[发明专利]原子干涉惯性测量方法及系统

说明书

本发明中原子干涉惯性测量系统包括：原子源、真空腔室、激光装置、检测装置、控制装置。本发明提供了一种新的原子干涉惯性测量方法。通过控制装置控制第一对拉曼激光、第二对拉曼激光和第三对拉曼激光进行特定时序下的启闭，实现了与特定纵向速度的原子群体发生马赫‑泽德干涉作用，获得具有速度选择特性的干涉信号。对所述干涉信号进行数学方法解算后获得加速度和转动角速率的值。在其他条件一定时，该方法的动态范围不再受限于典型的连续式马赫‑泽德干涉惯性测量的干涉信号的π相位，而是受限于拉曼光时序控制下所能选取的原子速度范围v_min～v_max及单个惯性测量周期内完成的马赫‑泽德干涉次数N，动态范围相比于前者有了显著的提高。

技术领域

本发明属于量子精密测量中的惯性测量领域，具体涉及一种原子干涉惯性测量方法及系统。

背景技术

原子干涉惯性测量系统具有高精度的加速度和转动角速度测量潜力。原子干涉惯性测量系统在惯性导航、基础科学研究和工程技术等领域有着广阔的应用前景。在惯性导航系统的应用中，原子干涉惯性测量系统可以测量载体的加速度和转动角速度，并通过计算获得载体的位置和运动姿态。

传统技术中，常规的马赫-泽德型光脉冲原子干涉惯性测量系统使用拉曼激光对原子束或原子云团进行相干操控，通过分束、反射、合束、检测的操作获得干涉条纹。将两束对向原子束的干涉相移进行求和或差分，解算载体的加速度或转动角速率。当加速度或转动角速率变化过大导致干涉相移超出(0,π)范围后，将无法判断干涉相移处于哪一个半周期内，从而无法解算出加速度或转动角速率的值。此时原子干涉惯性测量系统的动态范围受限于(0,π)的干涉相位。原子干涉惯性测量系统在加速度变化率或角加速率较大的场景下的应用受到限制。

发明内容

基于此，为了解决传统技术中原子干涉惯性测量系统的动态范围受限于(0,π)的干涉相位的问题，本发明提出一种新的原子干涉惯性测量方法及系统。

一种原子干涉惯性测量方法，应用于包括原子源、激光装置、真空装置、控制装置和检测装置的原子干涉惯性测量系统，其特征在于，包括：

S100，所述原子源提供原子束；

S110，所述控制装置改变第一对拉曼激光、第二对拉曼激光和第三对拉曼激光的时间间隔，所述原子束依次与所述第一对拉曼激光、所述第二对拉曼激光和所述第三对拉曼激光发生第n次作用，产生马赫-泽德干涉，n为整数且n的初始值为1；

S120，所述检测装置采集干涉信号并储存，N为一个原子惯性测量工作周期中原子惯性测量的次数，N为整数，若n等于N，转至S130，若n小于N，将n增加1，转至S110；

S130，解算所述干涉信号得到加速度和转动角速率。

在一个实施例中，所述S110包括：

S111，所述激光装置提供态制备激光；

S112，所述态制备激光将所述原子束的原子制备到特定基态能级；

S113，所述激光装置提供所述第一对拉曼激光、所述第二对拉曼激光和所述第三对拉曼激光；

S114，所述控制装置控制所述第一对拉曼激光、所述第二对拉曼激光和所述第三对拉曼激光在特定时间点开启和关断；

S115，经过所述态制备激光的所述原子束依次与所述第一对拉曼激光、所述第二对拉曼激光和所述第三对拉曼激光发生作用而经历分束、反射、合束的过程，产生马赫-泽德干涉。

在一个实施例中，所述S113中：所述第一对拉曼激光、所述第二对拉曼激光和所述第三对拉曼激光与所述原子束运动方向垂直；所述第一对拉曼激光、所述第二对拉曼激光和所述第三对拉曼激光对于所述原子束(111)中期望发生相互作用的原子的拉比相位依次为π/2、π和π/2。