[发明专利]一种用于原子自旋惯性测量装置的气室温度误差抑制方法

说明书

一种用于原子自旋惯性测量装置的气室温度误差抑制方法，以原子自旋惯性测量装置的气室温度为研究对象，针对气室温度易受外界环境未知噪声干扰的问题，以确保实际温度值与期望温度值之间误差的方差最小为原则来设计控制器，同时结合利用最小二乘参数估计方法，建立了一种实时在线修正控制器参数的气室温度控制方法，实现了对气室温度的高精度控制，对由于外界未知干扰噪声引起的温度波动进行了有效抑制。本发明面向原子自旋惯性测量装置的气室温度误差抑制，具有抑制效果好、控制精度高、抗干扰性强与便于工程实现的特点，适用于原子惯性测量装置的气室温度控制领域。

技术领域

本发明涉及一种用于原子自旋惯性测量装置的气室温度误差抑制方法，适用于原子惯性测量装置的气室温度控制领域。

背景技术

惯性导航作为感知载体运动信息的关键技术，被普遍应用于航空航天、水下勘探等领域。陀螺仪作为测量角速度的关键核心部件，在惯导系统中扮演着重要的角色。伴随光学探测与量子操控技术的突破性进展，基于无自旋交换弛豫原理的原子自旋惯性测量装置成为一大研究热点，它具有做成小型化原子自旋陀螺仪的潜力，被认为是未来超高精度、小体积陀螺仪的发展方向。

原子气室是原子自旋惯性测量装置的核心器件，其温度的波动将对惯性测量装置输出信号的零偏稳定性等指标产生重大影响。目前对气室温度的控制普遍采用传统的PID算法(PID，Proportional Integral Derivative，比例积分微分)，但是这种方法对由外界环境未知噪声引起的气室温度误差的抑制能力具有一定的局限性。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，针对原子自旋惯性测量装置气室温度易受外界环境未知噪声干扰而波动的问题，提出一种用于原子自旋惯性测量装置的气室温度误差抑制方法，用以对气室温度进行高精度控制。

本发明的技术解决方案如下：

一种用于原子自旋惯性测量装置的气室温度误差抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A，连接温控电路板至电脑上位机并设定气室期望温度值，调整抽运激光与检测激光功率与频率，并给三维磁补偿线圈以适当激励，使原子自旋陀螺仪达到近似工作状态；

步骤B，温控电路板采集来自温度传感器的当前气室温度值，并利用最小二乘法在线实时估计步骤C中的控制器参数；

步骤C，以确保实际温度值与期望温度值之间误差的方差最小为原则，设计控制器结构，然后将步骤B中得到的控制器参数代入，计算最终的控制量，进而输出控制电压；

步骤D，温控电路板将步骤C中的控制电压与其内部产生的高频正弦信号相乘得到输出信号，输出信号经过功率放大后，加载到粘贴于气室上的加热膜上，对气室进行加热，然后返回步骤B；

在执行完步骤A后，步骤B到步骤D循环进行，实现对气室温度的高精度控制，达到对气室温度误差抑制的目的。

所述步骤B中包括以下步骤：

步骤B1，设定控制器参数估计矩阵的初值、协方差矩阵的初值；

步骤B2，利用温度测量值、控制器输出值以及温度估计值构造数据矩阵，同时构建控制器参数矩阵；

步骤B3，计算最小二乘法修正系数；

步骤B4，计算控制器参数估计矩阵，从而得到控制器参数的估计值；

步骤B5，计算协方差矩阵；

通过上述步骤，得到实时的控制器参数，用于后续的控制器设计。