[发明专利]一种SERF原子自旋陀螺核自旋自补偿点闭环控制方法

权利要求书

1.一种SERF原子自旋陀螺核自旋自补偿点闭环控制方法，其特征在于，包括下列步骤：

步骤(1)、首先将SERF原子自旋陀螺固定在静止基座上，进行光抽运和磁场补偿后，调试至正常工作状态，在垂直于抽运激光方向施加不同频率的交流磁场，测量陀螺仪横向交流磁场响应的幅频特性曲线和相频特性曲线，找到碱金属电子共振峰对应的共振频率和共振相位；

步骤(2)、通过闭环控制系统动态调整平行于抽运激光方向补偿偏置磁场，实时控制碱金属电子共振峰的位置不变，使碱金属电子不受纵向环境磁场和惰性气体核子纵向磁场波动的影响，从而实现核自旋自补偿点闭环控制；

用于控制碱金属电子共振峰位置的实现方式包括如下两种之一：

(I)频率闭环控制方式，通过锁相环控制横向线圈驱动，使SERF原子自旋陀螺横向线圈产生交流驱动磁场，跟踪碱金属电子共振频率，锁相环输出的频率与碱金属电子初始共振频率比较，通过控制器控制纵向线圈驱动改变驱动信号，调节陀螺仪纵向线圈产生的补偿偏置磁场，使碱金属电子共振频率始终等于初始共振频率；低通滤波器滤除碱金属电子对横向交流磁场的高频响应，得到SERF原子自旋陀螺角速率测量信号；

根据Bloch方程求解的SERF原子自旋陀螺碱金属电子共振的幅频响应函数如公式(1)所示，

其中为碱金属电子沿x方向即检测激光方向的极化分量的交流响应幅度，γ_e为碱金属电子旋磁比，B₀为y方向驱动交流磁场的幅度，为碱金属电子纵向极化分量，Q为减速因子，ω为y方向驱动交流磁场的角频率，B_e为电子磁场，δB_z为z方向碱金属电子感受到的环境磁场，为碱金属电子总弛豫率；

通过闭环控制δB_z始终为0，使碱金属电子的共振频率锁定在ω＝γ_eB_e/Q＝ω₀，从而实现核自旋自补偿点闭环控制；

(II)相位闭环控制方式，通过横向线圈驱动控制SERF原子自旋陀螺横线线圈产生频率为碱金属电子初始共振频率的交流磁场，调制碱金属电子极化矢量，锁相放大器参考驱动频率对陀螺仪输出信号进行解调，解调相位与碱金属电子初始共振相位比较，通过控制器控制纵向线圈驱动改变驱动信号，调节陀螺仪纵向线圈产生的补偿偏置磁场，使碱金属电子共振解调相位始终等于初始共振相位；低通滤波器滤除碱金属电子对横向交流磁场的高频响应，得到SERF原子自旋陀螺角速率测量信号；

根据Bloch方程求解的SERF原子自旋陀螺碱金属电子共振的相频响应函数如公式(2)所示，

其中，θ为SERF原子自旋陀螺y方向交流磁场响应的相位；

通过闭环控制δB_z始终为0，使碱金属电子的共振解调相位始终等于从而实现核自旋自补偿点闭环控制。