[发明专利]一种提高双探针式星载电场传感器探测精度的方法

说明书

技术领域

本发明属于传感器领域，具体地涉及一种双探针式星载电场传感器和提高探测精度的方法。

背景技术

电场强度是一个十分重要的跨学科特性参量。电场强度的测量在航空航天、地学与环境检测和工业生产等领域都具有十分重要的应用。星载电场传感器作为卫星的载荷，主要用于实现对电离层或磁层环境电场的测量。采用星载电场传感器对电离层或磁层电场进行探测在下列研究领域具有重大意义：

(1)用于地震、火山等自然灾害的预报研究；

(2)用于空间天气及其对人类活动(包括通讯、导航和GPS定位等)的影响研究；

(3)对电离层、磁层电场的探测有助于科学家进一步深入研究日地关系中的一系列重大物理过程；

(4)在光学与雷达遥感成像观测的基础上，发展电磁非成像遥感技术手段，有助于建立完善的对地观测系统；

(5)可以获取全球的电场分布信息，从而有助于建立全球电磁场模型和全球电离层模型。

双探针式星载电场传感器是通过两个球形探头测量电离层或磁层中两点之间的电位差除以它们之间的距离得到沿这两点方向的电场，通过在卫星平台周围布置不共面的四个或四个以上的传感器敏感探头实现对电离层或磁层三维电场的测量。伸杆用于将球形探头伸出卫星平台一定距离，以减小卫星本体带电对电场探测精度的影响。像法国的Demeter卫星上使用的星载电场传感器(ICE)一样，目前星载电场传感器的伸杆与卫星平台之间采取的都是非绝缘安装，伸杆表面电位与卫星平台的表面电位相等。当伸杆在太空中飞行时，由于切割磁力线的原因，会在伸杆的表面产生一定的感应电动势分布，伸杆上的感应电动势会影响电离层和磁层电场的测量精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高双探针式星载电场传感器和提高探测精度的方法，通过对伸杆进行主动电位控制来减小伸杆切割磁力线对电场测量精度的影响。

为实现上述目的，本发明提供的双探针式星载电场传感器，在卫星平台的四周安装不共面的四个或四个以上星载电场传感器敏感探头，每一星载电场传感器敏感探头由球形探头、球形探头两侧的圆柱形电极，以及将球形探头伸出卫星平台外面的伸杆组成；圆柱形电极包括第一圆柱形电极和第二圆柱形电极，第一圆柱形电极和第二圆柱形电极对称地安装在球形探头轴线的两端，以保持传感器结构对称，减小卫星飞行尾迹效应对探测精度的影响，根据实际需要，两个圆柱形电极的长度可以相等或不相等；第一圆柱形电极的另一端与伸杆连接，伸杆连接在卫星平台上。第一圆柱形电极与第二圆柱形电极和球形探头之间采用绝缘连接。伸杆与卫星平台之间采用绝缘连接。

本发明提供的提高上述双探针式星载电场传感器探测精度的方法，是使第一圆柱形电极和第二圆柱形电极表面的电位等于球形探头的表面电位，且对伸杆相对于卫星平台或者球形探头施加一负电位，进行主动电位控制以减小卫星飞行时伸杆切割磁力线引起的测量误差。

第一圆柱形电极和第二圆柱形电极表面的电位是通过自举电路等于球形探头的表面电位。

本发明可以显著地减小卫星飞行时伸杆切割磁力线产生的感应电动势对电离层和磁层电场测量精度的影响。

附图说明

图1单个星载电场传感器敏感探头的结构及其仿真模型图；

图2四个星载电场传感器敏感探头在卫星平台上的安装布局图；

图3等离子体浓度为10⁸/m³时球形探头电流收集特性的计算机模拟结果；

图4等离子体浓度为10¹⁰/m³时球形探头电流收集特性的计算机模拟结果；

图5伸杆相对于卫星平台进行负电位主动控制的示意图；

图6伸杆相对于球形探头进行负电位主动控制的示意图。

具体实施方式

本发明是在双探针式星载电场传感器的基础上，提出了一种减小地磁场对电场测量精度影响的方法，具体地说，就是将伸杆与卫星平台之间采取绝缘安装，然后对伸杆上的电位进行主动电位控制，使伸杆上的电位相对于卫星平台或球形探头带上一定的负电位。计算机模拟结果表明这样可以显著减小由于伸杆切割磁力线引起伸杆带电对电场测量精度的影响。