【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及量子惯性测量和导航领域，尤其涉及一种基于原子干涉陀螺与光学陀螺组合传感的惯导系统。
技术介绍
1、原子干涉陀螺通过量子控制与测量来敏感载体的角运动，具有理论精度高、长期稳定性好的优点，理论上原子干涉陀螺精度光学陀螺精度高3~4个数量级，有望达到10-6°/h水平，基于原子陀螺的惯性惯导系统有潜力解决水下航行器水下全潜隐蔽遂行对自主导航能力的需求。
2、原子干涉陀螺仪是利用微观粒子的波动性质来测量惯性信息。为了提升干涉信号信噪比，在进行干涉测量前，需制备包含一定原子数目的冷原子团，由于原子团存在温度，在动态下原子物质波干涉会出现相位退相干现象，导致原子干涉陀螺测量精度下降，甚至无法测量。因此，仅依靠原子干涉陀螺仪自身无法满足动平台下惯性信息输出需求。
3、陀螺测量精度是决定惯性惯导系统导航精度的主要因素。目前光学陀螺易受环境温度、振动、磁场等影响，长期稳定性不佳，制约了基于光学陀螺仪的惯性惯导系统长航时导航精度。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术中存在的技术问题，提供一种基于原子干涉陀螺与光学陀螺组合传感的惯导系统，通过两种陀螺的优势互补，实现优于纯光学陀螺惯导系统的导航性能。
2、根据本专利技术的第一方面，提供了一种基于原子干涉陀螺与光学陀螺组合传感的惯导系统，包括：原子干涉陀螺、光学陀螺、载体以及导航与电气控制机柜；所述原子干涉陀螺与所述光学陀螺设置在所述载体上，所述原子干涉陀螺与所述光学陀螺相互固定连接且敏感轴方向相同；
3、所述导航与电气控制机柜通过控制所述载体转速，利用原子干涉陀螺与光学陀螺输出相关性来跟踪所述光学陀螺零偏漂移并对所述光学陀螺零偏进行修正；再基于零偏修正后的所述光学陀螺的输出获得导航解算信息。
4、在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以作出如下改进。
5、可选的，固定相连的所述原子干涉陀螺和光学陀螺的数量为三对，所述载体为三轴稳定平台，所述惯导系统还包括：三个加速度计；
6、三对原子干涉陀螺和光学陀螺的三个敏感轴方向相互垂直，分别表示三维坐标系x、y和z三个方向；
7、三个所述加速度计分别置于所述三轴稳定平台的x、y和z三个方向上，用于测量x、y、z三个维度的加速度；
8、三个所述原子干涉陀螺的敏感头置于所述三轴稳定平台上，用于测量x、y和z三个维度的转速；
9、三个所述光学陀螺放置于所述三轴稳定平台上，用于测量x、y和z三个维度的转动。
10、可选的，所述导航与电气控制机柜包括：导航解算电路、激光单元、电控单元和电源模块；
11、所述导航解算电路用于陀螺、加速度计数据采集、数据处理以及导航解算；
12、所述激光单元和电控单元伺服控制原子陀螺敏感单元工作；
13、所述电源模块用于为所述原子干涉陀螺、光学陀螺和加速度计供电。
14、可选的，所述导航解算电路采用捷联惯性导航解算力学编排，陀螺、加速度计敏感稳定平台的角运动和线运动信息，经过误差补偿和处理后，通过导航计算机计算坐标转换矩阵建立数学平台，跟踪复现导航参考坐标系，并完成惯性运动信息积分计算，获得导航解算信息。
15、可选的，所述导航与电气控制机柜还基于所述光学陀螺的输出信息所述载体的姿态相对稳定，使所述原子干涉陀螺在其动态范围内工作。
16、可选的，所述原子干涉陀螺利用典型的拉曼脉冲干涉方法实现转动测量，在最后一个π/2脉冲完成后，原子干涉陀螺的输出表示为：
17、；
18、其中，y0为零偏，c为对比度，为探测噪声，为激光相位,为惯性相位。
19、可选的，所述原子干涉陀螺的输出与所述光学陀螺预测的惯性相位关联表示为：
20、；
21、式中，为光学陀螺预测的惯性相位估计值，为原子干涉陀螺对转速的响应函数，为载体转速，为光学陀螺零偏，为偏置相位，为高频噪声，为相位估计噪声；
