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闭环原子干涉惯性测量方法及装置实用新型专利

更新时间:2024-07-01
闭环原子干涉惯性测量方法及装置实用新型专利 专利申请类型:实用新型专利;
源自:北京高价值专利检索信息库;

专利名称:闭环原子干涉惯性测量方法及装置

专利类型:实用新型专利

专利申请号:CN202210718670.1

专利申请(专利权)人:清华大学
权利人地址:北京市海淀区清华园

专利发明(设计)人:冯焱颖,颜培强,孟至欣

专利摘要:本申请涉及一种闭环原子干涉惯性测量方法及装置。方法包括:产生原子束对、拉曼激光对和检测激光对;拉曼激光对用于与原子束对发生相互作用,使原子束产生干涉;检测激光对用于与干涉后的原子束对发生作用,生成待测光对;采集待测光对,得到目标干涉信号对,并根据目标干涉信号对、干涉信号表达式,确定信号和值和信号差值;通过预设的第一调整策略,调整拉曼激光对的补偿参数,并基于补偿参数,返回执行产生拉曼激光对步骤,直到确定出的信号和值和信号差值均为零;根据拉曼激光对的补偿参数、第一对应关系、第二对应关系,确定目标载体线加速度、目标载体转动角速率。扩大了原子干涉惯性测量的使用范围。

主权利要求:
1.一种原子干涉惯性测量方法,其特征在于,所述方法应用于目标载体上的原子干涉惯性测量系统,所述原子干涉惯性测量系统包括原子源、激光装置,所述方法包括:通过所述原子源产生原子束对、并通过所述激光装置产生拉曼激光对;所述拉曼激光对与所述原子束对发生相互作用,使得所述原子束对各自产生干涉;
通过所述激光装置产生检测激光对;所述检测激光对用于与干涉后的原子束对发生作用,生成目标待测光对;所述拉曼激光对包括第一拉曼激光对、第二拉曼激光对、第三拉曼激光对;所述原子束对用于根据预设顺序分别与所述第一拉曼激光对、所述第二拉曼激光对、所述第三拉曼激光对发生作用;所述补偿参数包括相位补偿参数、频率补偿参数;
采集所述目标待测光对,得到目标干涉信号对,并根据所述目标干涉信号对、干涉信号表达式,确定信号和值和信号差值;
通过所述相位补偿参数,调整所述第二拉曼激光对中两束拉曼激光的相位差;
通过所述频率补偿参数,分别调整所述第一拉曼激光对中拉曼激光的频率、所述第三拉曼激光对中拉曼激光的频率,并基于所述补偿参数,返回执行所述通过所述激光装置产生拉曼激光对的步骤,直到确定出的信号和值和信号差值均为零;
在所述信号和值和信号差值均为零的情况下,根据所述拉曼激光对的补偿参数、所述补偿参数与载体线加速度的第一对应关系、所述补偿参数与载体转动角速率的第二对应关系,确定所述目标载体的线加速度、所述目标载体转动角速率;
在所述信号和值和所述信号差值均为零的情况下,根据所述信号和表达式、所述信号差表达式,确定所述补偿参数与干涉相位的第三对应关系;
根据所述第三对应关系、所述目标载体线加速度与所述干涉相位的对应关系,确定所述补偿参数与目标载体线加速度的第一对应关系;
根据所述第三对应关系,以及所述目标载体的转动角速率与所述干涉相位的对应关系,确定所述补偿参数与目标载体的转动角速率的第二对应关系。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
基于预设的第二补偿参数,通过所述激光装置产生初始拉曼激光对;所述初始拉曼激光对用于与所述原子束对发生相互作用,得到初始干涉原子束对;
通过所述激光装置产生检测激光对;所述检测激光对用于与初始干涉原子束对发生作用,生成初始待测光对;
采集所述初始待测光对,得到初始干涉信号对;
根据所述初始干涉信号对、所述预设的第二补偿参数、预设的目标载体线加速度、预设的目标载体转动角速率,得到所述干涉信号对应的直流偏移值、所述干涉信号对应的幅度值、初始相位差干涉相位;
基于所述直流偏移值、所述幅度值、所述初始相位差干涉相位,构建所述干涉信号表达式。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
针对所述目标干涉信号对中的每个干涉信号,获取所述干涉信号对应的干涉信号表达式;
对两个所述干涉信号表达式进行求和处理,得到信号和表达式;
对两个所述干涉信号表达式进行求差处理,得到信号差表达式。
4.一种原子干涉惯性测量系统,其特征在于,所述系统包括原子源、激光装置、发生装置、检测装置、控制装置;所述控制装置分别与所述原子源、所述激光装置、所述检测装置电连接;所述原子源放置在所述发生装置中;其中:所述原子源,用于产生原子束对;
