基于内置磁强计SERF陀螺仪磁场非正交角原位标定方法技术

基于内置磁强计SERF陀螺仪磁场非正交角原位标定方法，通过信号发生器作用线圈在x轴和y轴施加一定大小的磁场，同时关闭抽运光，得到电子在磁场作用下的进动信号，最后通过读取电子在磁场中进动信号的进动频率，得到施加的合磁场大小，通过三角函数关系即可得到x轴和y轴磁场的夹角大小。采用同样的方法可以获得x轴和z轴以及y轴和z轴的夹角大小。在不改变SERF陀螺仪装置设备及结构的前提下，实现了SERF陀螺仪完整的三轴磁场非正交角的标定。SERF陀螺仪完整的三轴磁场非正交角的标定。SERF陀螺仪完整的三轴磁场非正交角的标定。

【技术实现步骤摘要】
基于内置磁强计SERF陀螺仪磁场非正交角原位标定方法


[0001]本专利技术涉及SERF陀螺仪磁场非正交角标定
，特别是一种基于内置磁强计SERF陀螺仪磁场非正交角原位标定方法，可用于对SERF陀螺仪中三轴磁场的原位标定，通过信号发生器作用线圈在x轴和y轴施加一定大小的磁场，同时关闭抽运光，得到电子在磁场作用下的进动信号，最后通过读取电子在磁场中进动信号的进动频率，得到施加的合磁场大小，通过三角函数关系即可得到x轴和y轴磁场的夹角大小，同理可以获得x轴和z轴以及y轴和z轴的夹角大小。

