[发明专利]一种基于磁场反馈的原子自旋陀螺仪捷联系统

权利要求书

1.一种基于磁场反馈的原子自旋陀螺仪捷联系统，其特征在于，包括：台体、速率陀螺仪、原子自旋陀螺仪；

所述速率陀螺仪和原子自旋陀螺仪固定安装在台体上；

所述原子自旋陀螺仪的2个敏感轴与速率陀螺仪的敏感轴垂直；

所述速率陀螺仪测量台体绕Z轴的角速度，所述原子自旋陀螺仪的2个轴分别测量台体绕Y和X轴的角速度；原子自旋陀螺仪通过磁场补偿来消除正交耦合误差；

所述捷联惯性系统的原子自旋陀螺仪工作在极化状态，在极化状态下，原子自旋陀螺仪的运动学方程，具体为：

式中，为碱金属原子的电子自旋极化率在X轴的投影分量；为碱金属原子的电子自旋极化率在Y轴的投影分量；为碱金属原子的电子自旋极化率在Z轴的投影分量；为碱金属电子自旋总的弛豫率；R_p为驱动激光的光抽运率；q为减慢因子，代表原子自旋总角动量与电子自旋所占角动量的比值；ω_x为原子自旋陀螺仪绕X轴的角速度；ω_y为原子自旋陀螺仪绕Y轴的角速度；ω_z为原子自旋陀螺仪绕Z轴的角速度；γ_e为碱金属原子的电子自旋旋磁比；B_x、B_y、B_z分别为沿原子自旋陀螺仪X轴、Y轴和Z轴的磁场；

还包括磁场补偿模块，所述磁场补偿模块用于进行沿原子自旋陀螺仪Z轴的磁场补偿计算，具体为：

1)通过速率陀螺仪实时测量得到ω_z；

2)驱动磁场B_z，使

此时，原子自旋陀螺仪的运动学方程，具体为：

所述磁场补偿模块还用于进行原子自旋陀螺仪X轴和Y轴磁场补偿，获得补偿后的角速度，具体为：

1)实时测量得到和

2)经过控制器C_x(s)后，驱动磁场B_y使趋于零；经过控制器C_y(s)后，驱动磁场B_x使趋于零；其中，

3)根据磁场B_x和B_y的值，求得角速度ω_x、ω_y：

2.根据权利要求1所述的一种基于磁场反馈的原子自旋陀螺仪捷联系统，其特征在于：所述控制器C_x(s)和C_y(s)根据磁补偿回路的带宽、静态和动态精度确定，在系统为II型时，设带宽为f_c，则有：

其中，

3.根据权利要求1所述的一种基于磁场反馈的原子自旋陀螺仪捷联系统，其特征在于：根据速率陀螺仪作为敏感元件测量出台体Z轴角速率ω_z，以及原子自旋陀螺测量的角速度ω_x和ω_y，经过姿态更新后实时给出载体相对惯性空间的姿态的具体方法如下：

1)给出四元数的初值λ、ρ₁、ρ₂、ρ₃；

2)台体稳定在惯性空间时，取ω_z＝0，ω_x＝0且ω_y＝0；台体相对惯性空间转动时，测量得到ω_z，和经过补偿后，得到ω_x和ω_y；

3)由如下姿态更新方程得到一组新的四元数λ、ρ₁、ρ₂、ρ₃：

4)根据所述一组新的四元数λ、ρ₁、ρ₂、ρ₃得到捷联系统相对于惯性坐标系的坐标变化矩阵具体如下：

5)在下一导航时刻，将步骤3)得到的一组新的四元数λ、ρ₁、ρ₂、ρ₃作为四元数的初值，重新返回步骤2)，依此循环，直至导航任务结束。