磁場值~，得到Y方向上真正的地磁場BYD的值是： Byd = (BY-BYS (1+ β )) / (1+ β ) 步驟203-3)采用如下方法獲得Ζ軸的真實磁場BZD : 步驟203-3-1)將衛星飛行中測量到的Ζ軸的磁場值為第十五磁場值Bzs ; 步驟203-3-2)根據第九磁場值求得的感磁系數γ和第十五磁場值BZ，得到Z方向上真正的地磁場值BZD是： BZD= (BZ_BZS (1+ γ )) / (1+ γ )。
【文檔編號】G01V3/40GK104090251SQ201410360835
【公開日】2014年10月8日申請日期:2014年7月25日優先權日:2014年7月25日
【發明者】陳斯文, 王勁東, 周斌, 李磊, 廖懷哲, 薛永亮, 翁成翰申請人:中國科學院空間科學與應用研究中心

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