冷原子干涉陀螺仪在惯性导航领域的研究现状及展望_邹鹏飞

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1、2013年8月第4期现代导航·263·冷原子干涉陀螺仪在惯性导航领域的研究现状及展望邹鹏飞，颜树华，林存宝，王国超，魏春华（国防科技大学机电工程与自动化学院,长沙410073）摘要：随着激光冷却等原子光学技术的进步，利用冷原子作为波源的冷原子干涉陀螺仪正在快速发展，有望成为惯性导航领域颇具发展潜力的新型陀螺技术。介绍了国内外冷原子干涉陀螺仪的研究现状和原子干涉仪惯性测量的基本原理，并对斯坦福大学、巴黎天文台和汉诺威大学的三种不同类型冷原子干涉陀螺仪的性能特点进行了对比分析。针对当前冷原子干涉技术的局限性，展望了未来冷原子干

2、涉陀螺仪在惯性导航领域推广应用的改进方案及发展前景。关键词：原子干涉；冷原子陀螺仪；惯性导航；综述中图分类号U666.1文献标识码：A文章编号：1674-7976-(2013)04-263-07ResearchStatusandProspectsofColdAtomInterferometryGyroscopeinInertialNavigationFieldsZOUPengfei,YANShuhua,LINCunbao,WANGGuochao,WEIChunhuaAbstract:Withtheprogressoflas

3、ercoolingandotheratomopticstechnologies,thecoldatominterferometrygyroscopebasedoncoldatomwaveisdevelopingrapidly,anditpromisestobeanovelgyroscopetechnologyininertialnavigationareas.Theresearchstatusofcoldatominterferometrygyroscopeandtheprincipleofatominterferomet

4、ryareintroduced,andacomparativeanalysisofthecharacteristicsamongthethreedistincttypesofcoldatominterferometrygyroscopesinStanfordUniversity,ObservatoiredeParisandHanoverUniversityiscarriedout.Theimprovingschemesanddevelopingprospectsofcoldatominterferometrygyrosco

5、pearediscussedbyfocusingonitscurrentlimitations,aimingatitswiderapplicationininertialnavigationfields.Keywords:AtomInterferometer;ColdAtomGyroscope;InertialNavigation;Review随时间迅速积累，即导航精度随时间而发散，长期0引言稳定性差。因此，如何进一步提高陀螺仪的测量精度和灵敏度成为各国科学研究的一个热点。经过一惯性导航系统作为一种自主式导航系统，与卫百多

6、年的发展，从传统的刚体转子陀螺仪到新型的星导航系统相比具有全天候、全时空、隐蔽性好、固态陀螺仪，从利用光电技术的激光、光纤陀螺仪不易被干扰、无法被反利用和生存能力强等优点；到利用MEMS技术的微机陀螺仪，不同种类的陀但是作为一种推算式导航系统，陀螺仪和加速度计螺仪在多领域得到了广泛应用。虽然陀螺仪性能有误差（特别是陀螺仪误差）将导致其导航参数误差了较大的改进和提高，但仍然难以满足快速发展的高精度惯性导航系统的需求。而自从1991美国StevenChu演示了第一台原子干涉惯性传感器，基收稿日期：2013-07-03。·264

7、·现代导航2013年于原子干涉的陀螺仪和加速度计等传感器在惯性AtomInterferometryinSpace，HYPER）”计划。这[1]测量及航天控制领域显示出巨大潜力。些大型研究计划的开展使原子惯性技术取得了很原子波和光波类似，都可以发生干涉。然而，大的技术突破，目前实验条件下的冷原子陀螺仪、与以光作为敏感介质不同，原子干涉仪以原子作为加速度计、重力仪和重力梯度仪已经接近或达到同敏感介质，利用原子的能级性质、波动性质对原子种类仪器最好的技术性能。正是在这些计划的支持波包操作实现干涉。原子具有德布罗意波长短、自下，美

8、国的斯坦福大学、法国巴黎天文台和德国汉由演化时间长和响应频率窄等优点，并且由于原子诺威大学等研究单位对原子惯性技术的研究走在具有质量、内部结构和能级，干涉现象呈现出比光了世界的前列，并逐步从实验室步入工程应用阶子更丰富的内容，可应用于转速、加速度、重力梯段。而原子陀螺仪在我国还处于原理探索和初步试度、引