レーザー干渉計を用いたMHD微小角振動センサーの軌道上動的校正法

An On-Orbit Dynamic Calibration Method for an MHD Micro-Angular Vibration Sensor Using a Laser Interferometer.

抄録

MHD微小角振動センサは、MIRU（Magnetohydrodynamic Inertial Reference Unit）の重要なコンポーネントであり、微小振幅および広帯域角振動を測定する。MHD微小角振動センサは、リフトオフ後に地上での校正パラメータが変更される可能性があるため、軌道上で校正を行う必要があります。そこで、MHD微小角振動センサーの高周波における複雑な感度を校正するために、軌道上での動的校正法を提案する。ホモダインレーザー干渉計と角度反射板を組み合わせた絶対校正法を開発した．正弦波近似法を適用し、製作したMHDセンサを用いて校正システムを構築し、試験を行った。さらに、測定原理と設置誤差（反射鏡の偏心設置誤差、反射鏡の傾き設置誤差、光路の傾き誤差など）を解析した。この方法は、±3 ⊖の回転範囲で実現でき、機械的な誤差に起因する設置誤差を効果的に回避することができる。その結果、校正可能な角振動周波数範囲は25-800 Hz、角速度範囲は0.076 -7590 mrad/sであることがわかった。MHD微小角速度センサーの校正システムの感度振幅と位相シフトの拡張不確かさは、0.04 %と1.2 ⊖ ( k = 2 ) であることがわかった。

The magnetohydrodynamic (MHD) micro-angular vibration sensor is a significant component of the MHD Inertial Reference Unit (MIRU) and measures micro-amplitude and wide frequency angular vibration. The MHD micro-angular vibration sensor must be calibrated in orbit since the ground calibration parameters may change after lift-off. An on-orbit dynamic calibration method for the MHD micro-angular vibration sensor is proposed to calibrate the complex sensitivity of the sensor in high frequency. An absolute calibration method that combines a homodyne laser interferometer and an angular retroreflector was developed. The sinusoidal approximation method was applied, and the calibration system was established and tested using a manufactured MHD sensor. Furthermore, the measurement principle and installation errors were analyzed, including the eccentric installation error of the retroreflector, the tilt installation error of the retroreflector, and the optical path tilt error. This method can be realized within a rotation range of ± 3 ∘ and effectively avoid the installation error caused by mechanical errors. The results indicate that the calibratable angular vibration frequency range is 25-800 Hz, and the angular velocity range is 0.076 -7590 mrad/s. The expanded uncertainties of the sensitivity amplitude and phase shift of the calibration system for the MHD micro-angular sensor are 0.04 % and 1.2 ∘ ( k = 2 ) .