[发明专利]一种基于振动传感器的地面振动噪声共模抑制方法及系统

说明书

本发明提出一种基于振动传感器的地面振动噪声共模抑制方法及系统，其中方法包括以下步骤：将微推力测量系统与振动传感器固定连接在同一平台，通过压电驱动器驱动平台在不同方向运动，将微推力测量系统敏感轴与振动传感器的坐标轴匹配；生成特征频率驱动信号，压电驱动器根据驱动信号使平台沿敏感轴方向运动，记录敏感轴方向微推力测量系统与振动传感器的输出；将与特征频率信号相同的单位解调信号对微推力测量系统和振动传感器的输出进行正交解调，提取微推力测量系统和振动传感器输出结果的幅值比和相位差信息，在积累足够频点的比对信息后，拟合得到高精度修正传递函数，使二者的输出同步，进一步通过共模扣除振动噪声。

技术领域

本发明涉及精密测量技术领域，更具体地，涉及一种基于振动传感器的地面振动噪声共模抑制方法及系统。

背景技术

精密的空间科学任务需要高精度无拖曳技术提供超静超稳的卫星平台，对无拖曳控制环路中的执行机——微推进器开展高精度的性能测试是无拖曳控制优化的关键，而研究精细的微推进器传递函数模型是进行无拖曳算法优化的关键。目前，研究机构较多地采用扭摆结构，除了高灵敏度特性外，也是由于地面在平动自由度上的振动噪声对扭秤扭转自由度的影响很小。但扭摆本征频率较低(一般情况小于0.1Hz)，无法满足开展高频动态测试的宽带宽需求。为了给无拖曳控制提供全面精准的动态系统模型，宽带宽的微推力测量装置一般采用悬挂摆结构，以拓展系统测量带宽至10Hz以上。该结构对平行于摆运动方向的地面振动噪声敏感，这对实验环境提出了较高的要求。在一般实验环境中，地面振动噪声是影响微推力测试的主要限制因素，受其影响，推力测量噪声在0.1Hz～10Hz频带内可达到0.1mN量级，较空间引力波探测任务提出的亚微牛推力噪声水平高出2-3个量级，所以在亚微牛量级的微推力测试中，地面噪声的影响是不可忽略的。

近年来，国内航天卫星技术突飞猛进，2019年8月底发射的中科院微重力卫星“太极一号”成功进行了中国首次在轨的无拖曳控制技术试验，紧接着2019年12月发射的“天琴一号”试验卫星也验证了在轨的无拖曳技术。由此可见，发展面向无拖曳控制的微推力测试将是后续高精密空间科学实验关注的重点之一，而抑制地面振动噪声带来的影响是亚微牛量级微推进器宽带宽测试中需要解决的关键问题。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的地面噪声对亚微牛量级微推进器宽带宽测试造成不可忽略的影响，提供一种基于振动传感器的地面振动噪声共模抑制方法，以及一种基于振动传感器的地面振动噪声共模抑制系统。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种基于振动传感器的地面振动噪声共模抑制方法，包括以下步骤：

将微推力测量系统与振动传感器固定连接在同一平台；

通过设置在所述平台上不同位置的压电驱动器驱动所述平台运动，通过比较所述微推力测量系统和振动传感器的输出结果，将所述微推力测量系统的单一敏感轴与所述振动传感器的坐标轴匹配；

外部生成特征频率f的驱动信号并传输至压电驱动器，压电驱动器驱动所述平台在所述微推力测量系统的单一敏感轴方向运动，分别记录所述微推力测量系统和振动传感器的输出；同时外部生成与所述驱动信号同频同相的单位正交解调信号，将所述解调信号分别与微推力测量系统和振动传感器的输出进行解调，提取所述微推力测量系统和振动传感器输出结果的幅值比和相位差信息，在积累足够频点的比对信息后，拟合得到高精度修正传递函数，使所述微推力测量系统和振动传感器的输出同步，进一步通过共模扣除振动噪声。

作为优选方案，将所述微推力测量系统的单一敏感轴与所述振动传感器的坐标轴匹配的步骤包括：通过压电驱动器驱动所述平台运动，利用重力加速度分量进行标定，将所述微推力测量系统的输出分解到所述振动传感器的坐标轴上，并分析各个轴向上的相关性，确定所述微推力测量系统各方向的系数；其表达公式如下：