[发明专利]一种核磁共振陀螺闭环输出实时补偿系统及方法

说明书

本发明提供一种核磁共振陀螺闭环输出实时补偿方法，包括泵浦光信号采集及数模转换模块，相敏检波模块，泵浦光PID控制模块，下采样和滤波模块，闭环输出补偿模块。本发明提出的方法可以在泵浦光频率闭环稳定的情况下，建立起泵浦光功率变化与陀螺闭环输出之间的可控关联，将泵浦光闭环反馈信号作为泵浦光功率变化的表征，并对其进行一次或二次变换后叠加到实时陀螺闭环输出信号上作为最终输出，该方法不影响陀螺的输出特性，但能很好的改善陀螺长时间的零偏稳定性。

技术领域

本发明涉及核磁共振陀螺仪技术，特别涉及陀螺在闭环输出时的补偿方法。

背景技术

原子陀螺仪是在转子式陀螺仪、光学陀螺仪、和MEMES陀螺仪之后出现的一种新型陀螺仪，利用原子、电子、光子等微观粒子的自旋、波动、纠缠等量子特性，采用磁场、光场、温度场等操控手段，获得原子运动状态，从而间接得到载体的运动状态。

目前核磁共振陀螺仪是一种成熟度较高的原子陀螺仪，其利用原子自旋进动敏感载体转动信息，具有小体积、高精度、抗振动等特点，有望满足微小型装备，如微纳卫星、无人机、无人潜航器等对微小型高精度惯性器件的要求，有着广阔的应用前景。

核磁共振陀螺的闭环输出性能受各种因素影响，其中泵浦光的频率和功率就是其中最重要的影响因素之一。在核磁共振陀螺仪中，泵浦光用于极化碱金属原子，被极化的碱金属原子通过超自旋交换作用使惰性气体原子进动获得宏观核自旋磁矩，其频率和功率等参量会对宏观核自旋磁矩的进动产生重要影响，进而影响陀螺的性能。考虑到小型化的要求，通常会采用波长调制法来稳定泵浦光的频率，但是该方法会使激光器的控制电流产生偏移，从而使其功率产生缓慢漂移，最终影响核磁共振陀螺在长时间下的零偏稳定性。

发明内容

本发明解决的技术问题为：克服现有技术不足，利用泵浦激光功率漂移与核磁共振陀螺闭环输出长时间漂移高度相关的特点，提供一种核磁共振陀螺闭环输出实时补偿方法，可以有效的提高核磁共振陀螺仪的长时零偏稳定性。

本发明解决的技术方案为:

一种核磁共振陀螺闭环输出补偿系统，包括：泵浦光信号采集及数模转换模块、相敏检波模块、泵浦光PID控制模块、下采样和滤波模块、闭环输出补偿模块；

泵浦光信号采集及数模转换模块，将泵浦光的调制信号先后经过I/V放大、隔直滤波，并经数模转换处理后转换成吸收光谱数字信号；

相敏检波模块，产生解调信号，再将调制后的吸收光谱数字信号与解调信号进行相乘运算得到激光器输出频率与铷原子跃迁频率进行比较的误差信号，此误差信号经过低通滤波得到泵浦光吸收光谱的微分信号；

泵浦光PID控制模块，泵浦光吸收光谱的微分信号经过泵浦光PID控制模块得到泵浦光闭环反馈信号，该闭环反馈信号被送入下采样和滤波模块；

下采样和滤波模块，对泵浦光闭环反馈信号进行下采样和滤波处理；

闭环输出补偿模块，将核磁共振陀螺闭环输出信号和经下采样和滤波模块处理后的泵浦光闭环反馈信号组合到一起，实现实时的输出的补偿。

进一步的，下采样和滤波模块对泵浦光闭环反馈信号进行采样和滤波处理，具体为：将泵浦光闭环反馈信号首先进行下采样，降低带宽后再进行长时的滑动滤波，然后送入闭环输出补偿模块。

进一步的，所述长时的滑动滤波是指不小于1s的滑动滤波。

进一步的，闭环输出补偿模块，将核磁共振陀螺闭环输出信号和下采样和滤波模块处理后的泵浦光闭环反馈信号组合到一起，实现实时的输出的补偿，具体通过如下方式实现：

其中α和β为常数；S_n,为核磁共振陀螺的实时闭环输出信号，S_b为下采样和滤波处理后的的泵浦光闭环反馈信号,S_c为实时的补偿输出。