微振动对毫角秒级空间光学敏感器的影响机理及其敏感参数评估技术研究

Due to the lack of relevant output parameters for the influence of micro-vibration on milli-arc-second space optical sensor (MASOS), it is impossible to quantitatively evaluate the effect of micro-vibration on MASOS. This study takes the MASOS as the typical research target. Based on the analysis of micro-vibration environment of the MASOS, the system simulation model is established to study the related theoretical and technical issues of micro-vibration on sub-angular second space optical MASOS, and to reveal the influence mechanism of micro-vibration on it. This project combines theoretical analysis, model establishing and numerical simulation to study the characteristics of micro-vibration environment, the modeling method of the influence of micro-vibration on MASOS, and the simulation of micro-vibration and the evaluation of sensitive parameters of MASOS. Through this project, it will further clarify the mechanism of micro-vibration on MASOS and its impact, and provide theoretical basis and technical support for the development of MASOS. Further, it will lay a foundation for the related technologies of high-resolution special projects and deep-space exploration projects in China. In addition, it will provide some reference for the core-technical study, research and design of other spacecraft with ultra-high performance requirements, such as gravitational wave detection technology.

目前，针对微振动对毫角秒级空间光学敏感器(Milli-arc-second space optical sensor (MASOS))影响缺乏相关输出参数，使得毫角秒级航天器系统的设计及效果评估缺乏依据。本项目以MASOS为典型研究对象，通过对MASOS微振动环境分析，建立系统仿真模型，实现微振动对MASOS的影响相关理论和技术问题研究，揭示微振动对MASOS的影响机理。本项目通过理论分析、模型建立和数值模拟相结合的方法依次开展微振动环境特性分析、微振动对MASOS影响建模方法、MASOS微振动仿真与敏感参数评估等研究。通过本项目的开展，将进一步明确微振动对MASOS作用机制及其造成的影响，为MASOS的研制提供理论基础和技术支撑；同时，为我国高分专项工程、深空探测工程以及引力波探测等重大科学工程的超稳和超高精度航天器的技术攻关、研究与设计提供一定的借鉴。

高精度空间光学敏感器是高性能航天器在轨开展工作的基础和前提。本项目针对微振动环境下毫角秒级空间光学敏感器缺少量化评估问题，以极高精度星敏感器为典型研究对象，在对高性能光学仪器微振动研究进行充分调研的基础上，通过理论分析、数值仿真和试验相结合的方法，开展了扰动源特性分析、试验与模型重建；建立了极高精度星敏感器的扰动、结构、控制、光学各子系统模型，进行全链路集成分析；设计了准零刚度悬吊试验装置，搭建了微振动环境下极高精度星敏微振动试验系统；开展了试验系统力学随机噪声和电子学噪声标定方法研究；提出了微小扰动环境下点目标PSF分析方法，基于改进灰度质心法，量化评估了多工况微振动环境下极高精度星敏的误差影响。.研究发现：微振动对于波前差的变化影响极小，均在10^-4次方量级个波长附近，原始波前差为0.6847λ，单扰动源下波前差变化最大值所占原始波前差百分比小于0.1%，三个方向扰动源同时工作时，其绝对值总和也仅为0.2089%。像移响应的峰值处于300~400Hz之间，在50Hz处有一稳定响应，这是由于50Hz正好为Z向扰动源一次谐波在3000RPM时的特征频率。最大响应的Y向像移幅值达0.0275像素，该处幅值主要由Y项扰动源贡献（3300RPM），其余典型响应峰值基本不大于0.01像素。组合工况时域结果峰值差不超过0.61像素，均方根不超过0.07像素，耦合工况选峰值差和均方根值相较于单扰动源工况均有所增加，但像移总体能量均值还是较低，局部处仍存在一定抖动，抖动量级不超过0.61像素。.本项目的开展，进一步明确了微振动对毫角秒级空间光学敏感器的作用机制，及对其造成的影响，为毫角秒级空间光学敏感器的研制提供理论基础和技术支撑；研究成果为后续高精度空间光电产品测量进一步开展误差溯源、误差分析提供了指导方向。相关成果可为空间高精度指向测量、高分辨率光学载荷、高性能航天器装备研的技术攻关、研究与设计提供一定的借鉴。