[發明專利]一種基于SERF陀螺儀和速率陀螺儀的三軸慣性平臺系統

有效

• 申請號: 201911195112.6
• 申請日: 2019-11-28
• 公開（公告）號: CN111006663B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 魏宗康
• 申請（專利權）人: 北京航天控制儀器研究所
• 主分類號: G01C21/18
• 分類號: G01C21/18;G01C21/16;G01C25/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張曉飛

1.一種基于SERF陀螺儀和速率陀螺儀的三軸慣性平臺系統，基于三軸慣性穩定平臺系統實現，其特征在于：包括基座、外框架、內框架和臺體，對應的本體坐標系分別為基座本體坐標系X₁Y₁Z₁、外框架本體坐標系X_p2Y_p2Z_p2、內框架本體坐標系X_p1Y_p1Z_p1和臺體本體坐標系X_pY_pZ_p；上述四個坐標系的原點重合，且臺體本體坐標系的Z_p軸與內框架本體坐標系的Z_p1軸重合，外框架本體坐標系的Y_p2軸與內框架本體坐標系的Y_p1軸重合，基座本體坐標系的X₁軸與外框架本體坐標系的X_p2軸重合；其中，基座與載體固連，所述穩定平臺系統在載體帶動下發生內部相對轉動時，基座繞外框架本體坐標系的X_p2軸轉動，外框架繞內框架本體坐標系的Y_p1軸轉動，內框架繞臺體本體坐標系的Z_p軸轉動；所述臺體上安裝陀螺儀組合，所述陀螺儀組合包括1個速率陀螺儀和1個SERF陀螺儀，SERF陀螺儀的2個敏感軸與速率陀螺儀的敏感軸垂直，所述速率陀螺儀控制平臺臺體的軸端電機使臺體繞臺體軸，即繞Z_p軸的角速度為零，所述SERF陀螺儀的2個軸經過輸出解耦和控制解耦后分別控制平臺的內框架軸，即Y_p1軸，和外框架軸，即X_p2軸的軸端電機，使臺體繞臺體Y_p和Z_p軸的角速度為零，從而使平臺臺體的三個軸都穩定在慣性空間；

所述速率陀螺儀的輸入軸與臺體本體坐標系X_pY_pZ_p中的臺體軸Z_p平行，SERF陀螺儀的2個輸入軸分別與臺體軸Z_p垂直且二者相互垂直，分別與臺體本體坐標系X_pY_pZ_p中的臺體軸X_p、Y_p平行，構成陀螺儀組合輸入軸坐標系；

所述慣性平臺系統的SERF陀螺儀的兩個敏感軸X、Y方向通過磁屏蔽工作在無磁狀態，而在極化軸Z方向補償一個常值的磁場SERF陀螺儀的電子和核子的運動學方程分別為

式中，為堿金屬原子的電子自旋極化率在X軸的投影分量；為堿金屬原子的電子自旋極化率在Y軸的投影分量；為堿金屬原子的電子自旋極化率在Z軸的投影分量；為惰性氣體原子核自旋極化率在X軸的投影分量；為惰性氣體原子核自旋極化率在Y軸的投影分量；為惰性氣體原子核自旋極化率在Z軸的投影分量；為堿金屬電子自旋總的弛豫率，為惰性氣體原子核自旋總的弛豫率；q為減慢因子，代表原子自旋總角動量與電子自旋所占角動量的比值；γ_e為堿金屬原子的電子自旋旋磁比，γ_n為惰性氣體原子的核自旋旋磁比；λM^e為堿金屬原子的電子自旋磁矩，λMⁿ為惰性氣體原子的核自旋磁矩；為核自旋抽運率，為電子自旋抽運率；ω_x為SERF陀螺儀繞X軸的角速度；ω_y為SERF陀螺儀繞Y軸的角速度；ω_z為SERF陀螺儀繞Z軸的角速度；R_p為驅動激光的光抽運率，反映驅動激光對電子自旋的極化作用；R_mx為檢測激光的光抽運率在X軸的投影分量；R_my為檢測激光的光抽運率在Y軸的投影分量。

2.根據權利要求1所述的慣性平臺系統，其特征在于：所述慣性平臺系統的SERF陀螺儀通過Z軸平臺穩定回路工作在ω_z為零的穩定狀態，SERF陀螺儀電子和核子的運動學方程為