卫星动态磁补偿方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种卫星动态磁补偿方法及系统包括：对卫星进行磁测试，获得卫星在各工况下的磁矩；确定载荷工作工况所需的动态磁补偿磁矩，使得补偿后载荷工作工况下的磁矩处于其他工况下的磁矩形成的区间内；根据动态磁补偿磁矩和载荷工作工况下载荷供电电流，计算动态磁补偿环路面积，确定环路电流方向；根据载荷供电电缆正线或负线，按环路面积和电流方向要求绕成电流回路，形成动态磁补偿环路；对卫星进行磁测试，确认动态磁补偿效果。本发明专利技术解决了利用永磁材料对卫星进行静态磁补偿时，无法有效补偿载荷间歇工作时卫星的动态磁矩的问题。本发明专利技术无需卫星额外配置主动磁补偿设备，具有简单、经济、可有效动态补偿载荷工作时的磁矩的优点。的磁矩的优点。的磁矩的优点。

【技术实现步骤摘要】
卫星动态磁补偿方法及系统


[0001]本专利技术涉及卫星磁补偿
，具体地，涉及一种卫星动态磁补偿方法及系统。

技术介绍

[0002]近地轨道卫星在轨运行时，其磁矩将与地磁场作用产生磁干扰力矩。当卫星磁矩超出指标要求时，磁干扰力矩可能导致卫星偏离定向姿态。因此，为了检验和控制卫星磁矩并使其满足指标要求，在地面研制时需对卫星进行磁测试和磁补偿。
[0003]磁补偿作为卫星磁矩控制的重要手段，通常采用永磁材料安装于卫星上，以补偿(减小或抵消)卫星各方向上的磁矩，从而使卫星磁矩满足指标要求。由于永磁材料的磁矩为恒定值(忽略其衰变)，它对卫星各工况的磁补偿效果相同，即相当于，对各工况下的磁矩加上或减去一个相同的补偿磁矩值(常数)，所以该方式是一种静态磁补偿方法。当卫星在各工况下的磁矩较接近时，该方式可以有效补偿卫星的磁矩，使补偿后各工况下的磁矩均较小。此方法简单、成熟，目前各卫星一般采用这种方法进行磁补偿。
[0004]一些卫星配置了间歇工作的载荷，当载荷工作时，卫星在该工况下的磁矩可能较大，并远远偏离其他工况下的磁矩。例如，合成孔径雷达(SAR)卫星上SAR天线在轨每圈短时开机，当SAR天线工作时，SAR天线中电流将产生较大的杂散磁矩(指由电流引起的磁矩)；而SAR天线不工作时，该部分不流经电流，因此不产生杂散磁矩。这些间歇动态出现的杂散磁矩将导致整星在SAR工作时的磁矩远大于其他工况下的磁矩。对于这种情况，若利用上述静态磁补偿方法进行磁补偿，由于补偿磁矩为恒定值，可能出现：载荷工作时卫星磁矩满足要求时，而其他工况下卫星磁矩由于过补偿而无法满足要求；或其他工况下卫星磁矩满足要求，而载荷工作时卫星磁矩由于欠补偿而无法满足要求。即利用永磁材料进行静态磁补偿，可能无法补偿载荷工作时的动态磁矩使得卫星在各工况下的磁矩均满足要求。
[0005]针对上述问题，一般采用主动磁补偿设备以抵消载荷工作时的动态磁矩。该方法需改变或增加星上产品配套，这将增加卫星的成本、功耗和重量。经文献检索，易忠在论文《中低轨道卫星的磁补偿》(《环模技术》，1997，第4期)中总结了中低轨道卫星的磁补偿方法，包括地面利用永磁材料和在轨利用磁力矩器进行补偿两种。前者为静态磁补偿方法，无法解决上述问题；后者需要测量和计算卫星的轨道参数以确定卫星的实时磁矩干扰，然后通过控制磁力矩器的电流以提供所需的补偿磁矩。由于磁力矩器的主要作用是对反作用飞轮等设备进行力矩卸载或对卫星进行磁控，用于补偿卫星的磁矩势必会降低磁力矩器的效率。因此，该方法要求磁力矩器具有较大的额定输出磁矩。叶建成等人在论文《航天器内部磁场环境主动补偿方法》(《空间科学学报》，2020，第202001期)中提出了一种对航天器内部磁场进行测量、反演和主动补偿的方法，其中测量和反演结果作为补偿的输入，补偿采用线圈进行实现。楚中毅等人在论文《无自旋交换弛豫原子磁强计的主动磁补偿》(《光学密工程》，2014，第22卷第7期)和《空间探测原子磁强计的主动磁补偿实验》(《航空学报》，2014，第35卷第9期)中提出了一种主动磁补偿方法。该方法通过测量3个方向的磁场信息，然后以此为反馈调节电流源以控制线圈的电流，使线圈产生一个与外界扰动磁场大小相同、方向
