[发明专利]一种基于冷原子干涉陀螺仪的惯性导航装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于冷原子干涉陀螺仪的惯性导航装置，包括原子钟、三轴冷原子干涉陀螺仪、三轴光学陀螺仪、三轴力平衡加速度计、三轴冷原子干涉加速度计、伺服系统、角度传感器、平台台体、三轴平台框架和计算模块，本发明还公开了一种基于冷原子干涉陀螺仪的惯性导航方法。本发明基于物质波干涉的原子干涉仪在惯性测量方面具有很高的测量精度潜力，将冷原子干涉陀螺仪和冷原子干涉仪加速度计与现有光学陀螺仪和力平衡加速度计结合使用，构建平台式惯性导航系统可实现导航精度的提高。

技术领域

本发明属于原子惯性测量技术领域，具体涉及一种基于冷原子干涉陀螺仪的惯性导航装置。还涉及一种基于冷原子干涉陀螺仪的惯性导航方法。

背景技术

随着量子技术的发展成熟，基于原子的传感器得到了很大的发展，用于时频基准的原子钟，用于惯性量测量的原子干涉仪等器件，逐渐得到广泛应用。冷原子干涉仪作为一种新的惯性测量器件具有潜在的高测量精度，可用于冷原子干涉陀螺仪、冷原子干涉加速度计等惯性量的测量，经过二十多年的发展，冷原子陀螺仪和冷原子干涉重力仪的测量精度已与现有的惯性传感器相当。基于原子干涉仪的惯性器件测量精度提升潜力巨大，是高精度惯性导航系统最有竞争力的候选者之一，但由于工作模式和操控技术的限制，其目前还不能满足惯性导航系统的应用需求。

原子干涉惯性传感器实际应用中主要受限于典型工作模式下，原子干涉惯性传感器采样率低，存在测量周期中的“死时间”和动态范围小等限制。作为独立的惯性传感器，原子干涉惯性传感器不能满足惯性导航系统的要求。但为了将原子干涉惯性传感器高的测量精度应用于惯性导航系统中，结合平台式惯性导航系统，将原子干涉惯性传感器安装在平台台体上以获得良好的工作环境，同时原子干涉惯性传感器作为一个监控器，测量平台台体的运动信息，用于校准平台式惯性导航系统中惯性器件的漂移误差，从而把原子干涉惯性传感器的性能传递给平台式惯性导航系统，用以提高平台式惯性导航系统的导航精度，延长其借助外部信息重校准的时间间隔。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供了一种基于冷原子干涉陀螺仪的惯性导航装置，还提供了一种基于冷原子干涉陀螺仪的惯性导航方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种基于冷原子干涉陀螺仪的惯性导航装置，包括原子钟、三轴冷原子干涉陀螺仪、三轴光学陀螺仪、三轴力平衡加速度计、三轴冷原子干涉加速度计、伺服系统、角度传感器、平台台体、三轴平台框架和计算模块，

原子钟、三轴冷原子干涉陀螺仪、三轴光学陀螺仪、三轴力平衡加速度计、三轴冷原子干涉加速度计均设置在平台台体上，

角度传感器设置在三轴平台框架的框架上，

伺服系统设置在三轴平台框架的框架上，

原子钟分别与三轴冷原子干涉陀螺仪、三轴光学陀螺仪、三轴力平衡加速度计和三轴冷原子干涉加速度计连接，

三轴冷原子干涉陀螺仪、三轴光学陀螺仪、三轴力平衡加速度计和三轴冷原子干涉加速度计分别与计算模块连接，

计算模块还分别与角度传感器和伺服系统连接。

一种基于冷原子干涉陀螺仪的惯性导航方法，包括以下步骤：

步骤1、原子钟产生时间频率基准传输到三轴冷原子干涉陀螺仪、三轴光学陀螺仪、三轴力平衡加速度计和三轴冷原子干涉加速度计；

步骤2、三轴力平衡加速度计输出加速度信号a_FB(t)到计算模块，

三轴冷原子干涉加速度计输出测量加速度信号a_at(t)到计算模块，