[發(fā)明專利]原子干涉陀螺儀信號解算方法、裝置、計算機設(shè)備和存儲介質(zhì)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011504765.0
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112667966B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮焱穎;孟至欣;顏培強
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G06F17/18
• 分類號: G06F17/18;G01C19/58
• 代理公司: 北京華進京聯(lián)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11606
• 代理人: 趙文靜

本申請涉及一種原子干涉陀螺儀信號解算方法、裝置、計算機設(shè)備和存儲介質(zhì)，適用于精密儀器技術(shù)領(lǐng)域，該方法包括：對相干操縱激光進行頻率調(diào)制處理，得到調(diào)制處理后的激光；利用所述調(diào)制處理后的相干操縱激光對原子束進行相干操縱，使得所述原子束發(fā)生干涉；獲取所述原子束發(fā)生干涉后形成的干涉條紋，并計算所述干涉條紋的包絡(luò)中心點；基于所述包絡(luò)中心點對應(yīng)的調(diào)制頻率計算轉(zhuǎn)動角速率。采用本方法能夠準確有效地計算得到原子干涉陀螺儀轉(zhuǎn)動角速率，且能夠?qū)崿F(xiàn)大動態(tài)范圍的測量。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及精密儀器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種原子干涉陀螺儀信號解算方法、裝置、計算機設(shè)備和存儲介質(zhì)。

背景技術(shù)

原子干涉儀作為高靈敏度的慣性傳感器可以精確測量重力加速度、引力常數(shù)、轉(zhuǎn)動角速度等重要物理量。原子干涉陀螺儀是一種精密測量轉(zhuǎn)動角速率的量子傳感器件。高精度的原子干涉陀螺儀在慣性導(dǎo)航、大地勘察、基礎(chǔ)物理學(xué)研究等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，因此，研制原子干涉陀螺儀具有科學(xué)意義和實用價值。

通常使用激光對原子進行相干操縱，使其發(fā)生分束、反射、合束。合束后原子干涉形成條紋，干涉相移會受到轉(zhuǎn)動角速率的影響。因此，傳統(tǒng)方法是采用測量干涉相移的值來推算轉(zhuǎn)動角速率。

然而，傳統(tǒng)方法的測量范圍會受到π相位的限制，當(dāng)轉(zhuǎn)動角速率變化引起的干涉相移超過π時，將無法判斷其處于哪個周期，存在歧義的問題，因此測量的動態(tài)范圍小。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，有必要針對上述技術(shù)問題，提供一種原子干涉陀螺儀信號解算方法、裝置、計算機設(shè)備和存儲介質(zhì)，能夠計算得出原子干涉陀螺儀的轉(zhuǎn)動角速率。

第一方面，提供了一種原子干涉陀螺儀信號解算方法，該方法包括對相干操縱激光進行頻率調(diào)制處理，得到調(diào)制處理后的相干操縱激光；利用調(diào)制處理后的相干操縱激光對原子束進行相干操縱，使得原子束發(fā)生干涉；獲取原子束發(fā)生干涉后形成的干涉條紋，并計算干涉條紋的包絡(luò)中心點；基于包絡(luò)中心點對應(yīng)的調(diào)制頻率計算轉(zhuǎn)動角速率。

在其中一個實施例中，獲取原子束發(fā)生干涉后形成的干涉條紋，包括：獲取相干操縱激光與原子束作用后原子的數(shù)目信息；基于吸收法或熒光法對原子的數(shù)目信息進行檢測，并將原子的數(shù)目信息轉(zhuǎn)換為電信號；基于電信號確定是否掃描到完整的干涉條紋；若掃描到完整的干涉條紋，則獲取原子束發(fā)生干涉后形成的干涉條紋。

在其中一個實施例中，上述方法還包括：若未掃描到完整的干涉條紋，則繼續(xù)對相干操縱激光進行頻率調(diào)制處理，并利用調(diào)制處理后的相干操縱激光對原子束進行相干操縱，直至掃描到完整的干涉條紋為止。

在其中一個實施例中，基于電信號確定是否掃描到完整的干涉條紋，包括：判斷電信號的變化量在預(yù)設(shè)時長內(nèi)是否持續(xù)小于預(yù)設(shè)的電信號閾值；若電信號的變化量在預(yù)設(shè)時長內(nèi)持續(xù)小于電信號閾值，則確定掃描到完整的干涉條紋；若電信號的變化量在預(yù)設(shè)時長內(nèi)沒有持續(xù)小于電信號閾值，則確定未掃描到完整的干涉條紋。

在其中一個實施例中，計算干涉條紋的包絡(luò)中心點，包括：根據(jù)預(yù)設(shè)算法計算干涉條紋的包絡(luò)中心點，預(yù)設(shè)算法包括極值法、重心法以及函數(shù)擬合法中的至少一種。

在其中一個實施例中，基于包絡(luò)中心點對應(yīng)的調(diào)制頻率計算轉(zhuǎn)動角速率，包括：基于包絡(luò)的中心點，獲取包絡(luò)的中心點橫坐標對應(yīng)的調(diào)制頻率；基于公式：2k_effΩL-2δf＝0，計算轉(zhuǎn)動角速率；式中，k_eff為相干操縱激光的有效波矢，Ω為轉(zhuǎn)動角速率，L為兩個相干操縱激光之間的間距，δf為相干操縱激光的調(diào)制頻率。

在其中一個實施例中，利用分束作用的相干操縱激光對原子束進行作用，使得原子束中的原子處于|g〉能級和|e〉能級等概率的疊加態(tài)，并獲得動量分離；利用反射作用的相干操縱激光對原子束進行作用，使得布居在|e〉能級和|g〉能級的概率反轉(zhuǎn)，并獲得動量；利用合束作用的相干操縱激光對原子束進行作用，使得原子再次處于|g〉能級和|e〉能級的疊加態(tài)；在合束作用的相干操縱激光的作用后，原子束路徑重合并發(fā)生干涉。