一种磁矢量与光矢量安装矩阵微变化动态监测装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种磁矢量与光矢量安装矩阵微变化动态监测装置和方法，包括矢量磁力仪、反射镜、微变形监测装置、星敏感器；所述星敏感器包括透镜二和CCD；所述微变形监测装置包括透镜一、PSD、分光镜、光学系统、激光器；通过微变形测量装置精确主动实时测量矢量磁力仪的在轨微变形和星敏感器的在轨光轴微变形，通过微变形测量装置的共激光光路设计实现磁矢量与光矢量不同物理量之间安装矩阵微变化的监测，解决了精确获知磁矢量与光矢量之间安装矩阵在轨微变化量的问题，具有主动性、共基准、精度高的特点。

A dynamic monitoring device and method for micro change of installation matrix of magnetic vector and optical vector

【技术实现步骤摘要】
一种磁矢量与光矢量安装矩阵微变化动态监测装置和方法
本专利技术属于航天器
，尤其涉及一种磁矢量与光矢量安装矩阵微变化动态监测装置和方法。
技术介绍
地磁学是地球物理学和空间物理学的一个重要组成部分，是连接固体地球物理学与空间物理学的桥梁。它是由基本磁场与变化磁场两部分组成的，基本磁场来源于地球内部，研究它的变化及起源，是地球动力学研究的重要内容之一；变化的磁场则与电离层的变化和太阳活动等有关，对变化的磁场的研究是日地物理研究中的热门课题。通过卫星所观测到的磁场的变化包括了上至太阳活动、星际空间、磁层、电离层活动，下至地壳构造、地震活动、地球深部导电特征、地核变化的各种丰富的信息，能够为地球物理和空间物理研究提供大量高分辨率的科学数据，满足科学研究的需求。矢量磁力仪和卫星姿态测量仪是其中的关键器件，其中磁强计是磁场信息获取的关键器件，姿态测量仪是卫星位姿确定的关键系统，因此，通过姿态测量仪确定磁强计的空间位姿是精确磁场信息获取的必要保障。500km高度地磁场强度幅在±50000nT范围内变化，矢量磁力仪空间方位角如果有2〃误差，测得的磁场数据在某一分量上的误差则达到0.49nT，因此矢量磁力仪磁轴的确定是地磁场高精度测量的关键问题。由于卫星发射的单次性以及维修难度极大，因此在地面阶段，需要考虑星敏感器与磁强计的安装矩阵的在轨变化，并能够在轨进行变化量的监测与测量，以尽可能的保证高精度地磁场测量的精度要求。
技术实现思路
专利技术目的：针对以上问题，本专利技术提出一种磁矢量与光矢量安装矩阵微变化动态监测装置和方法，解决了精确获知磁矢量与光矢量之间安装矩阵在轨微变化量的问题。技术方案：为实现本专利技术的目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种磁矢量与光矢量安装矩阵微变化动态监测装置，包括矢量磁力仪、反射镜、微变形监测装置、星敏感器；所述星敏感器包括透镜二和CCD；所述微变形监测装置包括透镜一、位置传感器、分光镜、光学系统、激光器；所述激光器以固定频率发射激光束，激光束经过分光镜后分为三束激光，其中，第一束激光和第二束激光经透镜一透射后，入射到反射镜，经反射镜反射，再次经透镜一透射后，在位置传感器PSD投射为光斑，记录矢量磁力仪相对于微变形监测装置的偏转角θ，第一束激光和第二束激光用来检测磁矢量的微变化；第三束激光经光学系统，垂直入射到星敏感器内，经透镜二透射后，在CCD投射为光斑，记录星敏感器相对于微变形测量装置的偏转角α，第三束激光用来监测光矢量的微变化。进一步地，所述反射镜与所述矢量磁力仪共基准面安装。进一步地，所述微变形监测装置与星敏感器共基准面安装，并置于星敏感器旁边。进一步地，所述矢量磁力仪与星敏感器采用一体化安装。一种磁矢量与光矢量安装矩阵微变化动态监测方法，包括步骤：(1)在星敏感器上建立星敏坐标系S星敏，其安装面为xoy平面，z轴垂直于安装面；在矢量磁力仪上建立磁力坐标系S磁力仪，其安装面为x"o"z"平面，y"轴垂直于安装面；在微变形监测装置上建立测量坐标系S测量，其安装面为x'o'z'平面，y'轴垂直于安装面；(2)激光器以固定频率发射激光束，激光束经过分光镜后分为三束激光，第一束激光和第二束激光经透镜一透射后，入射到反射镜，经反射镜反射，再次经透镜一透射后，在位置传感器PSD投射为光斑，记录矢量磁力仪相对于微变形检测装置的偏转角θ；第三束激光经过光学系统，垂直入射到星敏感器内，经透镜二透射