刘 爽，刘云峰，董景新

(清华大学精密仪器系，高精度导航技术教育部重点实验室，北京 100084)



基于功率谱密度的静电悬浮加速度计分辨率估计方法

刘 爽，刘云峰，董景新

(清华大学精密仪器系，高精度导航技术教育部重点实验室，北京 100084)

高精度静电悬浮加速度计常采用功率谱密度估计(PSD)来评估分辨率水平，商用PSD分析仪需实时在线分析，且分析时间长、频域分辨率低、成本高。为此提出了一种线下PSD估计方法，利用简易采集系统采集噪声信号，再进行PSD估计。给出了正确的PSD估计表达式，推导了加速度计分辨率与PSD的关系，通过实验对比了该方法与HP35670A动态分析仪分析结果，实验结果验证了该方法的有效性。最后用该方法分析了研制的静电悬浮加速度计原理样机X1、Y和Z2三个通道加速度噪声的PSD，得到0.1 Hz处PSD分别为：8.07×10-5g/Hz1/2、3.29×10-8g/Hz1/2和2.39×10-7g/Hz1/2；在带宽0.001～0.1 Hz内分辨率分别为4.64×10-5g、4.21×10-8g和1.51×10-7g。

功率谱密度估计；维纳辛钦定律；Welch法；静电悬浮加速度计

0 引言

空间应用的静电悬浮加速度计广泛应用在卫星精密定轨、重力场测量及等效性原理验证等空间应用领域[1-3]，在0.1 mHz～0.1 Hz测量带宽内，噪声水平可达10-7～10-14g/Hz1/2。其原理为通过检测悬浮质量块的位移变化产生控制电压，控制电压与预载电压生成静电力与外界惯性力平衡，则施加的控制电压可反映输入加速度的大小。控制电压噪声属于平稳随机信号，地面实验时可通过分析控制电压噪声的PSD来评价加速度计分辨率[2,4-5]，将PSD在相应带宽内积分便可得到这一带宽内噪声水平。

采用商用仪器进行PSD估计时需要实时在线分析，分析时间长、频域分辨率低、成本高，且只能估计电压信号。……