相反的补偿磁场。赵瑜等人在《飞机磁干扰补偿技术》(《电子世界》，2018，第3期)中总结了国内外的磁干扰补偿技术，包括测干扰补干扰和测地磁补干扰两类。这两类技术均需要测量外界干扰磁场，然后通过设备产生补偿磁场用于抵消或减少干扰磁。上述方案可归纳为“测量
‑
计算
‑
控制
‑
补偿”四个步骤。首先，对环境或干扰磁场进行测量，以获得相关数据；然后，利用磁场模型和获得的数据，计算环境或干扰磁场以及所需的磁补偿值；第三，根据计算的磁补偿值，控制电源以调节线圈(磁力矩器本质上也是线圈)的电流，使其产生与环境或干扰磁场大小相同、方向相反的补偿磁场；第四，补偿磁场抵消环境或干扰磁场，达到主动磁补偿的目的。这些方案需要测量传感器、计算设备、电流控制设备和磁补偿设备(线圈)等主动磁补偿设备。
[0006]专利文献CN113212811A(申请号：CN202110705542.9)公开了一种兼容动态磁补偿的热控制系统，包括：热控设计模块，被配置为根据磁补偿的功能要求和热控要求，获取热控电加热器的设计参数；以及热控电加热器，被配置为根据设计参数进行磁补偿和主动热控制。但该专利技术没有解决利用永磁材料对卫星进行静态磁补偿时，无法有效补偿载荷间歇工作时卫星的动态磁矩的问题。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种卫星动态磁补偿方法及系统。
[0008]根据本专利技术提供的一种卫星动态磁补偿方法，包括：
[0009]步骤S1：对卫星进行磁测试，获得卫星在各工况下的磁矩；
[0010]步骤S2：确定载荷工作工况所需的动态磁补偿磁矩，使得补偿后载荷工作工况下的磁矩处于其他工况下的磁矩形成的区间内；
[0011]步骤S3：根据动态磁补偿磁矩和载荷工作工况下载荷供电电流，计算动态磁补偿环路面积，确定环路电流方向；
[0012]步骤S4：根据载荷供电电缆正线或负线，按环路面积和电流方向要求绕成电流回路，形成动态磁补偿环路；
[0013]步骤S5：对卫星进行磁测试，确认动态磁补偿效果。
[0014]优选地，在所述步骤S1中：
[0015]记卫星在各工况下的磁矩为{M
xi
,M
yi
,M
zi
|i＝1,2,
…
,N}；
[0016]其中，M
xi
,M
yi
,M
zi
为卫星在工况i下的磁矩在x、y、z三个正交轴上的分量；N为工况数，记i＝L为载荷工作工况，为其他工况；
[0017]载荷为间歇工作，载荷工作工况下载荷开机，而其他工况下载荷关机。
[0018]优选地，在所述步骤S2中：
[0019]选取一组动态补偿磁矩使得补偿后载荷工作工况下的磁矩位于其他工况下的磁矩所形成的区间内，满足：
[0020][0021][0022][0023]其中，分别为动态补偿磁矩在x、y、z三个正交轴上的分量；M
xL
、M
yL
、M
zL
分别为补偿前卫星在载荷工作工况下，即i＝L时的磁矩在x、y、z三个正交轴上的分量；分别为除载荷工作工况外的其他工况，即时磁矩在x、y、z三个正交轴上分量的最小值；磁矩在x、y、z三个正交轴上分量的最小值；分别为除载荷工作工况外的其他工况，即时磁矩在x、y、z三个正交轴上分量的最大值；