所述激光装置,用于产生检测激光、根据补偿参数产生拉曼激光对;所述拉曼激光对与所述原子束对发生相互作用,使得所述原子束对各自产生干涉;所述检测激光对用于与干涉后的原子束对发生作用,生成目标待测光对;
所述拉曼激光对包括第一拉曼激光对、第二拉曼激光对、第三拉曼激光对;所述原子束对用于根据预设顺序分别与所述第一拉曼激光对、所述第二拉曼激光对、所述第三拉曼激光对发生作用;所述补偿参数包括相位补偿参数、频率补偿参数;
所述激光装置,还用于根据所述相位补偿参数,调整所述第二拉曼激光对中两束拉曼激光的相位差;还用于根据所述频率补偿参数,分别调整所述第一拉曼激光对中拉曼激光的频率、所述第三拉曼激光对中拉曼激光的频率;
所述发生装置,用于提供所述拉曼激光对与所述原子束对发生干涉的空间、所述检测激光对与所述干涉后的原子束对发生作用的空间;
所述检测装置,用于采集所述目标待测光对,得到目标干涉信号对,并将所述目标干涉信号对发送给所述控制装置;
所述控制装置,用于根据所述目标干涉信号对、干涉信号表达式,确定信号和值和信号差值;还用于在所述信号和值和信号差值均为零的情况下,根据所述拉曼激光对的补偿参数、所述补偿参数与目标载体线加速度的第一对应关系、所述补偿参数与目标载体转动角速率的第二对应关系,确定所述目标载体线加速度、所述目标载体转动角速率;在所述信号和值和所述信号差值均为零的情况下,根据所述信号和表达式、所述信号差表达式,确定所述补偿参数与干涉相位的第三对应关系;
所述控制装置,还用于调整所述补偿参数,并把所述补偿参数发送给所述激光装置;
所述控制装置,还用于根据所述第三对应关系、所述目标载体线加速度与所述干涉相位的对应关系,确定所述补偿参数与目标载体线加速度的第一对应关系;
所述控制装置,还用于根据所述第三对应关系,以及所述目标载体的转动角速率与所述干涉相位的对应关系,确定所述补偿参数与目标载体的转动角速率的第二对应关系。
5.一种原子干涉惯性测量装置,其特征在于,所述装置包括:
第一产生模块,用于通过原子源产生原子束对、并通过激光装置产生拉曼激光对;所述拉曼激光对与所述原子束对发生相互作用,使得所述原子束对各自产生干涉;
第二产生模块,用于通过所述激光装置产生检测激光对;所述检测激光对用于与干涉后的原子束对发生作用,生成目标待测光对;
所述拉曼激光对包括第一拉曼激光对、第二拉曼激光对、第三拉曼激光对;所述原子束对用于根据预设顺序分别与所述第一拉曼激光对、所述第二拉曼激光对、所述第三拉曼激光对发生作用;
第一采集模块,用于采集所述目标待测光对,得到目标干涉信号对,并根据所述目标干涉信号对、干涉信号表达式,确定信号和值和信号差值;
调整模块,用于通过预设的第一调整策略,调整所述拉曼激光对的补偿参数,所述激光装置产生拉曼激光对的步骤,直到确定出的信号和值和信号差值均为零;
所述调整模块,还用于通过所述频率补偿参数,分别调整所述第一拉曼激光对中拉曼激光的频率、所述第三拉曼激光对中拉曼激光的频率,并基于所述补偿参数,返回执行所述通过所述激光装置产生拉曼激光对的步骤,直到确定出的信号和值和信号差值均为零;
确定模块,用于在所述信号和值和信号差值均为零的情况下,根据所述拉曼激光对的补偿参数、所述补偿参数与目标载体线加速度的第一对应关系、所述补偿参数与目标载体转动角速率的第二对应关系,确定所述目标载体线加速度、所述目标载体转动角速率;在所述信号和值和所述信号差值均为零的情况下,根据所述信号和表达式、所述信号差表达式,确定所述补偿参数与干涉相位的第三对应关系;
所述确定模块,还用于根据所述第三对应关系、所述目标载体线加速度与所述干涉相位的对应关系,确定所述补偿参数与目标载体线加速度的第一对应关系;
所述确定模块,还用于根据所述第三对应关系,以及所述目标载体的转动角速率与所述干涉相位的对应关系,确定所述补偿参数与目标载体的转动角速率的第二对应关系。
6.根据权利要求5所述的原子干涉惯性测量装置,其特征在于,装置还包括:第三产生模块,用于基于预设的第二补偿参数,通过激光装置104产生初始拉曼激光对;初始拉曼激光对用于与原子束对发生相互作用,使原子束产生干涉,得到初始干涉原子束对;
第四产生模块,用于通过激光装置产生检测激光对;检测激光对用于与初始干涉原子束对发生作用,生成初始待测光对;
第二采集模块,用于采集初始待测光对,得到初始干涉信号对;
第一确定模块,用于根据初始干涉信号对、预设的第二补偿参数、预设的目标载体线加速度、预设的目标载体转动角速率,得到干涉信号对应的直流偏移值、干涉信号对应的幅度值、初始相位差干涉相位;
构建模块,用于基于直流偏移值、幅度值、初始相位差干涉相位,构建干涉信号表达式。
