[發明專利]多軸原子慣性傳感器系統

在審

• 申請號: 201310290333.8
• 申請日: 2013-07-11
• 公開（公告）號: CN103542850A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: R.坎普頓;B.摩爾;N.C.小奇里洛
• 申請（專利權）人: 霍尼韋爾國際公司
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01P15/18;G01C19/58
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 蔣駿;盧江

本申請要求2012年7月12日提交的美國臨時申請號的優先權，其公開內容被通過引用結合到本文中。

背景技術

冷原子干涉儀是用于新種類的慣性傳感器的基礎。類似于光纖或環狀激光陀螺儀的功能，慣性力誘發原子的量子機械波函數中的相移，其橫穿冷原子干涉儀中的環路。

對于某些工作參數而言，冷原子慣性傳感器可以提供比期望的低的更新速率。在這種情況下，可以使用微機電系統（MEMS）慣性傳感器作為一種飛輪以提供原子傳感器讀數之間的連續輸出。在這種情況下，可以使用原子慣性傳感器來修正MEMS慣性傳感器中的偏置和標度因數漂移。

為了使尺寸、重量和功率最小化，期望的是使得原子慣性傳感器盡可能小。遺憾的是，靈敏度不利地隨著減小的傳剛起尺寸而縮放。需要約6cm³的最小原子慣性傳感器體積以滿足某些性能度量。然而，對于小于20cm³的某些應用而言需要用于六自由度原子慣性測量單元（IMU）的總體積度量。

發明內容

慣性傳感系統包括第一多軸原子慣性傳感器、第二多軸原子慣性傳感器以及被光學地耦合到第一和第二多軸原子慣性傳感器的光學復用器。該光學復用器被配置成沿著第一和第二多軸原子慣性傳感器的不同軸順序地指引光。多個MEMS慣性傳感器與第一和第二多軸原子慣性傳感器進行操作通信。通過順序地更新來自MEMS慣性傳感器的輸出信號，來自第一和第二多軸原子慣性傳感器的輸出信號幫助修正由MEMS慣性傳感器產生的誤差。

附圖說明

理解了附圖僅描繪示例性實施例且因此并不被認為在范圍方面是限制性的，將通過使用附圖來以附加的特殊性和細節來描述示例性實施例，在所述附圖中：

圖1是根據一個實施例的采用多軸原子慣性傳感器的慣性傳感系統的方框圖；

圖2是根據一個實施例的多軸原子慣性傳感器設備的方框圖；

圖3A是示出了根據一個實施例的多軸原子慣性傳感器中的示例性干涉儀軌跡的示意圖；以及

圖3B是列出了激光取向的可能組合的表格，具有相應的靈敏度軸。

具體實施方式

在以下詳細描述中，對構成其一部分的附圖進行參考，并且在附圖中以圖示的方式示出了特定說明性實施例。應理解的是可以利用其他實施例，并且可以進行邏輯、機械以及電氣修改。因此不應以限制性意義來理解以下詳細描述。

提供了能夠在慣性傳感系統中實現的多軸原子慣性傳感器和幫助常規慣性傳感器的誤差修正的方法。該多軸原子慣性傳感器被配置成使得能夠使用開關光學裝置來反復地改變其傳感軸以順序地修正常規慣性傳感器中的誤差。

在一個實施例中，可以用諸如IMU的六自由度慣性傳感系統來實現多軸原子慣性傳感器，其測量三個軸上的加速度和旋轉。來自IMU中的常規慣性傳感器的輸出被針對原子慣性傳感器進行訓練，使得從常規慣性傳感器去除大部分的偏置和標度因數誤差。

雖然在如下的各種實施例中描述了MEMS慣性傳感器的使用，但可以以類似方式將其他常規慣性傳感器與多軸原子慣性傳感器融合。

在一個實施例中，慣性傳感系統包括一對多軸原子慣性傳感器以及被操作耦合到多軸原子慣性傳感器的光學復用器。該光學復用器包括被配置成沿著第一和第二多軸原子慣性傳感器的不同軸順序地指引光的多個光學開關。諸如六個MEMS慣性傳感器（例如，三個MEMS陀螺儀和三個MEMS加速度計）的多個MEMS慣性傳感器與多軸原子慣性傳感器進行操作通信。通過順序地更新MEMS慣性傳感器的輸出信號，來自第一和第二多軸原子慣性傳感器的輸出信號幫助修正由MEMS慣性傳感器產生的誤差。

在一個示例中，用于每個原子傳感器的循環時間為約20ms。需要約10ms以準備冷原子的樣本，并需要另外的約10ms以詢問原子以提取慣性信息。應注意的是這些時間是可以根據諸如帶寬對比靈敏度的性能權衡而改變的參數。