一种基于磁场反馈的自旋耦合系综极化率快速镇定控制方法技术

本发明专利技术涉及一种基于磁场反馈的自旋耦合系综极化率快速镇定控制方法。自旋耦合系综中惰性气体核子的旋磁比较低，有较慢的Larmor进动频率，导致自旋耦合系综在外界扰动下的收敛速度较慢、带宽较低。为解决这一问题，将系统建模为离散化状态空间模型。以x、y向光旋角与磁场为输入构造卡尔曼状态观测器预测状态空间模型中的全状态变量。为保证弱磁场输入下系统的快速性，基于全状态反馈，采用线性二次调节器(LQR)方法设计反馈控制器，将不同状态加权和得到最优控制量。通过驱动横向磁场线圈将反馈量施加于自旋耦合系综，实现快速镇定控制。本方法可用于SERF原子陀螺、共磁力计等基于自旋耦合系综的量子精密测量研究。旋耦合系综的量子精密测量研究。旋耦合系综的量子精密测量研究。

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁场反馈的自旋耦合系综极化率快速镇定控制方法


[0001]本专利技术涉及一种基于磁场反馈的自旋耦合系综极化率快速镇定控制方法，属于原子自旋耦合系综稳定控制领域。

技术介绍

[0002]原子自旋耦合系综在惯性测量、物理常数测量、异常场与暗物质探测等领域有广泛地应用。作为惯性测量装置、横向极化率的稳定速度较慢，导致其带宽较窄、外界扰动后恢复速度缓慢。特别是基于
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Ne原子源的自旋耦合系综，陀螺带宽低于10Hz，限制了其作为惯性测量仪表的应用范围。提升原子自旋耦合系综的稳定性，采用磁场调控方法最为直接。先前的研究有：用于抑制检测系统背景信号漂移误差的磁场调制信号提取方法；用于抑制光频移等效磁场引起的双轴惯性测量耦合误差的磁场补偿解耦方法；抑制主磁场波动测量误差的核自旋自补偿磁场闭环控制方法。
[0003]然而采用横向磁场对原子自旋系综极化率进行直接操控的技术尚未研究。该技术的难点在于核自旋极化率的横向分量不能够直接测量、反馈率的选取直接影响系统的稳定性、系统噪声引起反馈控制的不稳定。为克服上述问题，提升自旋耦合系综本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于磁场反馈的自旋耦合系综极化率快速镇定控制方法，特征在于，包括以下步骤：步骤1，建立离散化极化率稳定控制系统模型如下：其中x(k)为k时刻状态变量，u(k)为k时刻磁场输入，y(k)为k时刻光旋角信号输出，为状态转移矩阵，为输入矩阵，为输出矩阵；步骤2，采集并计算系统的过程噪声矩阵与观测噪声矩阵步骤3，以磁场输入u(k)与光旋角信号输出y(k)作为反馈量构建卡尔曼状态观测器，得到状态变量预测值步骤4，设定正定的权重因子Q、R通过迭代计算线形二次型调节器的状态反馈矩阵K，Q是与收敛速度相关的权重因子，R是与输入量大小相关的权重因子；步骤5，以为反馈率，驱动横向磁场线圈，对极化率进行快速镇定控制。2.根据权利要求1所述的基于磁场反馈的自旋耦合系综极化率快速镇定控制方法，特征在于，所述步骤2中包括：在系统正常工作处于静态时测量x轴与y轴的光旋角信号，计算该信号的协方差矩阵即过程噪声矩阵、关闭抽运光测量x轴与y轴的光旋角信号，计算该信号的协方差矩阵即观测噪声矩阵。3.根据权利要求1所述的基于磁场反馈的自...

【专利技术属性】
技术研发人员：全伟，裴宏宇，武志宏，范文峰，杜鹏程，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：