7.根据权利要求6所述的原子干涉惯性测量装置,其特征在于,装置还包括:第二确定模块,用于针对目标干涉信号对中的每个干涉信号,获取干涉信号对应的干涉信号表达式;
第三确定模块,用于对两个干涉信号表达式进行求和处理,得到信号和表达式;
第四确定模块,用于对两个干涉信号表达式进行求差处理,得到信号差表达式。
8.一种计算机设备,包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至3中任一项所述的方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至3中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机程序产品,包括计算机程序,其特征在于,该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至3中任一项所述的方法的步骤。 说明书 : 闭环原子干涉惯性测量方法及装置技术领域[0001] 本申请涉及量子精密测量技术领域,特别是涉及一种闭环原子干涉惯性测量方法及装置。背景技术[0002] 随着量子精密测量技术的发展,出现了原子干涉惯性测量技术,这个技术可以测量目标载体的线加速度和目标载体的转动角速率,进而基于目标载体的线加速度和目标载体的转动角速率,通过计算可以得到目标载体的位置和运动姿态。因此,在惯性导航、基础科学研究和工程技术等领域有着广阔的应用前景。[0003] 传统技术中,常规的拉曼‑马赫‑泽德型(Raman‑Mach‑Zehnder)光脉冲原子干涉惯性测量系统使用拉曼激光对原子束或原子云团进行相干操控,通过分束、反射、合束、检测的操作获得干涉信号。将干涉信号的干涉相移进行求和或差分,解算目标载体的惯性数据,比如线加速度、转动角速率等。其中,干涉相移是指原子束经过信号检测得到的干涉信号的相位变化量。[0004] 然而,干涉信号是呈现余弦函数的周期性变化的。在传统技术中,存在跨周期歧义问题,即不能判断干涉相移处于哪个半周期的,因此,在传统技术中默认干涉相移是在最小的半周期(0,π)内,再根据干涉相移得到当前的干涉相位,进而计算出目标载体的线加速度、目标载体的转动角速率。当干涉相移超出(0,π)后,基于干涉相移计算得到的目标载体的线加速度、目标载体的转动角速率并不是真实值。也就是说,当干涉相移超出(0,π)时,无法直接测量得到目标载体的线加速度、目标载体的转动角速率。发明内容[0005] 基于此,有必要针对上述技术问题,提供一种能够通过拉曼激光对的补偿参数来计算得到目标载体线加速度、目标载体转动角速率的原子干涉惯性测量方法、装置、计算机设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品。[0006] 第一方面,本申请提供了一种原子干涉惯性测量方法。所述方法应用于目标载体上的原子干涉惯性测量系统,所述原子干涉惯性测量系统包括原子源、激光装置,所述方法包括:[0007] 通过所述原子源产生原子束对、并通过所述激光装置产生拉曼激光对;所述拉曼激光对与所述原子束对发生相互作用,使得所述原子束对各自产生干涉;[0008] 通过所述激光装置产生检测激光对;所述检测激光对用于与干涉后的原子束对发生作用,生成目标待测光对;[0009] 采集所述目标待测光对,得到目标干涉信号对,并根据所述目标干涉信号对、干涉信号表达式,确定信号和值和信号差值;[0010] 通过预设的第一调整策略,调整所述拉曼激光对的补偿参数,所述激光装置产生拉曼激光对的步骤,直到确定出的信号和值和信号差值均为零;[0011] 在所述信号和值和信号差值均为零的情况下,根据所述拉曼激光对的补偿参数、所述补偿参数与载体线加速度的第一对应关系、所述补偿参数与载体转动角速率的第二对应关系,确定所述目标载体线加速度、所述目标载体转动角速率。[0012] 在其中一个实施例中,所述拉曼激光对包括第一拉曼激光对、第二拉曼激光对、第三拉曼激光对;所述原子束对用于根据预设顺序分别与所述第一拉曼激光对、所述第二拉曼激光对、所述第三拉曼激光对发生作用;所述补偿参数包括相位补偿参数、频率补偿参数;所述通过预设的第一调整策略,调整所述拉曼激光对的补偿参数包括:[0013] 通过所述相位补偿参数,调整所述第二拉曼激光对中两束拉曼激光的相位差;[0014] 通过所述频率补偿参数,分别调整所述第一拉曼激光对中拉曼激光的频率、所述第三拉曼激光对中拉曼激光的频率。