[發明專利]一種SERF原子自旋陀螺核自旋自補償點閉環控制方法

有效

• 申請號: 201811186728.2
• 申請日: 2018-10-12
• 公開（公告）號: CN109373989B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 房建成;姜麗偉;全偉;劉剛;范文峰;劉峰;梁逸翔
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01C19/60
• 分類號: G01C19/60
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;賈玉忠

1.一種SERF原子自旋陀螺核自旋自補償點閉環控制方法，其特征在于，包括下列步驟：

步驟(1)、首先將SERF原子自旋陀螺固定在靜止基座上，進行光抽運和磁場補償后，調試至正常工作狀態，在垂直于抽運激光方向施加不同頻率的交流磁場，測量陀螺儀橫向交流磁場響應的幅頻特性曲線和相頻特性曲線，找到堿金屬電子共振峰對應的共振頻率和共振相位；

步驟(2)、通過閉環控制系統動態調整平行于抽運激光方向補償偏置磁場，實時控制堿金屬電子共振峰的位置不變，使堿金屬電子不受縱向環境磁場和惰性氣體核子縱向磁場波動的影響，從而實現核自旋自補償點閉環控制；

用于控制堿金屬電子共振峰位置的實現方式包括如下兩種之一：

(I)頻率閉環控制方式，通過鎖相環控制橫向線圈驅動，使SERF原子自旋陀螺橫向線圈產生交流驅動磁場，跟蹤堿金屬電子共振頻率，鎖相環輸出的頻率與堿金屬電子初始共振頻率比較，通過控制器控制縱向線圈驅動改變驅動信號，調節陀螺儀縱向線圈產生的補償偏置磁場，使堿金屬電子共振頻率始終等于初始共振頻率；低通濾波器濾除堿金屬電子對橫向交流磁場的高頻響應，得到SERF原子自旋陀螺角速率測量信號；

根據Bloch方程求解的SERF原子自旋陀螺堿金屬電子共振的幅頻響應函數如公式(1)所示，

其中為堿金屬電子沿x方向即檢測激光方向的極化分量的交流響應幅度，γ_e為堿金屬電子旋磁比，B₀為y方向驅動交流磁場的幅度，為堿金屬電子縱向極化分量，Q為減速因子，ω為y方向驅動交流磁場的角頻率，B_e為電子磁場，δB_z為z方向堿金屬電子感受到的環境磁場，為堿金屬電子總弛豫率；

通過閉環控制δB_z始終為0，使堿金屬電子的共振頻率鎖定在ω＝γ_eB_e/Q＝ω₀，從而實現核自旋自補償點閉環控制；

(II)相位閉環控制方式，通過橫向線圈驅動控制SERF原子自旋陀螺橫線線圈產生頻率為堿金屬電子初始共振頻率的交流磁場，調制堿金屬電子極化矢量，鎖相放大器參考驅動頻率對陀螺儀輸出信號進行解調，解調相位與堿金屬電子初始共振相位比較，通過控制器控制縱向線圈驅動改變驅動信號，調節陀螺儀縱向線圈產生的補償偏置磁場，使堿金屬電子共振解調相位始終等于初始共振相位；低通濾波器濾除堿金屬電子對橫向交流磁場的高頻響應，得到SERF原子自旋陀螺角速率測量信號；

根據Bloch方程求解的SERF原子自旋陀螺堿金屬電子共振的相頻響應函數如公式(2)所示，

其中，θ為SERF原子自旋陀螺y方向交流磁場響應的相位；

通過閉環控制δB_z始終為0，使堿金屬電子的共振解調相位始終等于從而實現核自旋自補償點閉環控制。