一种校正三轴磁强计误差的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种校正三轴磁强计误差的装置及方法，所述装置至少包括星载计算模块(40)，所述星载计算模块(40)分别与星敏感器(10)、轨道测量组件(20)和三轴磁强计(30)分别建立通信连接，其中，所述星载计算模块(40)的校正方式为：基于由所述星敏感器(10)发送的姿态测量参数和由所述轨道测量组件(20)发送的轨道参数计算当前位置的标称地磁场参数；以所述标称地磁场参数为参考值，将由所述三轴磁强计(30)发送的第一地磁场参数基于最小二乘法拟合为校正的第二地磁场参数。本发明专利技术通过生成实时的磁补偿参数，有效的消除因卫星电磁环境实时变化引起的误差。实时变化引起的误差。实时变化引起的误差。

【技术实现步骤摘要】
一种校正三轴磁强计误差的装置和方法


[0001]本专利技术涉及航空航天
，尤其涉及一种校正三轴磁强计误差的装置和方法。

技术介绍

[0002]近年来，三轴磁强计和MEMS陀螺仪广泛应用于有轨卫星中，然而受严苛的环境和制造工艺的限制条件影响，在实际的测量中，实际结果与理想数据有巨大的偏差。
[0003]磁强计是一种用来测量地磁场强度及方向的敏感器。卫星在进行姿态控制，角动量卸载时需要用到磁强计的测量结果。微小卫星中通常使用工业级磁强计，其价格低廉、体积小，重量低，但是也存在稳定性较差，环境适应性较差的缺点。因此为了应对复杂的空间环境，对其进行标定和补偿是很有必要的。
[0004]磁强计的误差主要包括自身的的非正交误差、刻度因子误差和零偏误差，以及载体的干扰磁场误差。卫星中的电磁环境比较复杂，卫星在进行磁阻尼时会用到磁力矩器，即使不和磁强计同时使用，磁力矩器使用后剩余磁场也必然对磁强计测量结果产生影响。除了剩磁干扰外，对于小卫星而言，由星上其他部件产生的感磁干扰也是比较大的。
[0005]常见的陀螺误差标定方法有基于最小二乘法估计器的磁强计校正方法，基于扩展卡尔曼滤波的磁强计校正方法，基于TLS算法对模型的参数进行估计等。
[0006]专利文件CN103885020B公开了一种基于自适应遗传算法的三轴磁强计误差校正方法，其方法包含四个步骤，步骤1：分析三轴磁强计在工作过程中三轴不正交对测量结果的影响，推导三轴矢量传感器的误差校正公式；步骤2：建立三轴磁强计固有误差参数辨识的最优化模型；步骤3：运用自适应遗传算法对固有误差参数辨识的最优化模型中的固有误差参数进行辨识求解，得到固有误差参数的向量值；步骤4：将得到的三轴矢量传感器的固有误差参数的向量值带入三轴矢量传感器的误差校正公式中，即可实现对测量误差的校正。
[0007]专利文件CN110515023A公开了一种微小卫星三周磁强计矫正方法，对磁强计的测量误差进行分析，对磁强计的测量原理进行数学建模并建立误差补偿模型，并基于该误差补偿模型在温度可变的磁线圈系统中对磁强计进行测试，利用磁环境模拟器的磁场以及磁强计的输出电压，利用基于最小二乘意义下的伪逆原理求得磁强计的标定系数；对磁强计进行温度建模，对标定系数和温度进行线性拟合，对磁强计的测量进行温度补偿。
[0008]然而在现有技术中，在零磁实验室内模拟三轴磁场与真实的地磁场环境依然存在差异，标定的结果在卫星上天后可能发生变化。不仅如此，卫星内的电磁环境是变化的，温度也是变化的，地面标定的结果在卫星初入轨时可能拟合结果较好，卫星运行一段时间后误差就会增大。现有的技术方案依然不能够对正三轴磁强计在上天后的误差进行准确校正和实时更新。
[0009]此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于专利技术人做出本专利技术时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝
非本专利技术不具备这些现有技术的特征，相反本专利技术已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在
技术介绍
中增加相关现有技术之权利。