[0015] 在其中一个实施例中,所述方法还包括:[0016] 在所述信号和值和所述信号差值均为零的情况下,根据所述信号和表达式、所述信号差表达式,确定所述补偿参数与干涉相位的第三对应关系;[0017] 根据所述第三对应关系、所述目标载体线加速度与所述干涉相位的对应关系,确定所述补偿参数与目标载体线加速度的第一对应关系;[0018] 根据所述第三对应关系,以及所述目标载体的转动角速率与所述干涉相位的对应关系,确定所述补偿参数与目标载体的转动角速率的第二对应关系。[0019] 在其中一个实施例中,所述方法还包括:[0020] 基于预设的第二补偿参数,通过所述激光装置产生初始拉曼激光对;所述初始拉曼激光对用于与所述原子束对发生相互作用,使原子束产生干涉,得到初始干涉原子束对;[0021] 通过所述激光装置产生检测激光对;所述检测激光对用于与初始干涉原子束对发生作用,生成初始待测光对;[0022] 采集所述初始待测光对,得到初始干涉信号对;[0023] 根据所述初始干涉信号对、所述预设的第二补偿参数、预设的目标载体线加速度、预设的目标载体转动角速率,得到所述干涉信号对应的直流偏移值、所述干涉信号对应的幅度值、初始相位差干涉相位;[0024] 基于所述直流偏移值、所述幅度值、所述初始相位差干涉相位,构建所述干涉信号表达式。[0025] 在其中一个实施例中,所述方法还包括:[0026] 针对所述目标干涉信号对中的每个干涉信号,获取所述干涉信号对应的干涉信号表达式;[0027] 对两个所述干涉信号表达式进行求和处理,得到信号和表达式;[0028] 对两个所述干涉信号表达式进行求差处理,得到信号差表达式。[0029] 第二方面,本申请还提供了一种原子干涉惯性测量系统。所述系统包括原子源、激光装置、发生装置、检测装置、控制装置;所述控制装置分别与所述原子源、所述激光装置、所述检测装置电连接;所述原子源放置在所述发生装置中;其中:[0030] 所述原子源,用于产生原子束对;[0031] 所述激光装置,用于产生检测激光、根据补偿参数产生拉曼激光对;所述拉曼激光对与所述原子束对发生相互作用,使得所述原子束对各自产生干涉;所述检测激光对用于与干涉后的原子束对发生作用,生成目标待测光对;[0032] 所述发生装置,用于提供所述拉曼激光对与所述原子束对发生相互作用的空间、所述检测激光对与所述干涉后的原子束对发生作用的空间;[0033] 所述检测装置,用于采集所述目标待测光对,得到目标干涉信号对,并将所述目标干涉信号对发送给所述控制装置;[0034] 所述控制装置,用于根据所述目标干涉信号对、干涉信号表达式,确定信号和值和信号差值;还用于在所述信号和值和信号差值均为零的情况下,根据所述拉曼激光对的补偿参数、所述补偿参数与目标载体线加速度的第一对应关系、所述补偿参数与目标载体转动角速率的第二对应关系,确定所述目标载体线加速度、所述目标载体转动角速率。[0035] 在其中一个实施例中,所述拉曼激光对包括第一拉曼激光对、第二拉曼激光对、第三拉曼激光对;所述原子束对用于根据预设顺序分别与所述第一拉曼激光对、所述第二拉曼激光对、所述第三拉曼激光对发生作用;所述补偿参数包括相位补偿参数、频率补偿参数;所述系统包括:[0036] 所述控制装置,用于调整所述补偿参数,并把所述补偿参数发送给所述激光装置;[0037] 所述激光装置,用于根据所述相位补偿参数,调整所述第二拉曼激光对中两束拉曼激光的相位差;还用于根据所述频率补偿参数,分别调整所述第一拉曼激光对中拉曼激光的频率、所述第三拉曼激光对中拉曼激光的频率。[0038] 在其中一个实施例中,所述系统还包括:[0039] 所述控制装置,用于在所述信号和值和所述信号差值均为零的情况下,根据所述信号和表达式、所述信号差表达式,确定所述补偿参数与干涉相位的第三对应关系;[0040] 所述控制装置,还用于根据所述第三对应关系、所述目标载体线加速度与所述干涉相位的对应关系,确定所述补偿参数与目标载体线加速度的第一对应关系;[0041] 所述控制装置,还用于根据所述第三对应关系,以及所述目标载体的转动角速率与所述干涉相位的对应关系,确定所述补偿参数与目标载体的转动角速率的第二对应关系。[0042] 在其中一个实施例中,所述系统还包括:[0043] 所述激光装置,用于基于预设的第二补偿参数,产生初始拉曼激光对;所述初始拉曼激光对用于与所述原子束对发生相互作用,使原子束产生干涉,得到初始干涉原子束对;[0044] 所述激光装置,还用于产生检测激光对;所述检测激光对用于与初始干涉原子束对发生作用,生成初始待测光对;[0045] 所述检测装置,用于采集所述初始待测光对,得到初始干涉信号对;[0046] 所述控制装置,用于根据所述初始干涉信号对、所述预设的第二补偿参数、预设的目标载体线加速度、预设的目标载体转动角速率,得到所述干涉信号对应的直流偏移值、所述干涉信号对应的幅度值、初始相位差干涉相位;[0047] 所述控制装置,还用于基于所述直流偏移值、所述幅度值、所述初始相位差干涉相位,构建所述干涉信号表达式。