基于双星激光外差干涉测距的超高精度激光指向控制研究

基本信息
批准号:61575209
项目类别:面上项目
资助金额:63.00
负责人:李玉琼
学科分类:
依托单位:中国科学院力学研究所
批准年份:2015
结题年份:2019
起止时间:2016-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:刘洪伟,董登峰,孟柘,纪荣祎,董玉辉,刘河山,李萌,崔成君
关键词:
空间引力波探测激光指向消除激光外差干涉仪激光指向控制
结项摘要

The satellite-satellite heterodyne laser interferometer has the characteristics of millions of kilometers working distance and pico-meter range accuracy, which would become the preferred measurement methodology of the space gravitational waves detection. In space, the satellites would be disturbed by the non-conservative forces such as the cosmic rays, atmosphere and solar wind and so on, resulting in the attitude of which being changed. As a result, the laser beams would jitter, and a ranging error of the laser interferometer would be generated. To eliminate the error, it needs to implant a laser pointing control system to make the two interfering laser beams keep a high degree of parallel. Therefore, the study on the laser pointing control based on the satellite-satellite laser heterodyne interferometer ranging becomes a primary key technique for the space gravitational waves detection. The theory predicts that only the laser pointing noise lower than 1nrad/√Hz can make it possible to meet the ranging accuracy requirement of the space gravitational waves detection. Currently, there is no technology system to meet such technical requirement. Therefore, this project will propose a new methodology combining laser pointing control and laser pointing elimination. By establishing a satellite-satellite laser pointing control system demonstration on-ground, and using a laser pointing control methodology based on a conversion technology of angle-phase, to make the accuracy of the laser pointing control better than 10nrad/√Hz. Then, using the laser pointing elimination method to make the laser pointing control improved by one or two orders of magnitude, to achieve the building of laser pointing control system, the pointing noise of which will be lower than 1nrad/√Hz.

双星激光外差干涉具有百万公里工作距、皮米测距精度等特点,在空间引力波探测方案中成为首选的测量方法学。空间中,卫星受宇宙射线、大气和太阳风等非保守力的扰动,导致卫星姿态发生改变,引起激光光束产生抖动,造成激光外差干涉产生测距误差。为消除此误差,需引入激光指向控制系统,以确保两干涉激光束的超高平行度。因此,双星激光外差干涉测距的激光指向控制研究成为空间引力波探测的关键环节。理论预测,激光指向抖动噪声需低于1nrad/√Hz才能满足空间引力波探测的测距精度要求。目前,尚没有能满足此指标要求的技术系统。为此,本项目提出激光指向控制结合激光指向消除的新方法,通过构建双星激光指向控制技术系统,利用基于角度、相位转换技术的激光指向控制法,使得激光指向抖动控制精度优于10nrad/√Hz,然后采用激光指向消除法,使得抖动控制水平再提高1~2个量级,从而实现激光指向抖动噪声低于1nrad/√Hz的技术系统。

项目摘要

双星激光外差干涉具有百万公里工作距、皮米测距精度等特点,在空间引力波探测方案中成为首选的测量方法学。空间中,卫星受宇宙射线、大气和太阳风等非保守力的扰动,导致卫星姿态发生改变,引起激光光束产生抖动;同时,航天器的接收望远镜因受镜片平整度与打磨精度等各种因素的影响,造成接收激光产生波前畸变,波前畸变激光会导致干涉信号的相位发生变化,从而引起激光干涉测距系统产生测相误差,降低激光干涉测距系统的测距精度。为消除此测相误差,需引入激光指向控制系统,以确保两干涉激光束的超高平行度。为此,本项目设计、构建了面向未来空间引力波探测需求的双星激光指向控制实验技术系统,针对此实验技术系统进行了相关光路及控制系统的模拟仿真,研究发现双星的激光指向控制不存在耦合性问题;本项目利用基于差分波前检测技术的激光指向控制法,发展了噪声等效功率密度仅为4.5×10-12W/Hz1/2的低噪弱光四象限探测器,研制出测相精度高达2π×10-6rad/√Hz的四通道数字相位计,同时发展了读出噪声仅为2nrad/√Hz的指向敏感器;利用模糊自适应和PID相结合的控制策略,有效地将运动频率为10mHz,幅值为5μrad/√Hz的激光指向抖动抑制到1nrad/√Hz(in-loop)以下,实现了超高精度的激光指向控制,达到了本项目的研究目标。为未来高精度、高稳定性的双星激光指向控制研究提供了方案解决途径,并为未来空间引力波探测提供了技术支撑。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

DOI:10.17521/cjpe.2019.0351
发表时间:2020
2

环境类邻避设施对北京市住宅价格影响研究--以大型垃圾处理设施为例

环境类邻避设施对北京市住宅价格影响研究--以大型垃圾处理设施为例

DOI:10.11821/dlyj020190689
发表时间:2020
3

端壁抽吸控制下攻角对压气机叶栅叶尖 泄漏流动的影响

端壁抽吸控制下攻角对压气机叶栅叶尖 泄漏流动的影响

DOI:
发表时间:2020
4

基于ESO的DGVSCMG双框架伺服系统不匹配 扰动抑制

基于ESO的DGVSCMG双框架伺服系统不匹配 扰动抑制

DOI:
发表时间:2018
5

多空间交互协同过滤推荐

多空间交互协同过滤推荐

DOI:10.11896/jsjkx.201100031
发表时间:2021

李玉琼的其他基金

批准号:51304054
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51764002
批准年份:2017
资助金额:35.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:71373113
批准年份:2013
资助金额:57.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

基于双波长外差干涉的飞秒激光脉冲对准和精密测距方法研究

批准号:61575105
批准年份:2015
负责人:吴冠豪
学科分类:F0508
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
2

基于多频激光碘分子频标偏频锁定的超外差与外差结合式激光测距方法研究

批准号:61675058
批准年份:2016
负责人:杨宏兴
学科分类:F0506
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
3

基于激光外差干涉技术的中频水声声压复现研究

批准号:51805506
批准年份:2018
负责人:王敏
学科分类:E0511
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
4

提高MEMS扫描红外激光外差干涉仪测量精度的关键问题研究

批准号:61575054
批准年份:2015
负责人:王春晖
学科分类:F0506
资助金额:16.00
项目类别:面上项目