混合抽运原子双轴惯性测量的耦合分析与噪声抑制方法

基本信息
批准号:61773043
项目类别:面上项目
资助金额:67.00
负责人:全伟
学科分类:
依托单位:北京航空航天大学
批准年份:2017
结题年份:2021
起止时间:2018-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:李海容,陆吉玺,范文峰,姜丽伟,刘峰,魏凯,邢力,任丹阳,黄炯
关键词:
混合抽运惯性测量电子弛豫导航原子自旋
结项摘要

Atomic spin instrument based on the atomic spin effect can realize the measurement of dual-axis inertia rotation by the method of hybrid optical pumping. However, the coupling of the inertia signals and distractions, for example the coupling of residual magnetic field, magnetic noise and inertia rotation, the coupling of dual-axis inertia rotation signal resulting from the light shift, the interference noise enhancement caused by dual-axis inputting, and multi-physics coupling perplexing closed-loop control, strongly disturb the inertia measurement stability and precision because of the perturbation of the external distractions on the quantum state. Aiming at these problems, the following research works are mainly developed. The polarization method and the efficiency of the three kinds of atoms, the interference mechanism of residual magnetic field and magnetic noise on SERF regime, the decoupling of dual-axis inertia ration signals and magnetic signal, the decoupling of the dual-axis inertia signals are performed. The precision closed loop control under various distractions, such as mechanical, electrical, optical, magnetic, thermal, detective and the other interferences are researched. Meanwhile, the effectiveness of decoupling model and close loop manipulation technique are verified. The expected achievement can be applied in the study of CPT, fifth force and the other front fields in physics area, as well as establishing technology foundation for the long-time, high-precision navigation techniques(quantum navigation).

在量子传感领域,基于原子自旋效应,采用混合光抽运手段可实现双轴惯性测量。但由于外界多干扰因素对量子态的干扰,导致惯性信号和干扰因素强耦合影响双轴惯性测量,表现为剩磁和磁噪声与惯性角速率的耦合、光频移引起双轴惯性角速率之间的耦合、双轴惯性角速率输入时干扰噪声增强效应以及多物理场耦合闭环操控复杂等问题,最终影响双轴惯性测量精度和稳定性。本项目将针对上述问题,重点开展混合光抽运下三类原子的极化方法与效率分析、剩磁和磁噪声对SERF态的干扰机制研究、惯性双轴转动信号与磁场信号解耦研究、惯性双轴角速率信号之间解耦研究、力/电/光/磁/热/检测光等多干扰噪声下的原子自旋精密闭环操控方法,以及解耦建模与闭环操控方法的有效性验证。预期成果将服务于前沿物理科学中CPT和第五种力等诺贝尔奖级命题的科学研究,为长时间高精度导航用惯性传感器件跨代发展(量子导航)提供重要技术基础。

项目摘要

在量子传感领域,基于原子自旋效应,采用混合光抽运手段可实现双轴惯性测量。但由于外界多干扰因素对量子态的干扰,导致惯性信号和干扰因素强耦合影响双轴惯性测量,表现为剩磁和磁噪声与惯性角速率的耦合、光频移引起双轴惯性角速率之间的耦合、双轴惯性角速率输入时干扰噪声增强效应以及多物理场耦合闭环操控复杂等问题,最终影响双轴惯性测量精度和稳定性。本项目针对上述问题,重点开展了混合光抽运下三类原子的极化方法与效率分析、剩磁和磁噪声对SERF态的干扰机制研究、惯性双轴转动信号与磁场信号解耦研究、惯性双轴角速率信号之间解耦研究、力/电/光/磁/热/检测光等多干扰噪声下的原子自旋精密闭环操控方法,以及解耦建模与闭环操控方法的有效性验证。提出了一种实时测量混合碱金属密度比的方法;实现了惯性信号和磁场信号之间的解耦;提出了光频移磁场补偿双轴解耦方法,设计了计及检测光影响的SERF惯性测量闭环控制方案。在项目支持下,发表了SCI论文22篇,申请了国家发明专利25项,其中5项已获得授权。取得的成果可服务于前沿物理科学中CPT和第五种力等诺贝尔奖级命题的科学研究,为长时间高精度导航用惯性传感器件跨代发展(量子导航)提供重要技术基础。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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