一种等离子体霍尔效应推力器在轨推力计算方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种等离子体霍尔效应推力器在轨推力计算方法及系统，首先，利用磁传感器阵列，捕获等离子体霍尔效应推力器在放电过程中通道内的霍尔漂移电流感生的磁场；然后根据所述磁场，利用静态磁场反演方法计算通道内霍尔漂移电流密度；最后根据所述霍尔漂移电流密度和推力器固定设计参数给定励磁电流下磁场的径向分量，利用在轨推力计算模型计算等离子体霍尔效应推力器的在轨推力。本发明专利技术利用磁传感阵列能够测量秒级的磁场强度，根据秒级磁场强度进行在轨推力计算，进而获得实时的在轨推力，避免了现有在轨推力评估方法需要结合卫星轨道变化信息或角位移变化信息进行推力评估所导致的评估实时性欠佳的缺点。所导致的评估实时性欠佳的缺点。所导致的评估实时性欠佳的缺点。

【技术实现步骤摘要】
一种等离子体霍尔效应推力器在轨推力计算方法及系统


[0001]本专利技术涉及霍尔效应推进器领域，特别是涉及一种等离子体霍尔效应推力器在轨推力计算方法及系统。

技术介绍

[0002]等离子体霍尔效应推力器是利用电场和磁场的共同作用将电能转换为工质动能的一种功能转换装置。是空间推进中使用最多的一种电推力器之一。霍尔效应推力器的进一步发展依赖于对推力控制系统的精准调控，而推力的在轨评估是优化霍尔效应推力器推力控制系统精准调控的前提。因此，在轨推力评估是等离子体霍尔效应推力器的研究重点之一。
[0003]目前常用的在轨评估方法可分为两类：轨道估计法和姿态估计法。其中，轨道估计法利用全球卫星导航系统将不可直接测得的推力器推力信息与可测的卫星轨道信息之间建立了联系，通过卫星轨道变化信息计算推力器推力。姿态估计法则是利用星上配备的高精度姿态敏感装置测得卫星的角运动数据，进而计算推力的方法。但是，由于这两种常用方法均需要通过卫星变轨或姿态调整前后的位移变化信息计算推力，因此不具有实时性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种等离子体霍尔效应推力器在轨推力计算方法及系统，依据霍尔漂移电流与通道内径向磁场相互作用产生推力的基本原理，解决了目前常用的在轨推力计算方法实时性欠佳的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种等离子体霍尔效应推力器在轨推力计算方法，包括：
[0007]获取等离子体霍尔效应推力器在放电过程中放电通道内的霍尔漂移电流感生的磁场强度；所述霍尔漂移电流感生的磁场强度由磁传感器阵列捕获；
[0008]根据所述磁场强度，利用静态磁场反演方法计算放电通道内霍尔漂移电流密度；
[0009]根据推力器固定设计参数中给定励磁电流下磁场的径向分量分布和所述霍尔漂移电流密度分布，利用在轨推力计算模型计算等离子体霍尔效应推力器的在轨推力；所述在轨推力计算模型用于表示霍尔漂移电流密度、给定励磁电流下的径向磁场强度与在轨推力之间的关系。
[0010]可选的，所述静态磁场反演方法的矩阵方程为：
[0011]f(J
H
)＝min{||AJ
H
‑
B||2+λ{||L
rr
J
H
||2+2||L
rz
J
H
||2+||L
zz
J
H
||2}}
[0012]其中，J
H
为将霍尔漂移电流密度分布情况j(r，z)展开平铺后所得的列矢量；B为由霍尔漂移电流感生磁场中若干个传感器测点位置上的磁场强度所构造的矢量；A为将电流密度分布与各传感器测点磁场强度联系起来的格林矩阵；所述格林矩阵通过校准实验确定；λ是控制正则化项{||L
rr
J
H
||2+2||L
rz
J
H
||2+||L
zz
J
H
||2}相对于残差项||AJ
H
‑
B||2权重的正则化参数；r为等离子体霍尔效应推力器放电通道内的径向位置坐标；z表示等离子体霍
尔效应推力器放电通道内的轴向位置坐标；L
rr
表示对等离子体霍尔效应推力器放电通道内的径向位置进行两次求导得到的二阶导数算子；L
zz
表示对等离子体霍尔效应推力器放电通道内的轴向位置进行两次求导得到的二阶导数算子；L
rz
表示对等离子体霍尔效应推力器放电通道内的径向位置进行一次求导并对等离子体霍尔效应推力器放电通道内的轴向位置进行一次求导得到的二阶导数算子。
[0013]可选的，所述静态磁场反演方法考虑非负性约束和零边界约束；
[0014]所述非负性约束指所述等离子体霍尔效应推力器加速通道的方位角电流沿同一方位角方向流动；
[0015]所述零边界约束指在等离子体霍尔效应推力器放电室边界上的霍尔漂移电流密度为零；所述等离子体霍尔效应推力器放电室边界包括等离子体霍尔效应推力器放电通道壁面和等离子体霍尔效应推力器阳极平面。