[0048] 在其中一个实施例中,所述系统还包括:[0049] 所述控制装置,用于针对所述目标干涉信号对中的每个干涉信号,获取所述干涉信号对应的干涉信号表达式;[0050] 所述控制装置,还用于对两个所述干涉信号表达式进行求和处理,得到信号和表达式;[0051] 所述控制装置,还用于对两个所述干涉信号表达式进行求差处理,得到信号差表达式。[0052] 第三方面,本申请还提供了一种原子干涉惯性测量装置。所述装置包括:[0053] 第一产生模块,用于通过原子源产生原子束对、并通过激光装置产生拉曼激光对;所述拉曼激光对与所述原子束对发生相互作用,使得所述原子束对各自产生干涉;[0054] 第二产生模块,用于通过所述激光装置产生检测激光对;所述检测激光对用于与干涉后的原子束对发生作用,生成目标待测光对;[0055] 第一采集模块,用于采集所述目标待测光对,得到目标干涉信号对,并根据所述目标干涉信号对、干涉信号表达式,确定信号和值和信号差值;[0056] 调整模块,用于通过预设的第一调整策略,调整所述拉曼激光对的补偿参数,所述激光装置产生拉曼激光对的步骤,直到确定出的信号和值和信号差值均为零;[0057] 确定模块,用于在所述信号和值和信号差值均为零的情况下,根据所述拉曼激光对的补偿参数、所述补偿参数与目标载体线加速度的第一对应关系、所述补偿参数与目标载体转动角速率的第二对应关系,确定所述目标载体线加速度、所述目标载体转动角速率。[0058] 在其中一个实施例中,所述拉曼激光对包括第一拉曼激光对、第二拉曼激光对、第三拉曼激光对;所述原子束对用于根据预设顺序分别与所述第一拉曼激光对、所述第二拉曼激光对、所述第三拉曼激光对发生作用;所述调整模块用于:[0059] 通过所述相位补偿参数,调整所述第二拉曼激光对中两束拉曼激光的相位差;[0060] 通过所述频率补偿参数,分别调整所述第一拉曼激光对中拉曼激光的频率、所述第三拉曼激光对中拉曼激光的频率。[0061] 在其中一个实施例中,所述确定模块还用于:[0062] 在所述信号和值和所述信号差值均为零的情况下,根据所述信号和表达式、所述信号差表达式,确定所述补偿参数与干涉相位的第三对应关系;[0063] 根据所述第三对应关系、所述目标载体线加速度与所述干涉相位的对应关系,确定所述补偿参数与目标载体线加速度的第一对应关系;[0064] 根据所述第三对应关系,以及所述目标载体的转动角速率与所述干涉相位的对应关系,确定所述补偿参数与目标载体的转动角速率的第二对应关系。[0065] 在其中一个实施例中,所述装置还包括:[0066] 第三产生模块,用于基于预设的第二补偿参数,通过所述激光装置产生初始拉曼激光对;所述初始拉曼激光对用于与所述原子束对发生相互作用,使原子束产生干涉,得到初始干涉原子束对;[0067] 第四产生模块,用于通过所述激光装置产生检测激光对;所述检测激光对用于与初始干涉原子束对发生作用,生成初始待测光对;[0068] 第二采集模块,用于采集所述初始待测光对,得到初始干涉信号对;[0069] 第一确定模块,用于根据所述初始干涉信号对、所述预设的第二补偿参数、预设的目标载体线加速度、预设的目标载体转动角速率,得到所述干涉信号对应的直流偏移值、所述干涉信号对应的幅度值、初始相位差干涉相位;[0070] 构建模块,用于基于所述直流偏移值、所述幅度值、所述初始相位差干涉相位,构建所述干涉信号表达式。[0071] 在其中一个实施例中,所述系统还包括:[0072] 第二确定模块,用于针对所述目标干涉信号对中的每个干涉信号,获取所述干涉信号对应的干涉信号表达式;[0073] 第三确定模块,用于对两个所述干涉信号表达式进行求和处理,得到信号和表达式;[0074] 第四确定模块,用于对两个所述干涉信号表达式进行求差处理,得到信号差表达式。[0075] 第四方面,本申请还提供了一种计算机设备。所述计算机设备包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现以第一方面所述的步骤。[0076] 第五方面,本申请还提供了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现以第一方面所述的步骤。