技术介绍

[0002]基于无自旋交换弛豫(Spin
‑
Exchange Relaxation
‑
Free，SERF)的电子自旋陀螺仪具有超高的理论角速度测量灵敏度，其理论灵敏度可达10
‑8°
/s/Hz
1/2
量级，远远超越其它类型陀螺仪。SERF陀螺仪不仅具有超高的理论角速度测量灵敏度，在体积和成本方面也有一定优势，已经成为新型惯性技术测量技术的重要发展方向。此外，SERF陀螺仪在基础物理研究尤其是电荷宇称时间对称破缺、异常相互作用力探测等方面具有广泛应用。
[0003]SERF陀螺仪的研究与研制在惯性导航以及前沿物理问题的探索上具有十分重要的意义。近期研究表明，磁场是制约目前自旋陀螺仪精度进一步发展的主要因素，而其中三轴磁场的非正交性是不可忽略的一个影响因素。然而目前现有的三轴磁场的非正交角标定方法或操作复杂，需要增加其它装置之外的器件；或做了一定的假设，并不能得到完整准确的三轴磁场非正交角信息。这些都极大限制了其在SERF陀螺仪中的应用。对于追求长期稳定性性能指标的SERF陀螺仪，如何在不改变装置的前提下，实现完整的三轴磁场非正交角的标定，已经成为亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的技术解决问题是：针对现有技术的缺陷或不足，提供一种基于内置磁强计SERF陀螺仪磁场非正交角原位标定方法，通过信号发生器作用线圈在x轴和y轴施加一定大小的磁场，同时关闭抽运光，得到电子在磁场作用下的进动信号，最后通过读取电子在磁场中进动信号的进动频率，得到施加的合磁场大小，通过三角函数关系即可得到x轴和y轴磁场的夹角大小。采用同样的方法可以获得x轴和z轴以及y轴和z轴的夹角大小。在不改变SERF陀螺仪装置设备及结构的前提下，实现了SERF陀螺仪完整的三轴磁场非正交角的标定。
[0005]本专利技术的技术解决方案如下：
[0006]基于内置磁强计SERF陀螺仪磁场非正交角原位标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0007]步骤1，若SERF原子自旋陀螺仪处于工作状态，则在z轴施加梯度线圈，使惰性气体核子退极化，若SERF原子自旋陀螺仪未开机，则直接进入步骤2；
[0008]步骤2，关闭梯度线圈，使装置工作在磁强计状态；
[0009]步骤3，通过信号发生器作用线圈在x轴施加磁场Bx，同时关闭抽运光，得到碱金属电子在磁场Bx作用下的进动信号S(t)；
[0010]步骤4，通过读取碱金属电子在磁场Bx中进动信号的进动频率ω
Bx
，得到减慢因子Q；
[0011]步骤5，通过信号发生器作用线圈在x轴施加磁场Bx1和在y轴施加By1，同时关闭抽运光，得到碱金属电子在磁场作用下的进动信号；
[0012]步骤6，通过读取碱金属电子在磁场中进动信号的进动频率ω，得到施加的合磁场B
xy
，B
xy
是x轴磁场Bx1和y轴磁场By1的矢量和，通过三角函数关系，计算得到x轴和y轴磁场的夹角θ
xy
；
[0013]步骤7，与步骤5至步骤6同理，在x轴施加磁场Bx2和在z轴施加磁场Bz2，得到x轴和z轴磁场的夹角θ
xz
，在y轴施加磁场By3和在z轴施加磁场Bz3，得到y轴和z轴磁场的夹角θ
yz
。
[0014]所述步骤1中包括：将SERF陀螺仪碱金属气室加热到工作温度，固定SERF电子自旋陀螺仪在惯性空间静止状态；通过信号发生器作用在梯度线圈上，在z轴施加2000nT/cm的磁场梯度，使惰性气体核子迅速退极化。
[0015]所述步骤2中包括：关闭梯度线圈，通过调制法补偿三轴磁屏蔽筒剩磁，此时装置工作在零场状态，构成一个高精度SERF电子磁强计，以使碱金属电子敏感外加磁场而产生拉莫尔进动。
[0016]所述步骤3中包括：其中t是时间，S0为信号初值，e为自然常数，r
rel
为碱金属电子的弛豫速率，ω为碱金属电子在磁场作用的进动频率，为相位。
[0017]所述步骤4中包括：ω
Bx
通过拟合得到，Q通过以下公式得到：
[0018][0019]其中γ
e
＝28nT/Hz，γ
e
为碱金属电子旋磁比，B为外加磁场，ω被ω
Bx
替换。
[0020]所述步骤6中的B
xy
通过以下公式得到：
[0021][0022]其中B被B
xy
替换；然后通过以下公式得到θ
xy
：
[0023][0024]θ
xy
＝π
‑
θ
1xy
[0025]其中θ
1xy
是θ
xy
的补角。
[0026]所述步骤7中的θ
xz
通过以下公式得到：
[0027][0028]θ
xz
＝π
‑
θ
1xz
[0029]其中θ
1xz
是θ
xz
的补角。
[0030]所述步骤7中的θ
yz
通过以下公式得到：
[0031][0032]θ
yz
＝π
‑
θ
1yz
[0033]其中θ
1yz
是θ
yz
的补角。
[0034]本专利技术的技术效果如下：本专利技术基于内置磁强计SERF陀螺仪磁场非正交角原位标定方法，通过信号发生器作用线圈在x轴和y轴施加一定大小的磁场，同时关闭抽运光，得到电子在磁场作用下的进动信号，最后通过读取电子在磁场中进动信号的进动频率，得到施加的合磁场大小，通过三角函数关系即可得到x轴和y轴磁场的夹角大小。采用同样的方法可以获得x轴和z轴以及y轴和z轴的夹角大小。该方法克服了原有标定方法的不足，可以在不改变SERF电子自旋陀螺仪装置和结构的前提下，不进行任何正交性假设，利用其内置的标量磁强计实现对三轴磁场非正交角的完整测量。
附图说明
[0035]图1是实施本专利技术基于内置磁强计SERF陀螺仪磁场非正交角原位标定方法的流程示意图。图1中包括步骤1，若SERF原子自旋陀螺仪处于工作状态，则在z轴施加梯度线圈，使惰性气体核子退极化，若S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于内置磁强计SERF陀螺仪磁场非正交角原位标定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，若SERF原子自旋陀螺仪处于工作状态，则在z轴施加梯度线圈，使惰性气体核子退极化，若SERF原子自旋陀螺仪未开机，则直接进入步骤2；步骤2，关闭梯度线圈，使装置工作在磁强计状态；步骤3，通过信号发生器作用线圈在x轴施加磁场Bx，同时关闭抽运光，得到碱金属电子在磁场Bx作用下的进动信号S(t)；步骤4，通过读取碱金属电子在磁场Bx中进动信号的进动频率ω
Bx
，得到减慢因子Q；步骤5，通过信号发生器作用线圈在x轴施加磁场Bx1和在y轴施加By1，同时关闭抽运光，得到碱金属电子在磁场作用下的进动信号；步骤6，通过读取碱金属电子在磁场中进动信号的进动频率ω，得到施加的合磁场B
xy
，B
xy
是x轴磁场Bx1和y轴磁场By1的矢量和，通过三角函数关系，计算得到x轴和y轴磁场的夹角θ
xy
；步骤7，与步骤5至步骤6同理，在x轴施加磁场Bx2和在z轴施加磁场Bz2，得到x轴和z轴磁场的夹角θ
xz
，在y轴施加磁场By3和在z轴施加磁场Bz3，得到y轴和z轴磁场的夹角θ
yz
。2.根据权利要求1所述的基于内置磁强计SERF陀螺仪磁场非正交角原位标定方法，其特征在于，所述步骤1中包括：将SERF陀螺仪碱金属气室加热到工作温度，固定SERF电子自旋陀螺仪在惯性空间静止状态；通过信号发生器作用在梯度线圈上，在z轴施加2000nT/cm的磁场梯度，使惰性气体核子迅速退极化。3.根据权利要求1所述的基于内置磁强计SERF陀螺仪磁场非正交角原位标定方法，其特征在于，所述步骤2中包括：关闭梯度线圈，通过调制法补偿三轴磁屏蔽筒剩磁，此时装置工作在零场状态，构成一个高精度SERF电子磁强计，以使碱金属电子敏感外加磁场而产生拉莫尔进动。4.根据权利要求1所述的基于内置磁强计SER...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜鹏程，蔡泽，全伟，张开，雷旭升，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：