[0016]考虑上述两个约束条件，能够得到矩阵方程有用的稳定解。
[0017]可选的，所述在轨推力计算模型的公式包括：
[0018]T＝∫
V
|J
H
B
r
|dV
[0019]其中，T为在轨推力；J
H
为霍尔漂移电流密度，V为等离子体霍尔效应推力器放电通道体积；B
r
为给定励磁电流下的磁场径向分量，所述磁场由高斯计在推力器固定设计参数给定励磁电流下测量得到。
[0020]可选的，所述磁传感器阵列中各磁传感器均位于羽流区之外，且磁场梯度大于设定阈值的区域。
[0021]将磁传感器设置在羽流区之外，磁场梯度大于设定阈值的区域，能够提高霍尔漂移电流感生磁场的测量精度。
[0022]可选的，所述磁传感器阵列中的磁传感器的设置方式包括径向设置和轴向设置。
[0023]可选的，所述磁传感器阵列以隧道磁电阻TMR为感应元件。
[0024]电路板外设石墨盖能够保护磁传感器不受推力器出口平面附近等离子体溅射的影响，同时石墨也起到散热作用。
[0025]本专利技术还提供一种等离子体霍尔效应推力器在轨推力计算系统，包括：
[0026]磁场捕获模块，用于获取等离子体霍尔效应推力器在放电过程中放电通道内的霍尔漂移电流感生的磁场强度；所述霍尔漂移电流感生的磁场强度由磁传感器阵列捕获；
[0027]霍尔漂移电流密度计算模块，用于根据所述霍尔漂移电流感生磁场强度，利用静态磁场反演方法计算放电通道内霍尔漂移电流密度；
[0028]在轨推力计算模块，用于根据所述推力器固定设计参数中给定励磁电流下的径向磁场分量和所述霍尔漂移电流密度，利用在轨推力计算模型计算等离子体霍尔效应推力器的在轨推力；所述在轨推力计算模型用于表示霍尔漂移电流密度、给定励磁电流下的径向磁场分量以及在轨推力之间的关系。
[0029]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0030]本专利技术提供一种等离子体霍尔效应推力器在轨推力计算方法及系统，首先，利用磁传感器阵列，捕获等离子体霍尔效应推力器在放电过程中通道内的霍尔漂移电流感生的磁场；然后根据所述霍尔漂移电流感生的磁场，利用静态磁场反演方法计算通道内霍尔漂移电流密度；最后根据所述推力器固定设计参数中给定励磁电流下的径向磁场分量和所述
霍尔漂移电流密度，利用在轨推力计算模型计算等离子体霍尔效应推力器的在轨推力。本专利技术利用磁传感阵列能够测量秒级的磁场强度，根据秒级磁场强度进行在轨推力计算，进而获得实时的在轨推力，避免了现有在轨推力评估方法需要结合卫星轨道变化信息或角位移变化信息进行推力评估所导致的评估实时性欠佳的缺点。
附图说明
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种等离子体霍尔效应推力器在轨推力计算方法，其特征在于，包括：获取等离子体霍尔效应推力器在放电过程中放电通道内的霍尔漂移电流感生的磁场强度；所述磁场强度由磁传感器阵列捕获；根据所述磁场强度，利用静态磁场反演方法计算放电通道内霍尔漂移电流密度；根据所述霍尔漂移电流密度和推力器固定设计参数给定励磁电流下磁场的径向分量，利用在轨推力计算模型计算等离子体霍尔效应推力器的在轨推力；所述在轨推力计算模型用于表示霍尔漂移电流密度、径向磁场强度与在轨推力之间的关系。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述静态磁场反演方法的矩阵方程为：f(J
H
)＝min{||AJ
H
‑
B||2+λ{||L
rr
J
H
||2+2||L
rz
J
H
||2+||L
zz
J
H
||2}}其中，J
H
为将霍尔漂移电流密度分布情况j(r，z)展开平铺后所得的列矢量；B为由霍尔漂移电流感生磁场中若干个传感器测点位置上的磁场强度所构造的矢量；A为将电流密度分布与各传感器测点磁场强度联系起来的格林矩阵；所述格林矩阵通过校准实验确定；λ是控制正则化项{||L
rr
J
H
||2+2||L
rz
J
H
||2+||L
zz
J
H
||2}相对于残差项||AJ
H
‑
B||2权重的正则化参数；r为等离子体霍尔效应推力器放电通道内的径向位置坐标；z表示等离子体霍尔效应推力器放电通道内的轴向位置坐标；L
rr
表示对等离子体霍尔效应推力器放电通道内的径向位置进行两次求导得到的二阶导数算子；L
zz
表示对等离子体霍尔效应推力器放电通道内的轴向位置进行两次求导得到的二阶导数...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏立秋，任姿颖，扈延林，韩亮，李鸿，丁永杰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：