一种冷原子干涉陀螺仪的量程扩展系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种冷原子干涉陀螺仪的量程扩展系统及方法，利用冷原子干涉陀螺和光学陀螺的输出信息，采用最大似然法估算出冷原子干涉陀螺相位的扩展周期数，将扩展周期数与冷原子干涉陀螺输出进行数据融合，得到两个冷原子干涉陀螺扩展输出值，将得到的两个冷原子干涉陀螺扩展输出值与光学陀螺输出值相比，以差值的绝对值最小为判定依据，进行唯一性判定，得到最终角速度。本发明专利技术融合冷原子干涉陀螺和光学陀螺的优点，解决了角速度测量的大量程和高分辨率的矛盾，可实现角速度大量程和高分辨率测量。同时解决了冷原子干涉陀螺由于动态测量范围小，无法用于惯性导航的难题，为冷原子干涉陀螺用于惯性导航奠定了技术基础。涉陀螺用于惯性导航奠定了技术基础。涉陀螺用于惯性导航奠定了技术基础。

【技术实现步骤摘要】
一种冷原子干涉陀螺仪的量程扩展系统及方法


[0001]本专利技术属于惯性测量
，尤其是一种冷原子干涉陀螺仪的量程扩展系统及方法。

技术介绍

[0002]冷原子干涉陀螺仪的工作原理是将冷原子团分开为两个自由飞行的空间分离的原子团，用原子运动方向的垂直位移随时间的变化来模拟干涉仪的两条路径。通常采用和原子基态能级间距共振频率的激光脉冲来操控原子团，使原子团经过分离、反射和合束，形成具有一定面积的闭合干涉环路。当原子干涉陀螺仪受到外界载体的转动作用时，经过两条不同路径的原子团存在相位差。通过收集每个探测端口的原子数目可以计算出转动信息。
[0003]冷原子干涉陀螺作为新一代角速度测量传感器，具有超高精度潜能，为惯性导航系统精度的提高带来了新的机遇。冷原子干涉陀螺仪的零偏稳定性、重复性较好，并且具有极高的预期精度，但目前冷原子干涉陀螺仪均工作在开环状态，动态测量范围小，不能直接应用于惯性导航系统。因此，冷原子干涉陀螺仪动态范围扩展是实现惯性导航的一项关键技术。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种冷原子干涉陀螺仪的量程扩展系统及方法，能够利用冷原子干涉陀螺和光学陀螺的输出信息，估算出冷原子干涉陀螺相位的扩展周期数，将扩展周期数与冷原子干涉陀螺输出进行数据融合，根据光学陀螺的输出进行输出唯一性判断，得到冷原子干涉陀螺动态扩展输出。
[0005]本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
[0006]一种冷原子干涉陀螺仪的量程扩展系统，包括冷原子干涉陀螺、光学陀螺、相位扩展周期数估计模块、数据融合模块和数据唯一性判定模块，所述冷原子干涉陀螺和光学陀螺的输入端分别输入角速度，冷原子干涉陀螺和光学陀螺的输出端连接相位扩展周期数估计模块的输入端，相位扩展周期数估计模块、数据融合模块和数据唯一性判定模块串行连接，冷原子干涉陀螺的输出端连接数据融合模块的输入端，光学陀螺的输出端连接数据唯一性判定模块的输入端，数据唯一性判定模块的输出端输出最终角速度。
[0007]而且，所述所述冷原子干涉陀螺和光学陀螺的输入轴同轴安装。
[0008]一种冷原子干涉陀螺仪的量程扩展系统的量程扩展方法，包括以下步骤：
[0009]步骤1、将角速度ω
in
分别输入至冷原子干涉陀螺和光学陀螺的输入端；
[0010]步骤2、冷原子干涉陀螺测量敏感载体角速度，输出原子布局数S
a
；光学陀螺测量敏感载体角速度，输出角速度ω
o
；
[0011]步骤3、相位扩展周期数估计模块根据冷原子干涉陀螺输出原子布局数S
a
和光学陀螺3输出角速度ω
o
，采用极大释然法，估算出冷原子干涉陀螺可能的相位扩展周期数
和
[0012]步骤4、数据融合模块将原子布局数S
a
和相位扩展周期数和主融合计算得到可能的输出角速度和
[0013]步骤5、数据唯一性判定模块根据光学陀螺输出ω
o
，对输出角速度和进行唯一性判定，输出最终的角速度。
[0014]而且，所述步骤2中冷原子干涉陀螺敏感载体角速度，输出原子布局数S
a
的具体实现方法为：
[0015][0016]其中，N为参与干涉的总原子数目，C为干涉条纹的对比度，k
eff
＝4π/λ为有效波矢，λ为拉曼激光的波长，π为圆周率常数，g为当地的重力加速度，T为总干涉时间的一半，φ0为初始相位。
[0017]而且，所述步骤3的具体实现方法为：
[0018][0019][0020]其中，N为参与干涉的总原子数目，C为干涉条纹的对比度，k
eff
＝4π/λ为有效波矢，λ为拉曼激光的波长，π为圆周率常数，g为当地的重力加速度，T为总干涉时间的一半，φ0为初始相位
[0021]而且，所述步骤4的具体实现方法为；
