[论文解读] 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 1

一句话总结

本文利用重力高级封装仪器中的旋转静电加速度计（MicroSTAR），实现了对航天器非引力加速度的无偏测量。通过旋转加速度计并结合后处理，该方法成功隔离并消除了偏置，实现了三小时积分时间下1 pm/s²的测量精度。

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.

研究动机与目标

• 在深空任务中实现航天器非引力加速度的无偏测量。
• 解决深空高精度加速度传感器中的仪器偏置问题。
• 开发一种利用旋转与后处理分离信号与偏置的方法。
• 实现亚pm/s²量级的加速度测量精度，以支持基础物理测试。

提出的方法

• 重力高级封装仪器将MicroSTAR静电加速度计与旋转平台集成。
• 通过旋转加速度计，将偏置信号调制为可测量的频率分量。
• 后处理算法通过滤除随时间变化的偏置分量，分离出真实的加速度信号。
• 系统利用MicroSTAR的已知特性，对残余误差进行建模与校正。
• 采用三小时积分时间以平均噪声并提高信噪比。
• 该方法依赖旋转的对称性与周期性，实现系统性偏置的抵消。

实验结果

研究问题

• RQ1 旋转静电加速度计是否能有效将偏置与真实加速度信号解耦？
• RQ2 该方法在非引力加速度测量中可实现多高的精度？
• RQ3 积分时间如何影响无偏加速度测量的可实现精度？
• RQ4 该方法是否可在深空任务中实际应用于引力测试？

主要发现

• 通过旋转与后处理，该方法成功消除了加速度测量中的仪器偏置。
• 在三小时积分时间内，实现了1 pm/s²的加速度测量精度。
• MicroSTAR加速度计的特性使其能够在环境扰动下实现高精度信号提取。
• 旋转平台设计有效将偏置调制为可测量形式，便于与真实信号分离。
• 该方法适用于深空任务中基于空间的引力理论测试。
• 后处理技术能有效分离非引力加速度信号，残余偏置极小。