[發(fā)明專利]抑制扇形超流體干涉柵陀螺測量角速度噪聲方法及其裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811100414.6
• 申請(qǐng)日: 2018-09-20
• 公開（公告）號(hào): CN109459007A
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙玉龍;楊雅君;胡敏;肖龍龍;潘顯俊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍戰(zhàn)略支援部隊(duì)航天工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C19/64
• 分類號(hào): G01C19/64
• 代理公司: 北京元周律知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11540
• 代理人: 胡璇

本發(fā)明公開了一種抑制扇形超流體干涉柵陀螺測量角速度噪聲方法及其裝置，該方法根據(jù)扇形超流體干涉柵陀螺的結(jié)構(gòu)特性和工作原理建立其角速度敏感原理方程；建立熱相位波動(dòng)引起的波動(dòng)?等效角速度噪聲模型；結(jié)合熱相位波動(dòng)角速度噪聲與輸入角速度的互不相關(guān)性，基于遞歸最小二乘算法設(shè)計(jì)了扇形超流體干涉柵陀螺的噪聲自適應(yīng)抵消系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)陀螺輸出角速度噪聲的抑制，從而提高整個(gè)扇形超流體干涉柵陀螺角速度檢測的精度。本發(fā)明的又一方面還提供了該方法的裝置。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種抑制扇形超流體干涉柵陀螺測量角速度噪聲方法及其裝置，屬于陀螺儀高精度檢測領(lǐng)域。

背景技術(shù)

針對(duì)載人航天、探月工程和臨界空間飛行器等重大遠(yuǎn)航任務(wù)，由于飛行距離、飛行時(shí)間、飛行速度等技術(shù)要求不斷提高，因此對(duì)陀螺儀的精度、靈敏度、體積等指標(biāo)提出了越來越高的要求。為了突破傳統(tǒng)的思維模式，實(shí)現(xiàn)慣性陀螺儀的跨越式發(fā)展，國內(nèi)外許多學(xué)者開始致力于尋求新的物理效應(yīng)，研究基于新的測量原理或測量方式的陀螺儀。

進(jìn)入21世紀(jì)后，量子技術(shù)特別是低溫物理學(xué)的研究取得重大突破，比如1997年激光冷卻和陷俘原子的發(fā)展、2001年堿金屬原子稀薄氣體的玻色-愛因斯坦凝聚的發(fā)現(xiàn)、2003年超導(dǎo)體和超流體理論方面的發(fā)展以及2005年光學(xué)頻率梳等諾貝爾物理獎(jiǎng)的獲得，給陀螺儀技術(shù)帶來了革命性的影響，由此誕生了一系列基于微觀領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)角速率測量的量子陀螺，被稱為新一代陀螺。目前研究發(fā)現(xiàn)的量子陀螺主要包括自旋類量子陀螺和干涉類量子陀螺，基于微觀領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)角速率測量的量子陀螺克服了體積、重量、靈敏度以及精度等因素的制約，量子陀螺有望在新一代慣性導(dǎo)航技術(shù)中開辟全新的技術(shù)途徑。

超流體干涉陀螺是典型的量子干涉類陀螺，該陀螺屬于一類新概念量子陀螺，其利用液氦在低溫環(huán)境下呈現(xiàn)的量子宏觀效應(yīng)，通過化學(xué)勢差驅(qū)動(dòng)超流體在微孔陣列發(fā)生約瑟夫森效應(yīng)產(chǎn)生物質(zhì)波，基于物質(zhì)波sagnac效應(yīng)實(shí)現(xiàn)角速率敏感。與傳統(tǒng)陀螺相比，超流體干涉陀螺具有超高精度、超高靈敏度、小體積的顯著優(yōu)勢；與原子干涉陀螺相比，超流體干涉陀螺具有物質(zhì)波產(chǎn)生簡單，工作溫度相對(duì)較易實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)，近年來成為量子陀螺領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)更高的陀螺靈敏度性能，國內(nèi)外研究學(xué)者先后提出了多種超流體陀螺高靈敏度結(jié)構(gòu)，如超流體干涉柵陀螺結(jié)構(gòu)、超流體干涉盤陀螺結(jié)構(gòu)、多層超流體干涉盤陀螺結(jié)構(gòu)等。

雖然現(xiàn)有超流體陀螺高靈敏度結(jié)構(gòu)的檢測靈敏度得到提高，但扇形超流體干涉柵陀螺用于檢測角速度時(shí)，所得結(jié)果受噪聲影響較大，檢測準(zhǔn)確性較低。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種抑制扇形超流體干涉柵陀螺測量角速度噪聲方法，該方法通過由薄膜位移信息解算出的混合角速度信息，利用混合角速度信息中包含的由熱運(yùn)動(dòng)引起的角速度噪聲分量，進(jìn)行噪聲抑制處理，提高扇形超流體干涉柵陀螺輸出角速度的精度。

所述抑制扇形超流體干涉柵陀螺測量角速度噪聲方法，包括以下步驟：

步驟S100：建立陀螺角速度敏感原理方程；

步驟S200：根據(jù)陀螺角速度敏感原理方程，建立熱相位波動(dòng)引起的波動(dòng)-等效角速度噪聲模型；

步驟S300：根據(jù)波動(dòng)-等效角速度噪聲模型和遞推最小二乘算法得到噪聲自適應(yīng)抵消系統(tǒng)和噪聲自適應(yīng)抵消系統(tǒng)濾波器權(quán)系數(shù)更新方程，采集并向噪聲自適應(yīng)抵消系統(tǒng)輸入陀螺薄膜輸出的混合角速度信息d(i)，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)噪聲自適應(yīng)抵消系統(tǒng)濾波器的權(quán)系數(shù)，輸出實(shí)時(shí)混合角速度信息。

可選地，所述扇形超流體干涉柵陀螺的角速度敏感原理方程為：

其中，