[0024]动态补偿磁矩影响载荷工作工况下的磁矩，对其他工况下的磁矩无影响。
[0025]优选地，在所述步骤S3中：
[0026]根据动态补偿磁矩和载荷工作工况下其供电电缆中流经的电流I，计算x、y、z三正交轴上的动态磁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卫星动态磁补偿方法，其特征在于，包括：步骤S1：对卫星进行磁测试，获得卫星在各工况下的磁矩；步骤S2：确定载荷工作工况所需的动态磁补偿磁矩，使得补偿后载荷工作工况下的磁矩处于其他工况下的磁矩形成的区间内；步骤S3：根据动态磁补偿磁矩和载荷工作工况下载荷供电电流，计算动态磁补偿环路面积，确定环路电流方向；步骤S4：根据载荷供电电缆正线或负线，按环路面积和电流方向要求绕成电流回路，形成动态磁补偿环路；步骤S5：对卫星进行磁测试，确认动态磁补偿效果。2.根据权利要求1所述的卫星动态磁补偿方法，其特征在于，在所述步骤S1中：记卫星在各工况下的磁矩为{M
xi
,M
yi
,M
zi
|i＝1,2,
…
,N}；其中，M
xi
,M
yi
,M
zi
为卫星在工况i下的磁矩在x、y、z三个正交轴上的分量；N为工况数，记i＝L为载荷工作工况，为其他工况；载荷为间歇工作，载荷工作工况下载荷开机，而其他工况下载荷关机。3.根据权利要求1所述的卫星动态磁补偿方法，其特征在于，在所述步骤S2中：选取一组动态补偿磁矩使得补偿后载荷工作工况下的磁矩位于其他工况下的磁矩所形成的区间内，满足：的区间内，满足：的区间内，满足：其中，分别为动态补偿磁矩在x、y、z三个正交轴上的分量；M
xL
、M
yL
、M
zL
分别为补偿前卫星在载荷工作工况下，即i＝L时的磁矩在x、y、z三个正交轴上的分量；分别为除载荷工作工况外的其他工况，即时磁矩在x、y、z三个正交轴上分量的最小值；矩在x、y、z三个正交轴上分量的最小值；分别为除载荷工作工况外的其他工况，即时磁矩在x、y、z三个正交轴上分量的最大值；动态补偿磁矩影响载荷工作工况下的磁矩，对其他工况下的磁矩无影响。4.根据权利要求1所述的卫星动态磁补偿方法，其特征在于，在所述步骤S3中：根据动态补偿磁矩和载荷工作工况下其供电电缆中流经的电流I，计算x、y、z三正交轴上的动态磁补偿环路的面积分别为：计算x、y、z三正交轴上的动态磁补偿环路的面积分别为：
其中，S
x
、S
y
、S
z
分别为x、y、z三个正交轴上的动态磁补偿环路的面积；I为载荷工作工况下其供电电缆中流经的电流；|
·
|表示取绝对值；各轴上环路中电流的方向根据其电流产生的磁矩的方向与动态补偿磁矩在该轴上的分量的方向一致进行确定。5.根据权利要求1所述的卫星动态磁补偿方法，其特征在于，在所述步骤S4中：将载荷供电电缆正负线局部分开，利用正线或负线按所述步骤S3确定的环路面积和电流方向在x、y、z三正交轴上分别绕成电流回路，所述电流回路为动态磁补偿环路；单个轴上的动态磁补偿环路为单个或多个，对于多个环路，各环路面积之和为所述步骤S3中确定的环路面积，各环路中的电流方向与所述步骤S3确定的电流方向一致；动态磁补偿环路由载荷供电电缆绕成，载荷工作时，环路中电流产生磁矩，且磁矩大小随环路中电流增加而变大；载荷不工作时，环路中无电流，不产生磁矩；动态磁补偿环路实现对载荷工作工况的动态磁补偿，对其他工况下的磁矩无影响。6.一种卫星动态磁补偿系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈筠力，肖文斌，俞佳江，周宇，曹权，陈树海，韦锡峰，秦冉冉，李庆，
申请(专利权)人：上海卫星工程研究所，
类型：发明
国别省市：