冷原子干涉儀的理論建模與誤差分析.pdf

1、自1991年斯坦福大學(xué)朱棣文小組演示了第一臺(tái)原子干涉慣性傳感器，利用冷原子干涉儀進(jìn)行慣性測量因具有極高的靈敏度日益受到重視。國內(nèi)外許多學(xué)者對拉曼脈沖型原子干涉慣性測量系統(tǒng)進(jìn)行了長期深入的研究，取得了矚目成就。鑒于大部分文獻(xiàn)提出的理論模型都較為簡化，本文以三脈沖冷原子干涉儀為研究對象，研究其精確理論模型并進(jìn)行誤差分析，為實(shí)現(xiàn)高精度慣性測量提供理論指導(dǎo)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴冷原子干涉儀理論建模主要包括：一方面，精確計(jì)算原子的經(jīng)

2、典運(yùn)動(dòng)軌跡，考慮原子自由空間演化、外界環(huán)境等，精確求解原子干涉儀的干涉相位，使得相位模型更加精確；另一方面，將拉曼脈沖對原子的作用綜合為與激光頻率、拉比頻率、原子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和原子位置等有關(guān)的拉曼脈沖作用算子—S和C，并用圖解的方法分析原子干涉過程，可以更為精確簡便地計(jì)算干涉儀輸出信號(hào)。⑵著重考慮了冷原子干涉儀慣性測量模型中的多普勒效應(yīng)。通過本文的分析，重力測量或旋轉(zhuǎn)角速度測量都會(huì)因?yàn)槎嗥绽招?yīng)導(dǎo)致失諧量過大，引起拉比頻率改變，從而導(dǎo)致躍遷

3、概率、干涉相位和干涉對比度的變化。理論分析了利用拉曼光頻率調(diào)制的方法補(bǔ)償多普勒頻移的可行性，并針對加速度計(jì)和陀螺儀分別提出了線性調(diào)制和三角函數(shù)調(diào)制的方法，有效抑制了多普勒效應(yīng)。⑶以冷原子干涉重力儀為研究對象，介紹了在不同脈沖周期T下掃描拉曼光頻率變化率來測量重力加速度的方法，并基于本文建立的冷原子干涉儀理論模型，分析了精確模型下該測量方法可能會(huì)產(chǎn)生的測量誤差。通過計(jì)算原子在重力和地球自轉(zhuǎn)作用下的經(jīng)典運(yùn)動(dòng)軌跡，以及精確求解干涉相位，分析了

4、科里奧利力會(huì)削弱干涉對比度和引入測量誤差，研究了用于減小科里奧利影響的旋轉(zhuǎn)拉曼光波矢法的可行性。⑷以冷原子干涉陀螺儀為研究對象，介紹了原子速度掃描測量絕對角速度的方法，并分析了該測量方法在原子干涉儀近似模型、精確模型下的適用性。針對其在精確模型下受到的多普勒效應(yīng)影響，提出了相應(yīng)的補(bǔ)償修正方法。通過多組數(shù)據(jù)的仿真分析，驗(yàn)證了經(jīng)過多普勒補(bǔ)償、角速度調(diào)制搬移后的原子速度掃描法能實(shí)現(xiàn)對較大量程（10-5rad/s~3rad/s）旋轉(zhuǎn)角速度的高精