后，在CCD投射为光斑，记录星敏感器相对于微变形检测装置的偏转角α；(3)矢量磁力仪相对微变形监测装置在磁力坐标系S磁力仪下的微小偏转角θ＝{θx”θy”θz”}T，其中，θx”为矢量磁力仪绕x”轴旋转，θy”为矢量磁力仪绕y”轴旋转，θz”为矢量磁力仪绕z”轴旋转，矢量磁力仪与微变形监测装置的安装矩阵关系为：(4)星敏感器相对微变形监测装置在星敏坐标系S星敏下的微小偏转角α＝{αxαyαz}T，其中，αx为星敏感器绕x轴旋转，αy为星敏感器绕绕y轴旋转，αz为星敏感器绕绕z轴旋转，星敏感器与微变形测量装置的安装矩阵关系为：(5)通过数学推导可得矢量磁力仪磁矢量与星敏感器光矢量之间安装矩阵为：有益效果：本专利技术用于磁矢量与光矢量安装矩阵微变化的动态主动监测装置和方法，解决了精确获知磁矢量与光矢量之间安装矩阵在轨微变化量的问题；通过在矢量磁力仪和姿态传感器之间安装微变形测量装置，采用共激光光路设计实现磁矢量与光矢量安装矩阵微变化的动态监测；具有主动性、实时性、精度高的特点。附图说明图1是本专利技术的总体结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明。如图1所示，本专利技术所述的磁矢量与光矢量安装矩阵微变化动态监测装置，包括矢量磁力仪9、反射镜1、微变形监测装置、星敏感器；星敏感器包括透镜二7和电荷耦合元件(Charge-coupledDevice，CCD)8；微变形监测装置包括透镜一2、位置传感器(PositionSensitiveDetector，PSD)3、分光镜4、光学系统6、激光器5。激光器5以固定频率发射激光束，激光束经过分光镜4后分为三束激光，其中，第一束激光和第二束激光经透镜一2透射后，入射到反射镜1，经反射镜1反射，再次经透镜一2透射后，在位置传感器3投射为光斑，记录矢量磁力仪9相对于微变形监测装置的偏转角θ，第一束激光和第二束激光投射出去，判断两者后续光电在探测器上的变化，用来检测磁矢量的微变化。第三束激光经光学系统6，垂直入射到星敏感器内，经透镜二7透射后，在CCD8投射为光斑，记录星敏感器相对于微变形测量装置的偏转角α，第三束激光用来监测光矢量的微变化。反射镜1与矢量磁力仪9共基准面安装，微变形监测装置与星敏感器共基准面安装，并置于星敏感器旁边，矢量磁力仪9与星敏感器采用一体化安装方式。本专利技术所述的磁矢量与光矢量安装矩阵微变化动态监测方法，包括步骤：(1)在星敏感器上建立星敏坐标系S星敏，其安装面为xoy平面，z轴垂直于安装面；在矢量磁力仪9上建立磁力坐标系S磁力仪，其安装面为x"o"z"平面，y"轴垂直于安装面；在微变形监测装置上建立测量坐标系S测量，其安装面为x'o'z'平面，y'轴垂直于安装面；(2)激光器5以固定频率发射激光束，激光束经过分光镜4后分为三束激光，第一束激光和第二束激光经透镜一2透射后，入射到反射镜1，经反射镜1反射，再次经透镜一2透射后，在位置传感器3投射为光斑，记录矢量磁力仪9相对于微变形检测装置的偏转角θ；第三束激光经过光学系统6，垂直入射到星敏感器内，经透镜二7透射后，在CCD8投射为光斑，记录星敏感器相对于微变形检测装置的偏转角α；(3)当矢量磁力仪9相对微变形监测装置在磁力坐标系S磁力仪下有微小角度变化时，θ＝{θx”θy”θz”}T，其中，θx”为矢量磁力仪9绕x”轴旋转，θy”为矢量磁力仪9绕y”轴旋转，θz”为矢量磁力仪本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁矢量与光矢量安装矩阵微变化动态监测装置，其特征在于，包括矢量磁力仪(9)、反射镜(1)、微变形监测装置、星敏感器；/n所述星敏感器包括透镜二(7)和CCD(8)；/n所述微变形监测装置包括透镜一(2)、位置传感器PSD(3)、分光镜(4)、光学系统(6)、激光器(5)；/n所述激光器(5)以固定频率发射激光束，激光束经过分光镜(4)后分为三束激光，其中，第一束激光和第二束激光经透镜一(2)透射后，入射到反射镜(1)，经反射镜(1)反射，再次经透镜一(2)透射后，在位置传感器PSD(3)投射为光斑，记录矢量磁力仪(9)相对于微变形监测装置的偏转角θ，第一束激光和第二束激光用来检测磁矢量的微变化；/n第三束激光经光学系统(6)，垂直入射到星敏感器内，经透镜二(7)透射后，在CCD(8)投射为光斑，记录星敏感器相对于微变形测量装置的偏转角α，第三束激光用来监测光矢量的微变化。/n

