地基引力波探测器主动隔振系统的最优传感器融合方法

传感器融合是一种将具有不同噪声特性的传感器组合成一个具有更优噪声性能的超级传感器的技术。为实现传感器融合，当前的引力波探测器使用互补滤波器来组合相对位移传感器和惯性传感器以进行主动地震隔离。互补滤波器是一组数字滤波器，其传递函数之和为1。目前，互补滤波器是手动整形和调谐的，而非优化得到，这对于未来的探测器而言可能次优且难以复现。本文提出了一种基于优化的方法，称为$\mathcal{H}_\infty$综合，用于根据传感器噪声本身综合最优互补滤波器。将互补滤波器设计问题转化为一个优化问题，该问题寻求等效于超级传感器噪声与下界在对数尺度上最大差异的目标函数的最小化。通过为以下传感器融合综合互补滤波器来例证该方法：1) 一个相对位移传感器和一个惯性传感器，2) 耦合了地震噪声的相对位移传感器和一个惯性传感器，以及3) 假设位移传感器和惯性传感器，其与典型传感器相比具有略有不同的噪声特性。在所有情况下，该方法产生的互补滤波器在对数尺度上的所有频率处将超级传感器噪声抑制得同样接近下界。与预先设计的互补滤波器相比，综合得到的滤波器具有能更好抑制传感器噪声的特性。总体而言，所提方法允许根据传感器噪声本身综合最优互补滤波器，并且是解决传感器融合问题的一种更好且通用的方法。