具体实施方式

下面结合附图(图1-图3)和实施例对本发明进行说明。

图1是实施本发明一种原子陀螺仪的气室温度波动误差抑制方法的流程示意图。图2a为陀螺仪输出信号对原子密度的导数随检测光频率的变化关系示意图。图2b为原子是光学深度随检测光频率的变化关系示意图。图3为实施本发明一种原子陀螺仪的气室温度波动误差抑制方法的实验系统结构示意图。参考图1至图3所示，一种原子陀螺仪的气室温度波动误差抑制方法，将充有碱金属原子和惰性气体的气室进行加热、抽运和三维磁场补偿归零达到工作状态；然后标定陀螺仪的输出信号随输入角速率变化的系数；接着标定陀螺仪的输出信号随气室温度变化的系数，将其除以输出信号随输入角速率变化的系数，计算出陀螺仪的气室温度敏感系数；最后通过多次调节碱金属原子对检测光的光学深度降低陀螺仪的气室温度敏感系数直至为零，使陀螺仪的输出信号对气室温度的波动不再敏感，从而抑制气室温度波动引起的陀螺仪角速率测量误差。

所述方法包括以下步骤：步骤1，在陀螺仪敏感方向输入不同的惯性角速率Ω，测试陀螺仪的输出信号V_out与惯性输入角速率Ω之间的线性关系，V_out＝K₁Ω+b₁，其中K₁为陀螺仪输出信号随输入角速率变化的比例系数，b₁为无角速率输入时陀螺仪的输出偏置信号，记录比例系数K₁；步骤2，当陀螺仪达到工作状态后，改变气室温度设定值T，测试得到陀螺仪的输出信号V_out与气室温度T之间的线性关系，V_out＝K₂T+b₂，其中K₂为陀螺仪输出信号随气室温度变化的比例系数，b₂为陀螺仪随气室温度变化的偏置信号，记录比例系数K₂；步骤3，计算陀螺仪的输出信号对气室温度波动的敏感系数为K_T＝K₂/K₁；步骤4，通过调节检测光频率改变碱金属原子对检测光的光学深度，重复步骤1-步骤3进行气室温度敏感系数的标定，直至气室温度敏感系数为零，此时陀螺仪的输出信号对气室温度的波动不再敏感。

陀螺仪采用抽运和检测正交的光路，其中抽运光为圆偏振光用于极化原子，检测光为线偏振光，利用线偏振光通过气室后线偏振面旋转的角度提取出惯性测量信息。采用控制电路和算法对气室温度进行闭环控制，使气室温度较快达到稳定状态。所述步骤1和步骤2中，均采用线性最小二乘拟合法，拟合得到稳态偏置信号与气室温度及角速率输入的线性关系。所述调节碱金属原子对检测光的光学深度包括通过调节气室温度或改变检测光通过碱金属气室的光程或调节检测光频率的方式实现光学深度调节。所述光学深度调节的结果使得光学深度满足以下条件：

式中OD(v)光学深度，R_p为抽运率，为电子自旋与核自旋的自旋交换破坏碰撞弛豫，为电子自旋之间的自旋交换破坏碰撞弛豫。

本发明的原理是：采用检测光与抽运光正交的光路结构，假设检测光沿着x方向，则陀螺仪在x方向探测到的陀螺仪的输出信号V_out为：

V_out＝ηM_acI₀θe^-OD(ν) (1)

其中，η是探测器的光电转换效率；M_ac是前置放大器增益；I₀是检测光的光强；θ为旋光角，能够反映载体角速率的变化；OD(ν)为光学深度，是检测光频率的函数，描述了碱金属气室对入射光的衰减能力，光学深度OD(ν)的表达式为：

其中，l是检测光通过气室的光程，n为原子密度，r_e为电子半径，c为光速，f_D1为碱金属原子D1线的振荡强度，ν_pr为检测光频率，ν_D1为碱金属原子D1线的共振频率，Γ_D1为碱金属原子在缓冲气体中的D1线的压力展宽。由于气室温度的波动会引起原子密度的波动，从而引起原子弛豫率，原子极化率，旋光角和光学深度等参数的波动，最终导致陀螺仪输出信号的波动。因此气室温度的波动对陀螺仪的灵敏度和长期稳定性具有不利影响。结合式(1)和式(2)，将陀螺仪的输出信号V_out对原子密度n求导，其表达式为：

