[发明专利]一种基于原子自旋陀螺仪的单轴惯性平台系统

说明书

本发明公开了一种基于原子自旋陀螺仪的单轴惯性平台系统，包括：基座、台体、陀螺仪组合和控制器；其中，所述陀螺仪组合设置于所述台体的上部；所述基座通过轴与所述台体相连接，轴的一端与轴端力矩电机相连接，轴的另一端设置有轴端角度传感器；所述陀螺仪组合包括1个速率陀螺仪和1个原子自旋陀螺仪，该平台的陀螺仪组合采用1个速率陀螺仪和1个两自由度原子自旋陀螺仪，其中速率陀螺仪用来控制平台台体轴稳定，原子自旋陀螺仪用来控制台体另外两个轴的角速率；本发明采用平台与捷联相结合的混合式工作方式，可满足载体的全姿态运动和高精度的使用要求。

技术领域

本发明属于惯性测量技术领域，尤其涉及一种基于原子自旋陀螺仪的单轴惯性平台系统，适用于要求全姿态的核潜艇、弹道导弹、巡航导弹、战斗机。

背景技术

陀螺仪作为角速度传感器是惯性导航系统中的核心器件，其性能高低是制约导航系统精度的关键因素。陀螺仪经历了第一代机械陀螺仪(气浮陀螺仪、液浮陀螺仪、三浮陀螺仪、动力调谐陀螺仪、静电陀螺仪等)、第二代光学陀螺仪(激光陀螺仪、光纤陀螺仪等)、第三代微机电MEMS陀螺仪，目前在研的是第四代原子陀螺仪。原子陀螺仪中的无自旋交换弛豫原子自旋陀螺仪具有超高的理论精度，理论上精度可达10^-8°/h。因此，原子自旋陀螺仪在长航时的惯性导航中具有非常好的应用前景。

原子自旋陀螺仪利用电子自旋定轴性测量载体的转动，基本原理类似于机电转子式陀螺仪，但是不需要驱动转子转动的结构，也不需要维持转子转动的框架和轴承，因而原子自旋陀螺仪在实现高精度、小型化的同时，可以测量两个方向的角速度信息，但其缺点是在垂直于两个输入轴的方向如果有角速度时将会带来测量误差，影响原子自旋陀螺仪的使用精度。

为此，需要研究基于原子自旋陀螺仪的惯性系统使用方案，最大程度发挥原子自旋陀螺仪的精度潜力，满足未来惯性系统全姿态、高精度的需求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于原子自旋陀螺仪的单轴惯性平台系统，该惯性平台系统具有全姿态、大机动、高精度的优点，满足未来惯性平台全姿态、高精度的需求。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种基于原子自旋陀螺仪的单轴惯性平台系统，包括：基座、台体、陀螺仪组合和控制器；其中，所述陀螺仪组合设置于所述台体的上部；所述基座通过轴与所述台体相连接，轴的一端与轴端力矩电机相连接，轴的另一端设置有轴端角度传感器；所述陀螺仪组合包括1个速率陀螺仪和1个原子自旋陀螺仪，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，所述控制器分别与速率陀螺仪、轴端力矩电机相连接，所述速率陀螺仪通过控制器控制轴端力矩电机使台体绕台体轴的角速度为零，所述原子自旋陀螺仪的2个轴分别测量台体绕台体Y_p和Z_p轴的角速度，通过数学解算得到平台台体在空间中的姿态信息；其中，基座对应的本体坐标系为基座本体坐标系X₁Y₁Z₁，台体对应的本体坐标系为台体本体坐标系X_pY_pZ_p；两个坐标系的原点重合，台体本体坐标系的Z_p轴与基座本体坐标系的Z₁轴重合；其中，在所述单轴惯性平台系统发生内部相对转动时，基座绕台体本体坐标系的Z_p轴转动。

上述基于原子自旋陀螺仪的单轴惯性平台系统中，所述速率陀螺仪的输入轴与台体坐标系OX_pY_pZ_p中的台体轴Z_p平行，原子自旋陀螺仪的2个输入轴分别与台体轴Z_p垂直且原子自旋陀螺仪的2个输入轴相互垂直，原子自旋陀螺仪的2个输入轴分别与台体坐标系OX_pY_pZ_p中的台体轴X_p、台体轴Y_p平行。