[发明专利]一种加速度测量系统及方法

说明书

本发明实施例提供一种加速度测量系统及方法，所述系统包括真空腔体、多个激光发生器和荧光探测器，且多个所述激光发生器产生传播路径相互正交的不同频率的激光，所述真空腔体内包含多种组份的原子团，所述不同频率的激光照射到所述真空腔体上，与腔体内的不同组份的原子团发生作用，形成不同轴向上的干涉环路，其中，原子团的组份和不同频率的激光是一一对应的；所述荧光探测器位于所述真空腔体的外部，用于接收经过干涉后不同组份原子团激发的原子荧光，计算不同轴向上的加速度值。不同轴向上的干涉环路同时形成，且互不干扰，实现了在单次测量周期内三轴加速度的同时测量，提升了测量采样率。

技术领域

本发明实施例涉及原子干涉技术领域，尤其涉及一种加速度测量系统及方法。

背景技术

近30年来，原子干涉技术在高精度惯性测量领域体现出了其巨大的优势，基于该技术研制的重力/重力梯度仪、陀螺仪已经具备了超越相应经典器件的性能水平。

目前，基于原子干涉的加速度测量以竖直方向的重力加速度测量为主，现有的原子干涉多轴加速度测量的技术方案可以分为3类：

1、多个单轴系统叠加

在实现单轴加速度测量的基础上，最直接的扩展到三轴加速度测量的技术方案是利用三个独立的单轴加速度计，通过轴线的正交放置，组合实现三轴加速度测量。但是，由于原子干涉系统尺寸相对较大，直接叠加的最主要问题是许多功能模块的冗余，造成整体系统尺寸的增加，不利于系统的集成化，对应用平台提出了更高的载荷需求，应用场合受到限制。

2、单轴系统分次测量

为了减小常规多个单轴系统组件的大量冗余，可以利用同一套单轴系统，通过多次改变实验参数(如激光方向、系统朝向等)，实现各个轴向上正交惯性分量的分次测量。但是分次测量会引入不同正交分量的测量同步性差以及三轴测量采样率低的问题，难以适用于高动态应用环境。

3、部分多轴分时测量

部分多轴分时测量方案是对上述单轴系统分次测量技术方案的改进，即在单套系统上通过特殊的原子轨迹和干涉脉冲序列设计，实现多轴惯性量测量，其方案虽然可以在单次测量中实现部分多轴测量，但是仍需要通过改变实验参数(如激光方向、脉冲序列结构等)，分时地提取不同分量组合，最终得到完整的正交三轴分量。

在同一套系统中，不能同时进行更多惯性量测量的主要限制可以概括为：为了完成多轴惯性量测量，实现原子相干操控的激光需要具备不同的作用方向，在共用系统的情况下，当不同方向激光同时作用时，原子往往会同时感受到各方向激光的作用，造成不同轴向上的干涉过程的互相干扰，无法实现三轴分量的独立测量。

现有技术方案在系统体积和测量采样率上存在矛盾，使其不具备移动载体上的使用能力，限制了其在现代导航等移动环境下的应用。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明实施例提供一种加速度测量系统及方法。

第一方面，本发明实施例提供一种加速度测量系统，至少包括：真空腔体、多个激光发生器和荧光探测器，且多个所述激光发生器产生传播路径相互正交的不同频率的激光，所述真空腔体内包含多种组份的原子团，所述不同频率的激光照射到所述真空腔体上，与腔体内的不同组份的原子团发生作用，形成不同轴向上的干涉环路，其中，原子团的组份和不同频率的激光是一一对应的，且不同轴向上的所述干涉环路同时形成，且互不干扰；

所述荧光探测器位于所述真空腔体的外部，用于接收经过干涉后不同组份原子团激发的原子荧光，计算不同轴向上的加速度值。

第二方面，本发明实施例提供一种基于第一方面的系统的加速度测量方法，包括：

通过冷却与囚禁，制备多组份原子团；

对不同组份的原子团在不同轴向上进行速度选择与初态制备；