王璐钰，李玉琼，蔡 榕*

（1. 中国科学院 空天信息创新研究院，北京 100094；2. 中国科学院大学 航空宇航学院，北京 101408；3. 中国科学院 力学研究所，北京 100190）

1 引 言

“太极计划”拟在绕日轨道部署等边三角形结构的三颗引力波探测卫星，星间距为300 万公里，每颗卫星包含两个测试质量（Test Mass，TM）。当引力波通过时，测试质量之间的距离会发生变化，激光干涉测量系统将读取这一距离变化，从而反演引力波信号［1-8］。空间中，卫星受天体偶发事件、太阳辐射、宇宙射线和星际磁场等非保守力的影响会发生抖动，该抖动使得卫星上的测试质量倾斜，导致从测试质量反射的测量激光光束发生角度倾斜，从而引入额外的纵向光程信号，产生角度相干干涉效应，即产生光程倾斜（Tilt-to-length，TTL）耦合噪声［9-18］。现有研究表明，在影响激光干涉测量精度的各种噪声中，TTL 耦合噪声是仅次于散粒噪声的第二大噪声源［15］。“太极计划”使用无拖曳控制技术来抑制非保守力对卫星的扰动作用，并设计成像系统减小因卫星抖动所带来的TTL 耦合噪声对激光干涉测量精度的影响。

本文通过设计新型成像系统来抑制经无拖曳控制技术调控后（测试质量倾角在±300 μrad的范围内）的TTL 耦合噪声［15］。根据“太极计划”的指标要求，由本地卫星抖动所引起的TTL耦合噪声≤±25 μm/rad ＠±300 μrad。在TTL耦合噪声抑制方面，Chwalla 等人通过一组实验发现，没有引入透镜成像系统即含有TTL 耦合噪声的实验确实会引起光程信号的改变，从而影响测距精度［10］；Schuster 等人通过模拟仿真引入凹凸透镜成像系统后，将TTL 耦合噪声抑制了3个数量级［12］；……