[发明专利]一种两自由度原子干涉陀螺仪

说明书

本发明公开一种两自由度原子干涉陀螺仪，包括：原子制备模块，用于制备磁不敏感态的原子团，并将制备的原子团竖直上抛；原子干涉模块，用于在原子团上抛到干涉区时，利用拉曼光作用于原子团，使其进行朝向同轴的两个方向的分束，再对两个方向的分束分别进行反射，并使两个方向反射的分束分别与原始原子团的重合，每个方向的反射分束与原始原子团的重合形成该方向的原子干涉，进而实现原子团在两个方向的同时干涉；原子探测模块，用于利用拉曼光探测两个方向同时干涉后的原子团，分别选出两个方向的预设动量态的原子的数目，并根据两个方向预设动量态原子的数目同时确定两个方向的转速。本发明实现两轴同时干涉，且同时实现两轴转速的测量。

技术领域

本发明涉及惯性测量技术领域，更具体地，涉及一种两自由度原子干涉陀螺仪。

背景技术

惯性导航系统因其具有自主式导航的优点，在航空、陆地、水下导航方面得到了迅速的发展和广泛的应用，在惯性导航系统中加速度和转速的大小以及方向都在不断变化，要实时的给出精确地定位，必须同时明确不同加速度和转速的大小。因此，实现多轴加速度和转速的同时测量对惯性导航系统是非常重要。此外，它在基础科学研究，重力测量、资源勘探、重力辅助导航等领域具有重要的应用前景。

在转速测量方面，利用原子物质波的Sagnac效应实现的冷原子干涉陀螺仪，因其具有更高的潜在灵敏度，有望在新一代惯性导航技术的得到运用，将主要集中在导弹发射、航空航天、深空探测等领域。高精度的惯性导航系统需要加速度和转速的三轴实时测量，才能实时得到载体姿位。

目前国际很多小组利用原子干涉陀螺仪实现了多轴转速的测量，但他们并没有实现多轴转速的同时测量；如：2006年法国天文台Lagrangin小组利用三脉冲对抛方案，在y轴和z轴分别作用同一束拉曼光实现了两轴转速的测量，并且首次提出利用四脉冲配置实现x轴转速的测量，即该小组没有实现多轴同时测量(参考文献：B.Canuel,F.Leduc,D.Holleville,A.Gauguet,J.Fils,A.Virdis,*A.Clairon,N.Dimarcq,Ch.J.Borde′,andA.Landragin.Six-Axis Inertial Sensor Using Cold-Atom Interferometry,PRL 97,010402(2006))；2014年美国新墨西哥大学整体上也是采用三脉冲对抛配置实现两轴测量，但其进行的还是单轴原子干涉测量(参考文献：Akash V.et all.Dual-Axis High-Data-Rate Atom Interferometer via Cold Ensemble Exchange,PRA 2,054012(2014))。

现有原子干涉陀螺仪仅仅通过分时的测量实现多轴转速测量，对于高速运动的载体，载体的航姿在每个轴方向都要快速实时修正，这种分时的多轴测量将限制载体姿位修正精度。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决现有技术无法实现多轴转速同时测量的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种两自由度原子干涉陀螺仪，包括：原子制备模块，原子干涉模块以及原子探测模块；

所述原子制备模块，用于制备磁不敏感态的原子团，并将制备的原子团竖直上抛；

所述原子干涉模块，用于在原子团上抛到干涉区时，利用拉曼光作用于所述原子团，使其进行朝向同轴的两个方向的分束，再对两个方向的分束分别进行反射，并使两个方向反射的分束分别与原始原子团的重合，每个方向的反射分束与原始原子团的重合形成该方向的原子干涉，进而实现原子团在两个方向的同时干涉；

所述原子探测模块，用于利用拉曼光探测所述两个方向同时干涉后的原子团，分别选出两个方向的预设动量态的原子的数目，并根据两个方向预设动量态原子的数目同时确定两个方向的转速。