技术实现思路

[0010]针对现有技术之不足，本专利技术提供一种校正三轴磁强计误差的装置，至少包括星载计算模块，其特征在于，所述星载计算模块分别与星敏感器、轨道测量组件和三轴磁强计分别建立通信连接，其中，所述星载计算模块的校正方式为：
[0011]基于由所述星敏感器发送的姿态测量参数和由所述轨道测量组件发送的轨道参数计算当前位置的标称地磁场参数；
[0012]以所述标称地磁场参数为参考值，将由所述三轴磁强计发送的第一地磁场参数基于最小二乘法拟合为校正的第二地磁场参数。
[0013]优选的，所述星载计算模块基于最小二乘法校正第一地磁场参数的拟合模型为：Z＝AX+B；
[0014]其中，Z为航天器本体坐标系下的标称地磁场，A为误差系数阵，A0为3
×
3的单位矩阵；B为误差偏移量，B0＝[0 0 0]；X为磁强计测量值。
[0015]优选的，所述星载计算模块基于最小二乘法计算第一地磁场的校正系数的方式为：
[0016]以迭代的方式计算在K时刻的拟合系数阵，从而得到系数A
K
和B
K
；
[0017][0018]其中，X
K
为3X4行矩阵；
[0019]A
K
为由X
K
拟合系数阵中的前三行数据构成的系数矩阵，B
K
为由X
K
拟合系数阵中的最后一行数据构成的系数矩阵。
[0020]优选的，X
K+1
＝X
K
+P
K+1
*H
′
K
*(Z
K-H
K
*X
K
)，
[0021]其中，X
K+1
表示在K+1时刻的拟合系数阵，X
K
表示在K时刻的拟合系数阵，A
K
表示在K时刻的误差系数阵，B
K
表示在K时刻的误差偏移量；P
K+1
表示在K+1时刻的P矩阵，H
K
表示在K时刻的磁强计测量值，Z
K
表示在K时刻由姿态测量参数和轨道参数计算的标称磁场。
[0022]优选的，P
K+1
＝P
K-P
K
*H
′
K
*(1+H
K
*P
K
*K
′
K
)-1
*H
K
*P
K
[0023]P
K+1
表示在k+1时刻的P矩阵，P
K
表示在k时刻的P矩阵，P0为12
×
12的单位矩阵，H
K
表示在K时刻的磁强计测量值。
[0024]本专利技术还提供一种校正三轴磁强计误差的方法，其特征在于，所述方法至少包括：基于态测量参数和轨道参数计算当前位置的标称地磁场参数；
[0025]以所述标称地磁场参数为参考值，将第一地磁场参数基于最小二乘法拟合为校正的第二地磁场参数。
[0026]优选的，基于最小二乘法校正第一地磁场参数的拟合模型为：
[0027]Z＝AX+B；
[0028]其中，Z为航天器本体坐标系下的标称地磁场，A为误差系数阵，A0为3
×
3的单位矩阵；B为误差偏移量，B0＝[0 0 0]；X为磁强计测量值。
[0029]优选的，基于最小二乘法计算第一地磁场的校正系数的方式为：
[0030]以迭代的方式计算在K时刻的拟合系数阵，从而得到系数A
K
和B
K
；
[0031][0032]其中，X
K
为3X4行矩阵；
[0033]A
K
为由X
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种校正三轴磁强计误差的装置，至少包括星载计算模块(40)，其特征在于，所述星载计算模块(40)分别与星敏感器(10)、轨道测量组件(20)和三轴磁强计(30)分别建立通信连接，其中，所述星载计算模块(40)的校正方式为：基于由所述星敏感器(10)发送的姿态测量参数和由所述轨道测量组件(20)发送的轨道参数计算当前位置的标称地磁场参数；以所述标称地磁场参数为参考值，将由所述三轴磁强计(30)发送的第一地磁场参数基于最小二乘法拟合为校正的第二地磁场参数。2.根据权利要求1所述的校正三轴磁强计误差的装置，其特征在于，所述星载计算模块(40)基于最小二乘法校正第一地磁场参数的拟合模型为：Z＝AX+B；其中，Z为航天器本体坐标系下的标称地磁场，A为误差系数阵，A0为3
×
3的单位矩阵；B为误差偏移量，B0＝[0 0 0]；X为磁强计测量值。3.根据权利要求2所述的校正三轴磁强计误差的装置，其特征在于，所述星载计算模块(40)基于最小二乘法计算第一地磁场的校正系数的方式为：以迭代的方式计算在K时刻的拟合系数阵，从而得到系数A
K
和B
K
；其中，X
K
为3X4行矩阵；A
K
为由X
K
拟合系数阵中的前三行数据构成的系数矩阵，B
K
为由X
K
拟合系数阵中的最后一行数据构成的系数矩阵。4.根据权利要求3所述的校正三轴磁强计误差的装置，其特征在于，X
K+1
＝X
K
+P
K+1
*H
′
K
*(Z
K-H
K
*X
K
)，其中，X
K+1
表示在K+1时刻的拟合系数阵，X
K
表示在K时刻的拟合系数阵，A
K
表示在K时刻的误差系数阵，B
K
表示在K时刻的误差偏移量；P
K+1
表示在K+1时刻的P矩阵，H
K
表示在K时刻的磁强计测量值，Z
K
表示在K时刻由姿态测量参数和轨道参数计算的标称磁场。5.根据权利要求3所述的校正三轴磁强计误差的装置，其特征在于，P
K+1
＝P
K-P
K
*H
′
K
*(1+H
K
*P
K
*H
′
K
)-1
*H
K
*P
K
P
K+1
表示在k+1时刻的P矩阵，P
K
表...

【专利技术属性】
技术研发人员：寇义民，王浩，阳军军，杨峰，任维佳，
申请(专利权)人：长沙天仪空间科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：