[0022][0023][0024]其中，N为参与干涉的总原子数目，C为干涉条纹的对比度，k
eff
＝4π/λ为有效波矢，λ为拉曼激光的波长，π为圆周率常数，g为当地的重力加速度，T为总干涉时间的一半，φ0为初始相位。
[0025]而且，所述步骤5的具体实现方法为：
[0026]δ1＝|ω1‑
ω
o
|
[0027]δ2＝|ω2‑
ω
o
|
[0028]判断是否δ1≤δ2，若δ1≤δ2，则冷原子干涉陀螺输出ω
out
＝ω1，否则冷原子干涉陀螺输出ω
out
＝ω2。
[0029]本专利技术的优点和积极效果是：
[0030]本专利技术利用冷原子干涉陀螺和光学陀螺的输出信息，采用最大似然法估算出冷原子干涉陀螺相位的扩展周期数，将扩展周期数与冷原子干涉陀螺输出进行数据融合，得到
两个冷原子干涉陀螺扩展输出值，将得到的两个冷原子干涉陀螺扩展输出值与光学陀螺输出值相比，以差值的绝对值最小为判定依据，进行唯一性判定，得到最终角速度。本专利技术融合冷原子干涉陀螺和光学陀螺的优点，解决了角速度测量的大量程和高分辨率的矛盾，可实现角速度大量程和高分辨率测量。同时解决了冷原子干涉陀螺由于动态测量范围小，无法用于惯性导航的难题，为冷原子干涉陀螺用于惯性导航奠定了技术基础。
附图说明
[0031]图1为本专利技术流程图；
[0032]图2为本专利技术冷原子干涉陀螺仪和光学陀螺同轴安装示意图。
具体实施方式
[0033]以下结合附图对本专利技术做进一步详述。
[0034]一种冷原子干涉陀螺仪的量程扩展系统，如图1所示，包括冷原子干涉陀螺、光学陀螺、相位扩展周期数估计模块、数据融合模块和数据唯一性判定模块，所述冷原子干涉陀螺和光学陀螺的输入端分别输入角速度，冷原子干涉陀螺和光学陀螺的输出端连接相位扩展周期数估计模块的输入端，相位扩展周期数估计模块、数据融合模块和数据唯一性判定模块串行连接，冷原子干涉陀螺的输出端连接数据融合模块的输入端，光学陀螺的输出端连接数据唯一性判定模块的输入端，数据唯一性判定模块的输出端输出最终角速度。
[0035]如图2所示，冷原子干涉陀螺和光学陀螺的输入轴同轴安装。OXYZ为正交直角坐标系，光学陀螺和冷原子干涉陀螺的输入轴均为Z轴。
[0036]一种冷原子干涉陀螺仪的量程扩展系统的量程扩展方法，包括以下步骤：
[0037]步骤1、将角速度ω
in
分别输入至冷原子干涉陀螺和光学陀螺的输入端；
[0038]步骤2、冷原子干涉陀螺测量敏感载体角速度，下同)，输出原子布局数S
a
；光学陀螺测量敏感载体角速度，输出角速度ω
o
。
[0039]冷原子干涉陀螺敏感载体角速度，输出原子布局数S
a
的具体实现方法为：
[0040][0041]其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冷原子干涉陀螺仪的量程扩展系统，其特征在于：包括冷原子干涉陀螺、光学陀螺、相位扩展周期数估计模块、数据融合模块和数据唯一性判定模块，所述冷原子干涉陀螺和光学陀螺的输入端分别输入角速度，冷原子干涉陀螺和光学陀螺的输出端连接相位扩展周期数估计模块的输入端，相位扩展周期数估计模块、数据融合模块和数据唯一性判定模块串行连接，冷原子干涉陀螺的输出端连接数据融合模块的输入端，光学陀螺的输出端连接数据唯一性判定模块的输入端，数据唯一性判定模块的输出端输出最终角速度。2.根据权利要求2所述的一种冷原子干涉陀螺仪的量程扩展系统，其特征在于：所述所述冷原子干涉陀螺和光学陀螺的输入轴同轴安装。3.一种如权利要求1或2所述的冷原子干涉陀螺仪的量程扩展系统的量程扩展方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、将角速度ω
in
分别输入至冷原子干涉陀螺和光学陀螺的输入端；步骤2、冷原子干涉陀螺测量敏感载体角速度，输出原子布局数S
a
；光学陀螺测量敏感载体角速度，输出角速度ω
o
；步骤3、相位扩展周期数估计模块根据冷原子干涉陀螺输出原子布局数S
a
和光学陀螺3输出角速度ω
o
，采用极大释然法，估算出冷原子干涉陀螺可能的相位扩展周期数和步骤4、数据融合模块将原子布局数S
a
和相位扩展周期数和主融合计算得到可能的输出角速度和步骤5、数据唯一性判定模块根据光学陀螺输出ω
o
，对输出角速度和进行唯一性判定，输出最终的角速度。4.根据权利要求3所述的一种冷原子干涉陀螺仪的量程扩展系统的量程扩展方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘为任，赵小明，路想想，刘简，裴栋梁，武丽花，韦俊新，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七〇七研究所，
类型：发明
国别省市：