22、其中偏置相位与光学陀螺零偏的关系为：= sω*，sω=为原子干涉陀螺的标度因数。
23、可选的，所述导航与电气控制机柜利用传统卡尔曼滤波算法将所述原子陀螺的输出数据与所述光学陀螺的输出数据进行融合，实现对所述光学陀螺零偏漂移的跟踪估计。
24、本专利技术提供的一种基于原子干涉陀螺与光学陀螺组合传感的惯导系统，利用原子干涉陀螺提供高精度和高稳定性的绝对转速测量，利用光学陀螺提供高动态、高宽带连续测量，三个光学陀螺作为转动传感器实现稳定平台姿态控制，为原子干涉陀螺仪提供良好的工作环境，维持原子干涉陀螺测量精度；相比于平台式惯导解算方法，本专利技术可有效降低惯导系统对稳定平台控制精度要求；通过两种陀螺的组合测量来提升光学陀螺转速测量长期稳定度，进而提升基于光学陀螺的惯导系统导航精度，通过两种陀螺的优势互补，实现优于纯光学陀螺惯导系统的导航性能。
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1.一种基于原子干涉陀螺与光学陀螺组合传感的惯导系统，其特征在于，所述惯导系统包括：原子干涉陀螺、光学陀螺、载体以及导航与电气控制机柜；所述原子干涉陀螺与所述光学陀螺设置在所述载体上，所述原子干涉陀螺与所述光学陀螺相互固定连接且敏感轴方向相同；
2.根据权利要求1所述的惯导系统，其特征在于，固定相连的所述原子干涉陀螺和光学陀螺的数量为三对，所述载体为三轴稳定平台，所述惯导系统还包括：三个加速度计；
3.根据权利要求2所述的惯导系统，其特征在于，所述导航与电气控制机柜包括：导航解算电路、激光单元、电控单元和电源模块；
4.根据权利要求3所述的惯导系统，其特征在于，所述导航解算电路采用捷联惯性导航解算力学编排，陀螺、加速度计敏感稳定平台的角运动和线运动信息，经过误差补偿和处理后，通过导航计算机计算坐标转换矩阵建立数学平台，跟踪复现导航参考坐标系，并完成惯性运动信息积分计算，获得导航解算信息。
5.根据权利要求1所述的惯导系统，其特征在于，所述导航与电气控制机柜还基于所述光学陀螺的输出信息所述载体的姿态相对稳定，使所述原子干涉陀螺在其动态
6.根据权利要求1所述的惯导系统，其特征在于，所述原子干涉陀螺利用典型的拉曼脉冲干涉方法实现转动测量，在最后一个π/2脉冲完成后，原子干涉陀螺的输出表示为：
7.根据权利要求1所述的惯导系统，其特征在于，所述原子干涉陀螺的输出与所述光学陀螺预测的惯性相位关联表示为：
8.根据权利要求1所述的惯导系统，其特征在于，所述导航与电气控制机柜利用传统卡尔曼滤波算法将所述原子陀螺的输出数据与所述光学陀螺的输出数据进行融合，实现对所述光学陀螺零偏漂移的跟踪估计。
...【技术特征摘要】
1.一种基于原子干涉陀螺与光学陀螺组合传感的惯导系统，其特征在于，所述惯导系统包括：原子干涉陀螺、光学陀螺、载体以及导航与电气控制机柜；所述原子干涉陀螺与所述光学陀螺设置在所述载体上，所述原子干涉陀螺与所述光学陀螺相互固定连接且敏感轴方向相同；
2.根据权利要求1所述的惯导系统，其特征在于，固定相连的所述原子干涉陀螺和光学陀螺的数量为三对，所述载体为三轴稳定平台，所述惯导系统还包括：三个加速度计；
3.根据权利要求2所述的惯导系统，其特征在于，所述导航与电气控制机柜包括：导航解算电路、激光单元、电控单元和电源模块；
4.根据权利要求3所述的惯导系统，其特征在于，所述导航解算电路采用捷联惯性导航解算力学编排，陀螺、加速度计敏感稳定平台的角运动和线运动信息，经过误差补偿和处理后，通过导航计算机计算坐标转换矩阵...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚辉彬，章侃，李德文，毛海岑，郑盈，艾文宇，程俊，吕通，魏文举，韩放，
申请(专利权)人：华中光电技术研究所中国船舶集团有限公司第七一七研究所，
类型：发明
国别省市：
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