反演航天器内部多磁源分布的方法

摘要

本发明公开了一种反演航天器内部多磁源分布的方法，该方法根据航天器产品的外包络尺寸，确定磁场梯度扫描测量平面，在扫描测量平面上划分若干等距的测试点，利用磁场梯度计测量每一个测量点位置的三方向磁感应强度以及磁场梯度值，根据各测量点磁感应强度分量计算合量并找到平面上磁感应强度的每个极值点并计算出磁源位置信息，从而得到航天器内部各磁源的位置信息。相比目前采取的将航天器简化为单偶极子的方法，无论磁场测量精度还是内部精细磁结构的分辨能力都得到了显著提高。

说明书

技术领域

本发明属于航天器磁性测量技术领域，具体涉及航天器产品内部的磁性 测量。

背景技术

通过外部磁场测量对物体内部磁源状况进行反演，可以获得物体内部的 磁结构信息和磁场分布情况，是了解物体磁性的重要方法。目前，该类方法 主要应用在矿藏探测、未爆弹探测等大空间尺度范围探测上，且多为单个反 演目标。

在航天器磁性测量领域，目前还只能将航天器产品整体作为单个磁偶极子 进行测量和反演，尚无有效方法对其内部磁结构进行测量。为精确掌握航天 器产品内部磁性状态，北京卫星环境工程研究所研发了一种可应用在航天器 这样小空间尺度内，并能实现多磁源定位的反演方法。该方法主要基于航天 器产品外部磁场梯度张量测量数据，利用欧拉反摺积算法结合区域磁场极值 扫描技术来实现内部多磁源扫描的目的。在本方法中，申请人首先将欧拉反 演方法进行了改进，使其适应小尺度空间内的应用。其次为了解决多磁源相 互干扰对目标反演的影响问题，申请人发明了平面极值搜索方法，并利用局 域磁场极值反演实现了多目标的定位和反演。在该方法发明过程中，申请人 设计了大量验证性实验，对方法的可行性进行了验证。

该方法应用，大大提升了航天器磁性测试能力，解决了原测试方法将整个 航天器简化单磁偶极子，不能检测其内部磁结构的问题。

发明内容

本发明旨在提供一种能够通过测量航天器外部磁场状况，精确反演其内部 磁结构和磁场分布的方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

反演航天器内部多磁源分布的方法，包括如下步骤：

1)根据航天器产品的外包络尺寸，确定磁场梯度扫描测量平面，扫描测 量平面为包含航天器产品的最小正六面体的外表面(六个面)；

2)在扫描测量平面上划分若干等距的测试点，利用磁场梯度计测量每一 个测量点位置的三方向磁感应强度B_x,B_y,B_z，以及9个磁场梯度值 $\frac{d{B}_x}{\mathrm{dx}},\frac{d{B}_x}{\mathrm{dy}},\frac{d{B}_x}{\mathrm{dz}},\frac{d{B}_y}{\mathrm{dx}},\frac{d{B}_y}{\mathrm{dy}},\frac{d{B}_y}{\mathrm{dz}},\frac{d{B}_z}{\mathrm{dx}},\frac{d{B}_z}{\mathrm{dy}},\frac{d{B}_z}{\mathrm{dz}};$

3)根据各测量点磁感应强度分量计算合量

$B=\sqrt{B_x^2+B_y^2+B_z^2}---\left(1\right)$

并找到平面上磁感应强度的每个极值点；

4)按照航天器的三方向坐标系，将每个极值点处测到的9个磁场梯度值 带入欧拉方程：

$\left(\begin{array}{c}(x-x_0)\frac{\partial B_x}{\partial x}+(y-y_0)\frac{\partial B_x}{\partial y}+(z-z_0)\frac{\partial B_x}{\partial z}=-3B_x\\ (x-x_0)\frac{\partial B_y}{\partial x}+(y-y_0)\frac{\partial B_y}{\partial y}+(z-z_0)\frac{\partial B_y}{\partial z}=-3B_y\\ (x-x_0)\frac{\partial B_z}{\partial x}+(y-y_0)\frac{\partial B_z}{\partial y}+(z-z_0)\frac{\partial B_z}{\partial z}=-3B_z\end{array}\right)---\left(2\right)$

其中x₀,y₀,z₀是各测量点坐标，计算出磁源位置信息x,y,z；

5)将上一步每个极值点处计算出的磁源位置(X₁,Y₁,Z₁),(X₂,Y₂,Z₂)…… 等记录，并剔除重复的位置点，即可得到航天器内部各磁源的位置信息。

其中，精度要求越高测试点越密集。

利用该方法，成功完成了航天器内部8个及以下磁偶极子的精确位置反 演。相比目前采取的将航天器简化为单偶极子的方法，无论磁场测量精度还 是内部精细磁结构的分辨能力都得到了显著提高。在航天器研制工程实践中， 该方法可有效指导航天器磁性设计，并可用来诊断和定位由于航天器内部发 生的磁、电异常状况。

附图说明

图1为本发明的反演航天器内部多磁源分布的方法实施的流程图。

具体实施方式

以下介绍的是作为本发明所述内容的具体实施方式，下面通过具体实施 方式对本发明的所述内容作进一步的阐明。当然，描述下列具体实施方式只 为示例本发明的不同方面的内容，而不应理解为限制本发明范围。

参见图1，图1为本发明的反演航天器内部多磁源分布的方法实施的流程 图。以下以立方体型(3m×3m×3m)某型号航天器为例介绍该方法。

第一步，考虑航天器表面存在的突起物会于测量仪器发生干涉，扫描平 面选择为距离航天器平面0.2m处，与航天器表面平行的正方形(3.2m×3.2m) 平面区域。由于航天器有6个表面，扫描平面也为6个。

第二步，根据航天器测量需求，确定其内部磁源的位置反演精度为0.1m， 并据此将扫描平面化分为上下、左右间距均为0.1m的测量点网格。

第三步，以航天器产品地面中心点为原点(0，0，0)，以通过原点垂直 于表面的直线为X轴，建立空间直角坐标系，并确定网格内测量点坐标。

第四步，利用磁场梯度测量仪对每个测量点的三分量磁场值、磁场合量值 以及9个梯度张量值进行测量并记录。

第五步，在每个扫描平面内，寻找磁场合量为极值的测量点，并记录这些 点的位置和9个梯度张量信息。

第六步，将极值点处的磁场和张量测量数据带入欧拉方程，计算磁源位置 信息。

第七步，记录反演出的磁源位置信息。

第八步，判断是否完成所有极值点反演。判断是否完成了所有极值点的反 演计算，如没有完成择对下一个极值点重复第六到八步操作直至反演完所有的 极值点。

第十步，在所有反演位置记录中查找重复点并从中去除。

第十一步，剩下的位置坐标即为被测产品内部磁源的位置坐标。

尽管上文对本发明的具体实施方式进行了详细的描述和说明，但应该指 明的是，我们可以对上述实施方式进行各种改变和修改，但这些都不脱离本 发明的精神和所附的权利要求所记载的范围。