其中，γ_e和γ_n分别为电子自旋和核自旋的旋磁比，D(ν)是关于检测光频率的函数，R_p为抽运率，为电子自旋之间的自旋交换破坏碰撞弛豫，为电子自旋与核自旋的自旋交换破坏碰撞弛豫，为电子自旋的总弛豫率。由上式可知，当时，陀螺仪的输出对原子密度的导数为0，此时陀螺仪的输出对原子密度的波动不敏感，即陀螺仪的输出对气室温度的波动不敏感。当导数为0时，光学深度OD(ν)满足以下条件：

由式(2)可知，光学深度可以通过调节检测光频率而改变，因此，可以通过调节检测光频率，使陀螺仪的输出对气室温度的波动不敏感，从而抑制气室温度波动对陀螺仪的影响。

如图1所示，为本发明方法的流程图。

本发明的具体实施步骤如下：

(1)如图3实验系统示意图所示，将气室15通过无磁电加热系统16加热到工作温度，使用磁屏蔽系统18屏蔽地磁信号，抽运激光器1通过抽运激光稳功率模块2，通过第一光电探测器4接收的光作为反馈光进行稳光强，经过第一二分之一波片3和第一偏振分光棱镜5进行起偏，再经过反射镜6和经过四分之一波片7变为圆偏振光，圆偏振抽运激光沿z轴极化原子。检测激光器8经过检测激光稳功率模块9，通过第二光电探测器11接收到的光作为反馈光进行稳光强，经过第二二分之一波片10和第二偏振分光棱镜12变为线偏振光，沿x轴方向通过气室15，通过检测系统14检测气室内原子产生的法拉第旋转信号。信号发生器13与三维磁场控制线圈17连接，用于产生三个方向的磁场控制信号。

(2)在陀螺仪敏感方向输入不同的惯性角速率Ω，测试陀螺仪的输出信号V_out与惯性输入角速率Ω之间的线性关系，V_out＝K₁Ω+b₁，其中K₁为陀螺仪输出信号随输入角速率变化的比例系数，b₁为无角速率输入时陀螺仪的输出偏置信号，记录比例系数K₁。

(3)当陀螺仪达到工作状态后，改变气室温度设定值T，测试得到陀螺仪的输出信号V_out与气室温度T之间的线性关系，V_out＝K₂T+b₂，其中K₂为陀螺仪输出信号随气室温度变化的比例系数，b₂为陀螺仪随气室温度变化的偏置信号，记录比例系数K₂。

(4)计算陀螺仪的输出信号对气室温度波动的敏感系数为K_T＝K₁/K₂。

(5)改变检测光频率降低陀螺仪的气室温度敏感系数，陀螺仪的输出信号对原子密度的导数随检测光频率变化的曲线如图2a所示，反应了陀螺仪的气室温度敏感系数随检测光频率变化关系。碱金属原子对检测光的光学深度随检测光频率变化的曲线如图2b所示，当检测光频率调至图2a中的A和B点时，陀螺仪气室温度的敏感系数为零，此时陀螺仪对气室温度的波动不敏感，A点和B点对应的光学深度的表达式为：

在步骤(1)中，陀螺仪采用抽运和检测正交的光路，其中抽运光为圆偏振光用于极化原子，检测光为线偏振光，利用线偏振光通过气室后线偏振面旋转的角度提取出惯性测量信息。

在步骤(1)中，采用控制电路和算法对气室温度进行闭环控制，使气室温度较快达到稳定状态。

在步骤(2)和步骤(3)中，采用线性最小二乘拟合法，拟合得到陀螺仪的稳态偏置信号与气室温度及角速率输入的线性关系。

在步骤(5)中，碱金属原子对检测光的光学深度也可以通过调节气室的加热温度或改变检测光通过碱金属气室的光程实现调节。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造的保护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。