[0077] 第六方面,本申请还提供了一种计算机程序产品。本申请还提供了一种计算机程序产品。所述计算机程序产品,包括计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现以第一方面所述的步骤。[0078] 上述原子干涉惯性测量方法、装置、计算机设备、存储介质和计算机程序产品,通过补偿参数调整拉曼激光对,将信号和值、信号差值均锁定在零值处,得到补偿参数与目标载体线加速度的对应关系、补偿参数与目标载体转动角速率的对应关系,进而根据补偿参数计算得到目标载体的线加速度、目标载体的转动角速率。也就是说,本方案不需要通过判断目标干涉信号对对应的干涉相移来确定干涉相位,因此,即使干涉相移超出预定范围,也可以通过补偿参数直接得到目标载体的线加速度、目标载体的转动角速率,扩大了原子干涉惯性测量的使用范围。附图说明[0079] 图1为一个实施例中原子干涉惯性测量方法的应用环境图;[0080] 图2为一个实施例中原子干涉的原理图;[0081] 图3为一个实施例中原子干涉惯性测量方法的流程示意图;[0082] 图4为另一个实施例中原子干涉的原理图;[0083] 图5为另一个实施例中补偿参数的调整方法的流程示意图;[0084] 图6为一个实施例中原子干涉惯性测量装置的结构框图;[0085] 图7为一个实施例中计算机设备的内部结构图。具体实施方式[0086] 为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。[0087] 本申请实施例提供的原子干涉惯性测量方法,可以应用于终端中,该终端可以是具有通过反馈系统实时控制补偿参数以使干涉信号值锁定在零值处进而实现惯性测量功能的终端,如原子干涉惯性测量系统。如图1所示,为本申请实施例提供的一种原子干涉惯性测量系统的应用环境图,其中,该原子干涉惯性测量系统包括原子源102、激光装置104、发生装置106、检测装置108、控制装置110。控制装置110分别与原子源102、激光装置104、检测装置108电连接;原子源102放置在发生装置106中。[0088] 控制装置110控制原子源通量,原子源102根据原子源通量产生双向对射原子束对。其中,原子源102可以是一个提供原子的腔室;双向对射原子束对是两束方向相对发射的原子束。可选的,如图2所示,双向对射原子束对包括原子束1和原子束2。其中,原子束1的轨迹是从左到右,原子束2的轨迹是从右到左。图2中实线表示原子束1的轨迹,虚线表示原子束2的轨迹。箭头表示激光的光路方向。激光包括态制备激光对、拉曼激光对、检测激光对。态制备激光对包括态制备激光1、态制备激光2。拉曼激光对包括第一拉曼激光对、第二拉曼激光对、第三拉曼激光对。第一拉曼激光对包括拉曼激光11、拉曼激光12。第二拉曼激光对包括拉曼激光21、拉曼激光22。第三拉曼激光对包括拉曼激光31、拉曼激光32。检测激光对包括检测激光1和检测激光2。图2中的 表示目标载体转动角速度、表示目标载体线加速度。拉曼激光对中拉曼激光的光路均垂直于双向对射原子束的发射方向。可以理解,目标载体转动角速率、目标载体线加速度会影响原子束对发生干涉。可选的,原子束的类别可以是连续热原子束或连续冷原子束。原子束中的原子类别可以是钾、铷、铯、镁、钙、锶等碱金属或碱土金属中的任意一种。以原子类别为铷(Rb)为示例,原子源102可以是一个内部装87 87填 Rb原子的腔室。原子源102上还可以安装加热元件。控制装置110控制加热元件对 Rb原87 87子进行加热,产生具有一定压力的 Rb原子蒸气。Rb原子蒸气由原子源出口处的细长通道出射,则形成连续热原子束。[0089] 控制装置110可以控制激光功率、激光频率、激光相位。激光装置104根据激光功率、激光频率、激光相位,产生激光。其中,激光包括态制备激光对、拉曼激光对、检测激光对。态制备激光对包括态制备激光1、态制备激光2。拉曼激光对包括第一拉曼激光对、第二拉曼激光对、第三拉曼激光对。第一拉曼激光对包括拉曼激光11、拉曼激光12。第二拉曼激光对包括拉曼激光21、拉曼激光22。第二拉曼激光对包括拉曼激光31、拉曼激光32。检测激光对包括检测激光1、检测激光2。可选的,激光装置104可以包括激光源、光纤分束器、调制器。其中,激光源可以是稳频的半导体激光器;调制器可以是声光调制器或电光调制器。具体的,激光源产生的激光经过光纤分束器分成若干路,得到多束激光。每束激光入射到调制器,控制装置110通过控制调制器的射频信号频率、射频信号相位,调制出射的激光的频率、相位。