【技术特征摘要】
1.一种磁矢量与光矢量安装矩阵微变化动态监测装置，其特征在于，包括矢量磁力仪(9)、反射镜(1)、微变形监测装置、星敏感器；
所述星敏感器包括透镜二(7)和CCD(8)；
所述微变形监测装置包括透镜一(2)、位置传感器PSD(3)、分光镜(4)、光学系统(6)、激光器(5)；
所述激光器(5)以固定频率发射激光束，激光束经过分光镜(4)后分为三束激光，其中，第一束激光和第二束激光经透镜一(2)透射后，入射到反射镜(1)，经反射镜(1)反射，再次经透镜一(2)透射后，在位置传感器PSD(3)投射为光斑，记录矢量磁力仪(9)相对于微变形监测装置的偏转角θ，第一束激光和第二束激光用来检测磁矢量的微变化；
第三束激光经光学系统(6)，垂直入射到星敏感器内，经透镜二(7)透射后，在CCD(8)投射为光斑，记录星敏感器相对于微变形测量装置的偏转角α，第三束激光用来监测光矢量的微变化。


2.根据权利要求1所述的磁矢量与光矢量安装矩阵微变化动态监测装置，其特征在于，所述反射镜(1)与所述矢量磁力仪(9)共基准面安装。


3.根据权利要求1所述的磁矢量与光矢量安装矩阵微变化动态监测装置，其特征在于，所述微变形监测装置与星敏感器共基准面安装，并置于星敏感器旁边。


4.根据权利要求1所述的磁矢量与光矢量安装矩阵微变化动态监测装置，其特征在于，所述矢量磁力仪(9)与星敏感器采用一体化安装。


5.一种磁矢量与光矢量安装矩阵微变化动态监测方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖鹤，贾庆贤，陈卫东，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32