[发明专利]一种SERF惯性测量自屏蔽三维磁场线圈

权利要求书

1.一种SERF惯性测量自屏蔽三维磁场线圈，其特征在于：自屏蔽三维磁场线圈分为圆柱径向自屏蔽线圈，圆柱轴向自屏蔽线圈和电流源(12)；两个外型相同、方位正交的圆柱径向自屏蔽线圈产生x、y方向的磁场，一个圆柱轴向自屏蔽线圈产生z方向的磁场；径向和轴向自屏蔽线圈构成自屏蔽三维磁场线圈，在SERF惯性测量中，三维磁场线圈在原子气室敏感范围内产生高均匀度的磁场，起到主动磁补偿和施加磁场调制信号的作用；自屏蔽三维磁场线圈一方面为原子气室(10)创造较高均匀度的磁场环境，另一方面，将其产生的磁场在磁屏蔽筒(1)和屏蔽线圈之间快速衰减为零；

圆柱径向自屏蔽线圈由两层线圈构成，分别是屏蔽线圈和主线圈，将圆柱径向自屏蔽线圈表面分成U×V个子区域，采用基于正则化手段的目标场法设计，设计步骤如下：

首先，确定圆柱径向自屏蔽线圈上的表面电流密度表达式，其中，主线圈电流密度表达式为：

屏蔽线圈电流密度表达式为：

其中，分别为主线圈和屏蔽线圈电流密度表达式的高度分量和方位角分量，P_mn和Q_mn为待定系数，L、L_S分别为主线圈和屏蔽线圈高度，a、b为主线圈和屏蔽线圈半径，M、N分别为待定阶次；

然后，选定目标场点，应用毕奥-萨伐尔定律，求所选目标场点的磁场表达式如下：

其中：

为原子气室(10)均匀区内磁场强度的y分量，为屏蔽线圈外与原点距离为x的一个圆柱表面上磁场强度的y分量，ω为角频率，μ₀为真空磁导率，ε₀为真空介电常数，i为虚数单位，r_i为原子气室(10)均匀区内的点的位置矢量，r_o为屏蔽线圈外与原点距离为x的一个圆柱表面上的点的位置矢量，r′为主线圈上点的位置矢量，r ″为屏蔽线圈上点的位置矢量，R_iP＝|r_i-r′|为r_i和r′的距离，相应的R_iS＝|r_i- r ″|，R_oP＝|r_o-r′|，R_oS＝|r_o-r″|；

最后，对电流密度表达式加入曲率约束，由Tikhonov正则化法则计算电流密度表达式中的待定系数，使用流函数方法得到实际的电路走线。

2.根据权利要求1所述的一种SERF惯性测量自屏蔽三维磁场线圈，其特征在于：圆柱轴向自屏蔽线圈同样由屏蔽线圈和主线圈构成，其设计方法为0-1整数规划，设计步骤如下：将屏蔽线圈和主线圈所在的圆柱形区域沿z轴方向分成若干电流圆环；选定目标场点，对若干电流圆环在目标场点处产生的磁场求和，对磁场有贡献的电流圆环记为1，无贡献的电流圆环记为0；求出圆柱轴向自屏蔽线圈的电流分布。

3.根据权利要求1所述的一种SERF惯性测量自屏蔽三维磁场线圈，其特征在于：电流源对自屏蔽三维磁场线圈中的屏蔽线圈和主线圈同步施加特定比例的电流。