该调制后的出射的激光作为激光装置104的出射激光。[0090] 激光装置104产生的激光发射到发生装置106内。其中,发生装置106包括主腔体和真空泵。主腔体是提供原子束对与激光发生作用的真空区域。主腔体表面可以装有光学窗口;该光学窗口可以供激光通过。真空泵用于抽气,使主腔体产生并维持低真空的工作环境。因此,真空泵可以使原子在主腔体内不发生氧化。放置在发生装置106内的原子源102可以通过真空法兰与主腔体连接。可选的,激光装置104与发生装置106之间还可以放置镜筒。其中,该镜筒用于激光的准直、整形。镜筒与激光装置104之间通过光纤连接。具体的,激光装置104产生激光,该激光通过光纤输入到镜筒,并被镜筒准直、整形,镜筒的出射激光通过主腔体上的光学窗口入射到主腔体内。在主腔体内,原子束对中的原子束先与入射激光中的对应的态制备激光发生作用,得到预设能级的原子束对;然后,预设能级的原子束对中的原子束依次与对应的三对拉曼激光对发生作用产生干涉,得到干涉后的原子束对;最后,干涉后的原子束对中的原子束与检测激光对中对应的检测激光发生作用,得到目标待测光对。[0091] 检测装置108采集目标待测光对,并对该目标待测光对进行转换,得到目标干涉信号对。检测装置108将目标干涉信号对发送给控制装置110。其中,检测装置108包括感光元件和信号处理电路。可选的,检测装置108还可以包括收集镜头。该收集镜头放置在感光元件前端。感光元件可以是光电倍增管或光电二极管等光电转换器件。具体的,感光元件采集目标待测光对,并对该目标待测光对进行光电转换,得到目标待测光对对应的电流信号对。信号处理电路接收并处理电流信号对,得到目标干涉信号对。其中,信号处理电路进行的处理包括电流‑电压转换、滤波放大、模数转换。[0092] 控制装置110根据目标干涉信号对、干涉信号表达式,计算得到归一化干涉信号对。控制装置110对归一化干涉信号对中的两个归一化干涉信号进行求和,得到信号和;对归一化干涉信号对中的两个归一化干涉信号进行求差,得到信号差。控制装置110根据信号和值、信号差值,调整拉曼激光对的补偿参数。控制装置110根据调整后的拉曼激光对的补偿参数,计算得到拉曼激光对的频率、相位,并把该拉曼激光对的频率、相位发送给激光装置104。其中,控制装置110包括计算机、模拟及数字I/O接口、模/数转换接口、数/模转换接口、串行通信接口、控制软件。[0093] 激光装置104根据控制装置110反馈的拉曼激光对的频率、相位,产生对应的新的拉曼激光对。原子束对与新的拉曼激光对在发生装置106中发生作用产生干涉,得到新的目标干涉信号对。检测装置108采集新的目标干涉信号对并继续反馈给控制装置110。控制装置110对新的目标干涉信号对进行计算处理,得到信号和值、信号差值。上述由激光装置104—发生装置106—检测装置108—控制装置110—激光装置104组成的闭环式工作过程,直到控制装置110得到的信号和值、信号差值均为零时,控制装置110再根据当前的拉曼激光对的补偿参数、当前的信号和值、当前的信号差值、信号和表达式、信号差表达式,计算得到干涉相位。控制装置110再根据干涉相位,计算得到目标载体的线加速度、目标载体的转动角速率。可以理解,只要不关闭原子干涉惯性测量系统,该系统就会一直处于工作状态。也就是说,原子干涉惯性测量系统会实时获取目标载体的线加速度、目标载体的转动角速率。[0094] 在一个实施例中,如图3所示,提供了一种原子干涉惯性测量方法,以该方法应用于图1中的原子干涉惯性测量系统为例进行说明,包括以下步骤:[0095] 步骤302,通过原子源产生原子束对、并通过激光装置产生拉曼激光对。[0096] 本申请实施例中,原子干涉惯性测量系统通过原子源102产生原子束对。激光装置104产生双向对射的拉曼激光对、态制备激光对。具体的,控制装置110控制原子源通量,原子源102根据原子源通量产生双向对射的原子束对。控制装置110可以通过调整补偿参数来控制激光频率、激光相位。激光装置104根据激光功率、激光频率、激光相位,产生激光。其中,激光包括态制备激光对、拉曼激光对。拉曼激光对用于与原子束对中的原子束发生相互作用,使原子束产生马赫‑泽德干涉。拉曼激光对包括三对拉曼激光对。具体的,原子束对中的原子束会分别依次与三对拉曼激光对发生作用。为了方便区分不同的拉曼激光对,将第二对与原子束发生作用的拉曼激光对命名为第二拉曼激光对。其他拉曼激光对分别命名为第一拉曼激光对、第三拉曼激光对。拉曼激光对都具有两种频率成分,第二拉曼激光对具有的频率成分为ω1和ω2,第一拉曼激光对具有的频率成分为ω1和(ω2+2πδfπ/2),第三拉曼激光对具有的频率成分为ω1和(ω2‑2πδfπ/2)。