[发明专利]一种反射式单光束双轴原子自旋陀螺仪

权利要求书

1.一种反射式单光束双轴原子自旋陀螺仪，其特征在于，包括沿z轴正向入射原子气室的第一抽运光束和沿z轴负向入射所述原子气室的第二抽运光束，所述第二抽运光束是所述第一抽运光束从所述原子气室出射后通过反射镜反射形成的反射光束，所述第二抽运光束从所述原子气室出射后通过非偏振分光棱镜反射侧反射到光电探测平衡差分检测模块，所述光电探测平衡差分检测模块将差分信号传输给锁相放大器信号采集模块，所述锁相放大器信号采集模块采集转动信号并通过调整参考信号的相移实现双轴惯性信号解耦。

2.根据权利要求1所述的反射式单光束双轴原子自旋陀螺仪，其特征在于，所述第一抽运光束来自激光器，所述激光器通过依次串联的第一1/2波片、第一偏振分光棱镜、第一起偏器、液晶相位延迟器、第二起偏器、第二1/2波片、格兰泰勒棱镜、1/4波片和所述非偏振分光棱镜连接所述原子气室。

3.根据权利要求2所述的反射式单光束双轴原子自旋陀螺仪，其特征在于，所述第一偏振分光棱镜的反射侧连接频率稳定模块，所述频率稳定模块连接所述激光器，所述格兰泰勒棱镜的反射侧连接抽运激光光强稳定电路，所述抽运激光光强稳定电路连接所述液晶相位延迟器。

4.根据权利要求1所述的反射式单光束双轴原子自旋陀螺仪，其特征在于，所述光电探测平衡差分检测模块包括分别连接所述锁相放大器信号采集模块的第一光电探测器和第二光电探测器，所述第一光电探测器连接第二偏振分光棱镜的透射侧，所述第二光电探测器连接第二偏振分光棱镜的反射侧，所述第二偏振分光棱镜的输入侧通过第三1/2波片连接所述非偏振分光棱镜的反射侧。

5.根据权利要求1所述的反射式单光束双轴原子自旋陀螺仪，其特征在于，所述原子气室的外围向外依次设置有烤箱、三轴线圈和磁屏蔽层。

6.根据权利要求1所述的反射式单光束双轴原子自旋陀螺仪，其特征在于，所述原子气室内充有碱金属、惰性气体和淬灭气体。

7.根据权利要求1所述的反射式单光束双轴原子自旋陀螺仪，其特征在于，所述调整参考信号的相移包括通过高精度转台输入y方向固定角速率，调整解调参考信号的相移φ，当解调信号不再敏感y方向角速率，定义该相移对应的系统输出通道为第一输出通道CH1，该通道仅敏感x方向的转动输入；另一输出通道的解调相位则为φ+90°，定义该相移对应的系统输出通道为第二输出通道CH2，该通道仅敏感y方向的转动输入，完成双轴信号解耦。

8.根据权利要求7所述的反射式单光束双轴原子自旋陀螺仪，其特征在于，所述双轴惯性信号解耦包括所述第一输出通道CH1输出的相移φ通过归零y方向转动输入的耦合响应来确定，所述第二输出通道CH2的具体相移根据归零x方向的转动耦合响应来确定。

9.根据权利要求1所述的反射式单光束双轴原子自旋陀螺仪，其特征在于，陀螺仪操作包括以下步骤：

步骤1，把反射式单光束双轴原子自旋陀螺仪安装于载体平台上，开启加热系统，对屏蔽系统内的剩磁进行磁场精准补偿，对原子系综进行光抽运，为了方便说明原理，我们定义z方向为抽运光第一次入射原子气室时的传播方向，定义陀螺仪指天的方向为y方向，x方向通过右手定则可以获得；

步骤2，在垂直于抽运光的平面上施加一个旋转调制磁场其中B_m是旋转调制磁场的幅值，ω是旋转调制磁场的角频率，和是x和y方向的单位矢量，该旋转调制磁场对电子自旋产生调制作用，使得转动信息被调制至高频，进而用于信号提取；

步骤3，抽运光束第一次出射气室后，调整反射镜的位置和方向，使得光束经过反射镜反射再次经过气室，与原子相互作用的长度提高了一倍，信号强度也相应得到了增加，可以有效增加信噪比；

步骤4，待系统信号稳定后，利用三轴磁场线圈施加z方向补偿磁场，把陀螺仪调整至核自旋自补偿状态，使之具有抵御环境低频磁噪声波动的能力；

步骤5，反射后的抽运光束被非偏振分光棱镜改变传播方向，进入平衡差分检测模块，经过锁相放大器信号采集模块对光强信号中的一倍频信号进行解调，提取得到由转动输入产生的电压响应信号；

步骤6，通过高精度转台输入y方向固定角速率，调整解调参考信号的相移φ，当解调信号不再敏感y方向角速率，定义该相移对应的系统输出通道为第一输出通道CH1，该通道仅敏感x方向的转动输入；另一输出通道的解调相位则为φ+90°，定义该相移对应的系统输出通道为第二输出通道CH2，该通道仅敏感y方向的转动输入，完成双轴信号解耦；

步骤7，通过高精度转台依次输入不同的角速率，采集对应的电压信号响应，从而标定电压信号和转动输入之间的关系，得到转动标度因数，完成校准并可开始使用。