基于功率谱密度的静电悬浮加速度计分辨率估计方法.pdf

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1、2015拄仪表技术与传感器2015第10期InstrumentTechniqueandSensorNo．10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)摘要：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

2、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置、y和z2三个通道加速度噪声的PSD，得到0．1Hz处PSD分别为：8．07x10-5g／Hz、3．29x10g／Hz和2．39x10I7g／Hz；在带宽0．001—0．1Hz内分辨率分别为4．64x10～g．4．21x10g和1．51x10～g。关键词：功率谱密度估计；维纳辛钦定律；we1ch法；静电悬浮加速度计中图分类号：U666．1文献标识码：A文章编号：1002—1841(2014)10—0030—05Metho

3、dforResolutionEstimationofElectrostaticallySuspendedAccelerometerBasedonPowerSpectrumDensity(PSD)LIUShuang，LIUYun—feng，DONGJing-xin(MOEKeyLaboratoryforHigh-precisionNavigationTechnology，DepartmentofPrecisionInstruments，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China)Abstract：Powerspe

4、ctrumdensity(PSD)estimationisalwaysusedtoevaluatetheresolutionofelectrostaticallysuspendedaccelerometer(ESA)．CommercialinstrumentforthePSDestimationneedonlineestimating，andtherearesomeothershortcomings，suchaslow~equencyresolutionandhighcost．SoasimplemethodforPSDestimationwas

5、proposed．Thetheoryandformationofthemethodweregiven，SOwastherelationbetweenPSDandresolutionofESA．TheresultsofPSD，whichweregotbythismethodandHP35670Adynamicanalyzer，showthatthismethodwasvalid．Atlast，thePSDinX1，YandZ2channelsofESAusingthismethodwasevaluated．ThenoisePSDatO．1Hzar

6、e8．07x10～，3．29x10一and2．39x10一g／Hz，respectively．Theresolutioninthe0．001～0．1Hzare4．54x10～g．4．21×10gand1．51x10～grespectively．Keywords：powerspectrumdensityestimation；Wiener—Khinchintheorem；welchmethod；electrostaticallysuspendedaccelerome—ter0引言声信号方法相对简单，关键是如何根据采集的离散数据获得真空间应用的静电悬

7、浮加速度计广泛应用在卫星精密定轨、实的PSD。对PSD定义文献中不统一一，只有与噪声对应的重力场测量及等效性原理验证等空间应用领域”，在0．1mHzPSD估计表达式才能反映真实噪声水平。文献对PSD表一0．1Hz测量带宽内，噪声水平可达l0～～1OHz。其原达式做了修正，但未说明与噪声水平的关系，也没有通过实验理为通过检测悬浮质量块的位移变化产生控制电压，控制电压验证PSD估计正确性。为此本文重点分析了信号分辨率、标准与预载电压生成静电力与外界惯性力平衡，则施加的控制电压差与PSD关系，给出PSD估计的标准表达式，并给出利用可反映输入加速度的大

8、小。控制电压噪声属于平稳随机信号，MATLAB计算PSD的方法，利用该方法与HP35670A动态分析地面实验时可通过分析控制电压噪声的PSD来评价加速