【摘 要】
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空间科学的发展离不开科学载荷的支撑。高精度的磁测设备对于深空探测的发展具有重要的意义。磁通门磁强计具有体积小、重量轻、功耗低等优点,被广泛应用于空间磁场的探测中。但磁通门磁强计易受到卫星剩磁、瞬时电流等因素的影响,且仪器的零位漂移随着卫星的运行而缓慢地发生变化。因此,为了提高磁测数据的精度、可信度,需要定期对磁通门磁强计进行在轨标定。传统的在轨标定方法主要有Davis-Smith方法、Belche
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空间科学的发展离不开科学载荷的支撑。高精度的磁测设备对于深空探测的发展具有重要的意义。磁通门磁强计具有体积小、重量轻、功耗低等优点,被广泛应用于空间磁场的探测中。但磁通门磁强计易受到卫星剩磁、瞬时电流等因素的影响,且仪器的零位漂移随着卫星的运行而缓慢地发生变化。因此,为了提高磁测数据的精度、可信度,需要定期对磁通门磁强计进行在轨标定。传统的在轨标定方法主要有Davis-Smith方法、Belcher方法和Hedgecock方法。其中被认为是最佳的Davis-Smith方法主要是利用了行星际磁场中不改变总磁场强度的阿尔芬波动,通过引入Davis-Smith方程来求解出磁强计的零位补偿值。近期,Wang Guoqiang和Pan Zonghao提出了一种新的在轨标定方法(后简称为Wang-Pan方法);该方法利用误差和几何的思想,在磁补偿立方体中发现了阿尔芬波动存在一个线性很高的“最优磁补偿曲线”,并且通过计算多个事件的最优磁补偿曲线求取其交点,便可得出零位补偿值。该方法相较于传统在轨标定方法更为简便、精确,但与传统方法一样,没有考虑总磁场存在长期变化以及压缩波动对结果的影响;而这些影响在地球磁层中尤为显著。因此在地球磁层的磁场探测中,Wang-Pan方法依然有优化的空间。本论文通过对Wang-Pan方法在上述两种情况中的详细分析和仿真实验,研究了背景场的长期变化趋势、压缩波动的幅度与周期对Wang-Pan方法的适用性和计算精度的影响。我们发现背景场的长期变化趋势会使得最优磁补偿曲线发生改变,且背景场的变化趋势越大,其导致的最优磁补偿曲线的改变程度越大。压缩波动的引入也会对Wang-Pan方法造成一定的误差。Wang-Pan方法的整体误差水平会随着压缩波动的幅度的增加而不断增加;而当压缩波动的周期与阿尔芬波动的周期成整倍数关系时,Wang-Pan方法的整体误差水平会突然增加形成一个峰值,这种误差的突增在两种波动的周期相等时尤为明显,且随着倍数的增加,峰值不断地降低。上述两类因素都会对Wang-Pan方法造成不同程度的影响,使其难以完成后续计算或精度明显降低。因此针对阿尔芬波动背景场的长期趋势干扰,我们考虑利用平滑滤波的方式,将阿尔芬波动中背景场的长期趋势消除掉,再将被调整之后的磁场数据应用于Wang-Pan方法,以此来减小背景场的长期趋势对该方法的影响。通过数值仿真及金星快车磁场数据进行的分析,验证了该优化算法可以有效提高在轨标定的精度。
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