【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及原子传感器，尤其涉及一种原子陀螺仪及其相位闭环控制方法。
技术介绍
1、陀螺仪的带宽是惯性导航系统的重要指标。原子陀螺仪依靠原子自旋进动的敏感惯性转动，其带宽理论上不受限制。然而，在工程实现中，陀螺信号需要经过光电转换、相敏检测、数字滤波和锁相环等多个环节，每个环节都会引入延时，限制了陀螺带宽的提升。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就在于为了解决上述问题设计了一种原子陀螺仪及其相位闭环控制方法。
2、本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：
3、一种原子陀螺仪，包括：
4、表头；表头设置有气室，气室内填充有双同位素原子气体、惰性气体和碱金属原子蒸气，碱金属原子同时作为原位磁强计；
5、探测光源；探测光源用于发射与碱金属原子d1或d2线略微失谐的线偏振光，线偏振光沿着气室横向传播；
6、差分探测光路；差分探测光路用于将第一线偏振光分为两束偏振方向正交的第二线偏振光；
7、两个光电探测器；两个光电探测器分别用于接收两束第二线偏振光；
8、泵浦光源；泵浦光源用于发射与碱金属原子d1线共振的圆偏振光，圆偏振光沿着气室纵向极化气室内的碱金属原子，碱金属原子与惰性气体原子核通过自旋交换碰撞机制使双同位素原子自旋也被极化；
9、三轴磁场发生装置；三轴磁场发生装置用于在表头处产生横向和纵向的磁场，纵向的磁场为主磁场，极化的原子自旋在纵向磁场作用下会绕主磁场进动，其中横向的x轴磁场作为
10、磁场驱动器；磁场驱动器用于三轴磁场发生装置的驱动控制；
11、信号处理与控制系统；信号处理与控制系统用于实时计算双同位素原子自旋进动相位以及维持激励磁场与核自旋进动磁场的相位差恒定，信号处理与控制系统的数据信号输入端分别与两个光电探测器的数据信号输出端和原位磁强计的数据信号输出端连接，信号处理与控制系统的控制信号输出端与磁场驱动器的控制信号输入端连接。
12、相位闭环控制方法，用于如上述的一种原子陀螺仪的相位闭环控制，包括：
13、s1、原位磁强计采集磁场信号并输入到信号处理与控制系统；
14、s2、根据磁场信号分析x、y方向核自旋进动磁场信号mx、my；
15、s3、构建原位磁强计的x、y向信号mx、my对应的非线性方程组；
16、s4、分析求解非线性方程组得到双同位素原子核的核自旋进动相位角；
17、s5、根据双同位素原子核的核自旋进动相位角与激励磁场闭环相位差β的关系，分析陀螺敏感的角位移；
18、s6、根据陀螺敏感的角位移分析陀螺的角速率；
19、s7、信号处理与控制系统根据角度率输出控制信号至磁场驱动器，实现原子陀螺仪的相位闭环控制。
20、本专利技术的有益效果在于：陀螺原位磁强计输出信号通过相敏检波求解得到的x、y方向核自旋进动磁场信号，利用牛顿迭代法直接求解磁强计x、y向信号mx、my对应的非线性方程组，可得到双同位素原子气体原子核的核自旋进动相位角；相比于对磁强计x、y向信号mx、my利用相敏检波获得的核自旋进动频率，本方法减少了相敏检波低通滤波环节，所需的时间延迟主要来自于非线性方程组的解算，从而提高了陀螺闭环系统带宽。
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1.一种原子陀螺仪，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种原子陀螺仪，其特征在于，双同位素原子气体为129Xe和131Xe，惰性气体为氦He气，碱金属原子为Rb原子。
3.相位闭环控制方法，用于如权利要求1-2任一项所述的一种原子陀螺仪的相位闭环控制，其特征在于，包括：
4.根据权利要求3所述的相位闭环控制方法，其特征在于，在S2中，核自旋进动磁场信号Mx、My表示为：其中，和为在xy面内磁场的相位，B129和B131分别为129Xe和131Xe核自旋进动磁场幅度。
5.根据权利要求4所述的相位闭环控制方法，其特征在于，在S3中，非线性方程组表示为：其中，
6.根据权利要求4所述的相位闭环控制方法，其特征在于，在S4中，采用牛顿迭代法求解非线性方程组，表示为xk+1＝xk-[F′(xk)+λkI]-1F(xk)，k＝0,1,2...，对于给定的初始点x0和计算精度ε，迭代的终止条件为[F′(xk)]-1F(xk)≤ε，其中λk为阻尼因子。
7.根据权利要求3所述的相位闭环控制方法，其特征在于，在S5
8.根据权利要求7所述的相位闭环控制方法，其特征在于，其中，Anwrap[]作用是将-2π～2π内变化的非连续相位转化为连续相位，Bnx、Bny分别为Rb原子感受到的核自旋进动磁场在x和y方向的磁场分量，当横向驱动磁场沿x轴方向时，Bnx＝Bx-Bacosωat，Bny＝By，则
...【技术特征摘要】
1.一种原子陀螺仪，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种原子陀螺仪，其特征在于，双同位素原子气体为129xe和131xe，惰性气体为氦he气，碱金属原子为rb原子。
3.相位闭环控制方法，用于如权利要求1-2任一项所述的一种原子陀螺仪的相位闭环控制，其特征在于，包括：
4.根据权利要求3所述的相位闭环控制方法，其特征在于，在s2中，核自旋进动磁场信号mx、my表示为：其中，和为在xy面内磁场的相位，b129和b131分别为129xe和131xe核自旋进动磁场幅度。
5.根据权利要求4所述的相位闭环控制方法，其特征在于，在s3中，非线性方程组表示为：其中，
6.根据权利要求4所述的相位闭环控制方法，其特征在于，在s4中，采用牛顿迭代法求解非线性方程组，表示...
【专利技术属性】
技术研发人员：舒强，吉方，温金鹏，尹昊，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院总体工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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