用于航天器振动测量的激光雷达微弱信号提取技术

陈胜哲，景艳红，任 宁，张佳宁，祝 伟

（北京宇航系统工程研究所，北京，100076）

0 引 言

目前，微振动扰动源普遍存在于航天器飞行任务中[1]，航天器部段结构的地面试验或飞行中引入的微振动对飞行器工作状态及关键部段性能、寿命可能产生极大影响[2]，在一定范围内制约了航天器高精度高敏感度数据获取。随着航天技术的发展，弹箭上微弱振动信号精确测量——振动信号在一定范围内属于微位移信号，不仅是全面了解航天器工作状态的重要技术支撑，同时也是开展可靠性增长研究及高精度获取振动遥测参数的关键技术[3]。

在激光雷达振动测量系统（即激光振动/微位移探测仪）中，从包含了瑞利散射、拉曼散射等丰富信息的回波中提取更精细的振动幅值位移信息，为准确提取遥测振动或地面试验的振动信号，需要对该复合回波中的拉曼散射信号进行准确测量并提取。拉曼散射强度为复合回波信号入射探测器光强的10-11～10-6倍[4]，属微弱信号探测。此外，由于用于航天振动测量的激光雷达光学系统中杂散光的存在，即混杂在复合回波光束中经该激光雷达系统光路折反射到达像面的有害、非目标光束，也会对遥测振动微弱信号探测系统存在极大干扰。理论上，杂光又可分为外杂光和内杂光：外杂光主要有瑞利散射光和荧光，内杂光则为来自分光器或光栅多级衍射的光散射，不含器件表面反射。激光振动/微位移探测仪的精细化测量（振动幅值位移量测量）对杂散光抑制和微弱信号提取水平有较高要求。……