新型超高精度惯性传感器原理探索new

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1、技术前沿TECHNOLOGYFRONT新型超高精度惯性传感器原理探索ResearchonPrincipleofNewHigh-PrecisionInertialSensor南京航空航天大学航天学院　　盛庆红　刘微微　王惠南惯性传感器是构成惯性导航系统的核心器件，惯性导航系统的精度与性能取决于陀螺仪和加速度计的性能，其在导航制导技术领域（尤其是国防建设）的需求是该技术拓展新方向的源动力。采用新原理、新技术发展新型高精度、小型化惯性传感器是惯性技术研究与发展的重要方向之一。[2]展新型高精度、小型化惯

2、性传感器是导惯性技术，欧洲计划根据“空间惯性技术研究与发展的重要方向之应用中的高精度原子干涉测量技术”[1]一。进行空间飞行器的导航。冷原子随着现代物理学研究的深入和惯性器件正在从实验室研究逐步向盛庆红技术手段的发展，基于冷原子干涉的实用化转化，因此我国紧跟国际先进工学博士，硕士研究生导师，讲师。毕业于武汉大学摄影测量与遥感专业，原子陀螺仪和原子加速度计已成为研究方向，加大了冷原子惯性传感器工作单位为南京航空航天大学航天学可能。基于冷原子物质波萨格纳克原理的研究力度。院。主要研究领域为新型惯性测量

3、技术、效应的量子陀螺，可以获得极高灵敏超流体陀螺仪的研究对象是基高动态目标姿态测量和卫星摄影测量度的角速度，其理论灵敏度相当于激于玻色-爱因斯坦凝聚理论形成的等。以第一作者身份发表学术论文1010余篇，其中EI收录5篇。光陀螺和光纤陀螺的10倍，冷原子超流体，由于超流体的粘滞系数、流陀螺仪的灵敏度在10min平均时间体间以及流体对周围运动产生的阻-7达到1.4×10rad/s，冷原子惯性传感尼很小，当超流体腔体发生运动时，惯性传感器是构成惯性导航系器将成为精度最高的惯性测量器件，超流体可以保持其原

4、来的状态，利用统的核心器件，惯性导航系统的精度并可同时实现三轴线加速度和角速这一特性可以制造一个物理的惯性与性能取决于陀螺仪和加速度计的[1]度测量以及全张量重力梯度补偿。空间，因此基于超流体的新概念陀螺性能，导航制导技术领域（尤其是国由于冷原子惯性传感器的高精度、高在原理上可以进行高精度的惯性测防建设）的需求是该技术拓展新方-12性能和巨大的技术潜力，发达国家已量，预计精度可达到10rad/s，尤其向的源动力。采用新原理、新技术发[3]投入大量的人力物力，美国制定的适用于高精度姿态测量场合。目以

5、冷原子惯性传感器为核心的“精前，该方向的工程技术方面的研究尚*　基金项目：国家自然科学基金（60974107），教育部博士点基金（M0772-034）资助。确惯性导航系统”被视为下一代主处于起步阶段，因此探索有效的超流100航空制造技术·2011年第21期技术前沿TECHNOLOGYFRONT体量子陀螺的高精度测量的实现方2　对偶冷原子超高精度角速度和加拉曼激光束z案具有重要的科学意义和应用价值。y速度测量原理x冷原子传感器利用被激发的拉曼冷原子陀螺仪跃迁控制原子波束，通过反向传播的1　研究进展与

6、发展前景检测波束高通量原子波束，形成与萨格纳克相目前，美国斯坦福大学和耶鲁大位移动相反的2个原子干涉仪，其内学的冷原子惯性技术位居世界前列。部的拉曼原子状态是由同一激光束控[4]原子轨道反光镜+λ/41991年斯坦福大学和耶鲁大学共制的，从2条独立的原子束中减去干磁光陷腔体同研制了第一台冷原子干涉仪，用激涉测量信号，即可实现对寄生噪声源光冷却并囚禁原子的方法在磁光阱和各种系统效应的共模抑制。具体地中积累了大量冷原子后，拉曼脉冲激磁光陷A磁光陷B说，在传感器的闭合腔体中，激光脉冲发原子，原子相干地分

7、裂、偏转，最后图1　巴黎天文台研制的有2个磁光陷的超灵用于原子分束和原子反射，使2条原重新会聚成原子波束而产生干涉条敏原子陀螺模型子束沿着此闭合腔体进行反向传播，[9]纹，通过路径之间相位差测定重力加（尺寸为30mm×10mm×50mm）光脉冲将2束原子推入叠加区域，此-6速度灵敏度是3×10g/Hz。1998年同年德国汉诺威大学提出了研时不同状态的原子束处于不同的空间[5]耶鲁大学的Kasevich小组发明了制一种基于铷激光冷却的紧凑冷原轨迹，先分开后汇合，最后形成萨格纳[10]第一台原子陀螺仪

8、，用2个在垂直方子干涉陀螺仪的设想，该陀螺仪克干涉区，此时可观测到干涉条纹，从向分开约1m的冷原子源构成两个可提高精度的测量角速度和加速而实现对角速度的测量。铯原子干涉仪，测出2个不同位置度，通过小型重力计扩展了3个独对偶冷原子陀螺仪利用处的相位差。2002年，他们又改善立的原子激光联合干涉仪，从而用π/2→π→π/2的拉曼激光序列了冷原子源，扩大了2个原子源之小型几何体实现了具有3个独立原获得的干涉仪两臂间的相位差是由间的距离，测得重力加速度灵敏度子光干扰区的扩展干涉仪，灵敏度原