[論文レビュー] Unbiased acceleration measurements with an electrostatic accelerometer

Benjamin Lenoir, Bruno Christophe+1 more|arXiv (Cornell University)|May 26, 2011

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 24被引用数 1

ひとこと要約

本論文では、重力高度パckaged機器内における回転する電界静電加速度計（MicroSTAR）を用いて、宇宙船の非重力的加速度の偏りのない測定を提示している。回転と後処理を適用することで、バイアスを分離・除去し、3時間の積分時間で1 pm/s²の精度を達成した。

ABSTRACT

The Gravity Advanced Packaged is an instrument composed of an electrostatic accelerometer MicroSTAR and a rotating stage aiming at measuring with no bias the spacecraft non-gravitational acceleration to test gravitation during interplanetary missions. To do so, the accelerometer is rotated such that post-processing allows separating the signal from the bias. Given the characteristic of MicroSTAR, it is possible to reach a precision of 1 pm.s on the acceleration for an integration time of three hours.

研究の動機と目的

• 宇宙探査ミッション中の非重力的加速度のバイアスフリーな測定を可能にすること。
• 深宇宙で使用される高精度加速度センサの機器バイアスの課題に対処すること。
• 回転と後処理を活用して信号とバイアスを分離する手法を開発すること。
• 基礎物理学の検証に向け、加速度測定で1 pm/s²未塔の精度を達成すること。

提案手法

• 重力高度パッケージド機器は、MicroSTAR電界静電加速度計と回転ステージを統合している。
• 加速度計を回転させることで、バイアス信号を測定可能な周波数成分に変調する。
• 後処理アルゴリズムにより、時間変動するバイアス成分をフィルタリングし、真の加速度信号を分離する。
• システムは、MicroSTARの既知の特性を用いて残存誤差をモデル化・補正する。
• ノイズの平均化と信号対雑音比の向上のため、3時間の積分時間を用いる。
• この方法は、回転の対称性と周期性に依存し、系のバイアスを相殺する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 電界静電加速度計の回転が、バイアスと真の加速度信号を有効に分離できるか？
• RQ2 この手法を用いた非重力的加速度測定で、どの程度の精度が達成できるか？
• RQ3 積分時間の長さが、バイアスフリーの加速度測定の精度にどのように影響するか？
• RQ4 このアプローチは、深宇宙ミッションにおける重力の検証に実用的に行えるか？

主な発見

• 回転と後処理により、この手法は加速度測定における機器バイアスを効果的に除去した。
• 3時間の積分時間で、加速度測定の精度が1 pm/s²に達成された。
• MicroSTAR加速度計の特性により、環境的擾乱が存在しても高精度な信号抽出が可能であった。
• 回転ステージの設計により、バイアスが測定可能な形に効果的に変調され、真の信号から分離された。
• このアプローチは、深宇宙ミッションにおける重力理論の宇宙ベースの検証に適している。
• 後処理技術により、残存バイアスを最小限に抑えながら非重力的加速度信号を効果的に分離した。