空间引力波探测相位计研究获进展
文章导读
你是否知道，探测宇宙中的引力波竟卡在了一个“微小衰减”的技术难题上？中国科学院力学研究所团队最新突破，用CIC-ISOP滤波方案将相位计抗混叠性能提升三个数量级，成功将0.1mHz至1Hz频段内的最大衰减从0.1072dB降至8.7×10⁻⁴dB以下，精准满足空间引力波探测对相位噪声与测角精度的极限要求。这项发表于IEEE TII的研究，为实现1pm/Hz¹/²的距离测量精度扫清关键障碍，背后逻辑令人惊叹。
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空间引力波探测中，级联积分梳状（CIC）抗混叠滤波器被用于相位计的抗混叠降采样。而CIC滤波器通带不平坦，意味着不同频率下的衰减不同。因此，在需要对相位真值高精度测量的领域，传统的降采样方法并不适用。近日，中国科学院力学研究所团队采用基于CIC插值二阶多项式（ISOP）架构的滤波器，用于补偿衰减效应。相关研究成果以Optimization Design of Decimation Filter for the Phasemeter in the Space Gravitational Wave Detection为题，发表在IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement上。
空间引力波探测主要关注0.1mHz至1Hz的频段内引力波，要求距离测量达到1pm/Hz1/2，对应的相位噪声水平为2π μrad/Hz1/2。目前国内外相位计研究的噪声水平均能够达到2π μrad/Hz1/2。空间引力波探测的角度传感对噪声水平提出了需求，并对角度的绝对精度提出了严格限制。系统测角精度需达到10nrad，相对应的相位计抗混叠滤波器在0.1mHz至1Hz内的最大衰减需小于8.7×10-4 dB。而现有相位计系统在对应频段内的最大衰减达0.1072dB，约有3个量级差距，无法满足引力波探测需求。研究提出了CIC-ISOP的抽取滤波方案，使相位计在0.1mHz至1Hz内的最大衰减有了较大改善，满足引力波探测8.7×10-4 dB的需求。
研究工作得到国家重点研发计划的支持。
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