銫磁力儀與載體匹配技術研究.pdf

1、基于人類對大自然不斷的探索、發(fā)現(xiàn)以及實際應用的需要,地球磁場以及地磁導航的研究正逐漸成為導航領域的研究熱點。通過近幾十年的快速發(fā)展,已經(jīng)證明地磁導航具有無源、無輻射、全天時、全天候、全地域、能耗低等優(yōu)良特征,并且地磁場為矢量場,在地球近地空間內任意一點的地磁矢量都不同于其它地點的矢量,且與該點的地理經(jīng)緯度存在一一對應的關系。因此,地磁場為航空、航天、航海以及潛航提供了天然的坐標系。本文以國際科技合作項目為背景,研究了地磁導航中的一些關鍵

2、技術,包括銫光泵磁力儀機理、地磁導航中載體自身消磁技術、磁補償方法以及載體與磁力儀匹配技術。研究工作主要是下面3個方面:
　　1、為了獲得磁力儀與水下載體的最佳匹配點,本文在局部區(qū)域進行了地磁測量,并通過克里金插值法重構地磁圖。在地磁圖中的平緩區(qū)域進行水下載體對周圍磁場影響實驗。結果表明,在所選擇的空間中,在未放置和放置水下載體時,磁場變化極為明顯,同一位置的測量點相差可達2700nT以上。可見在水下地磁測量時必須考慮水下載體自身

3、磁場的影響,為此我們在載體空間的8個平面進行了8方位載體磁測實驗,并通過相關系數(shù)法進行了數(shù)據(jù)分析,得到了2個銫磁力儀與水下載體的最佳匹配點,使銫磁力儀間的差值受載體磁場影響較小。
　　2、常用的消磁方法是以消磁線圈進行消磁,屬于“硬補償”,該方法工序繁瑣,設備復雜,受限制較多。本文則主要研究“軟補償”,即在相關匹配的基礎上,將水下載體進行水下360°旋轉磁測實驗,分析了在不同航向上水下載體對銫磁力儀的影響,從而得到水下載體自身磁場

4、的消磁方法,給出不同航向上每個磁力儀測量值的補償方法,更加真實的還原水下地磁場值,為高精度水下地磁導航及建立水下地磁圖打下基礎。
　　3、分析了銫原子在磁場中發(fā)生塞曼效應而形成塞曼子能級的過程,給出了銫光泵磁力儀的理論分析和系統(tǒng)設計,通過光學布洛赫方程詳細解釋了在激光抽運時,銫原子各塞曼子能級粒子數(shù)隨時間演化的過程?？梢园l(fā)現(xiàn)原子在磁場中作拉莫爾進動,而其態(tài)矢量在各個塞曼子能級上的分布也同時作一定的周期性變化,當態(tài)矢量偏離初始時刻時