其中,δfπ/2是补偿参数中的频率补偿参数。第二拉曼激光对中的两束拉曼激光的相位差为 第一拉曼激光对中的两束拉曼激光的相位差为 第三拉曼激光对中的两束拉曼激光的相位差为 其中,δφ是补偿参数中的相位补偿参数。[0097] 具体的,如图2所示,第二拉曼激光对中的拉曼激光21的频率为ω1,拉曼激光22的频率为ω2;第一拉曼激光对中的拉曼激光11的频率为ω1,拉曼激光12的频率为(ω2+2πδfπ/2);第三拉曼激光对中的拉曼激光31的频率为ω1,拉曼激光32的频率为(ω2‑2πδfπ/2)。频率ω1和频率ω2之差等于原子束对中原子的基态超精细能级频率差加上受激拉曼跃迁的反冲频移。原子束1先与态制备激光1发生作用,得到特定能级的原子束1;特定能级的原子束1依次与第一拉曼激光对、第二拉曼激光对、第三拉曼激光对发生作用产生拉曼‑马赫‑泽德干涉,得到干涉后的原子束1;干涉后的原子束1与检测激光1发生作用,产生目标待测荧光1。原子束2先与态制备激光2发生作用,得到特定能级的原子束2;特定能级的原子束2依次与第一拉曼激光对、第二拉曼激光对、第三拉曼激光对发生作用产生拉曼‑马赫‑泽德干涉,得到干涉后的原子束2;干涉后的原子束2与检测激光2发生作用,产生目标待测荧光2。[0098] 还可以如图4所示,第二拉曼激光对中的拉曼激光21、拉曼激光22的频率成分为ω1和ω2;第一拉曼激光对中的拉曼激光11、拉曼激光12的频率成分为ω1和(ω2+2πδfπ/2);第三拉曼激光对中的拉曼激光31、拉曼激光32的频率为ω1和(ω2‑2πδfπ/2)。频率ω1和频率ω2之差等于原子的基态超精细能级频率差加上反冲频移、再加上拉曼跃迁多普勒频移的和。其中,反冲频移是原子发生受激拉曼跃迁的反冲频移,拉曼跃迁多普勒频移是由拉曼激光对与原子束垂直方向的夹角引起的。图4中实线表示原子束1的轨迹,虚线表示原子束2的轨迹。箭头表示激光的光路方向。激光包括态制备激光对、拉曼激光对、检测激光对。态制备激光对包括态制备激光1、态制备激光2。拉曼激光对包括第一拉曼激光对、第二拉曼激光对、第三拉曼激光对。第一拉曼激光对包括拉曼激光11、拉曼激光12。第二拉曼激光对包括拉曼激光21、拉曼激光22。第三拉曼激光对包括拉曼激光31、拉曼激光32。检测激光对包括检测激光1、检测激光2。图4中的 表示目标载体转动角速度、 表示目标载体线加速度。可以理解,目标载体转动角速率、目标载体线加速度会影响原子束对发生干涉。其中,拉曼激光对的光路均与双向对射原子束的发射方向存在一定夹角。图4中原子束对与态制备激光对、拉曼激光对、检测激光对发生作用过程与图2的过程是相似,这里不再赘述。可以理解,图2、图4只是作为示例对制备、干涉、检测过程进行说明,并不对制备、干涉、检测过程进行限制。[0099] 步骤304,通过激光装置产生检测激光对。[0100] 本申请实施例中,原子干涉惯性测量系统通过激光装置104产生检测激光对。具体的,控制装置110可以控制检测激光对的频率、检测激光对的相位。激光装置104根据检测激光对的频率、检测激光对的相位,产生检测激光对。检测激光对与干涉后的原子束对发生作用,生成目标待测光对。[0101] 步骤306,采集目标待测光对,得到目标干涉信号对,并根据目标干涉信号对、干涉信号表达式,确定信号和值和信号差值。[0102] 其中,目标待测光对中的目标待测光包括与原子束发生作用后的检测激光或者荧光。该荧光是原子束被检测激光激发出的光。采用吸收法检测目标待测光对时,目标待测光对中的目标待测光是与原子束发生作用后的检测激光。采用激光诱导荧光法检测目标待测光对时,目标待测光对中的目标待测光是荧光。[0103] 本申请实施例中,原子干涉惯性测量系统通过检测装置108采集目标待测光对,并对该目标待测光对进行转换,得到目标干涉信号对。检测装置108该目标干涉信号对发送给控制装置110。控制装置110根据当前的补偿参数、目标干涉信号对、干涉信号表达式,计算得到归一化干涉信号对值。控制装置110对归一化干涉信号对中的两个归一化干涉信号值进行求和,得到信号和值;对归一化干涉信号对中的两个归一化干涉信号值进行求差,得到信号差值。[0104] 干涉信号表达式如下公式(1)、公式(2)所示。[0105][0106][0107] 其中,S′1是归一化干涉信号1,S′2是归一化干涉信号2,S1是目标干涉信号对中的干涉信号1,S2是目标干涉信号对中的干涉信号2,A1是干涉信号1的直流偏移值,A2是干涉信号2的直流偏移值,C1是干涉信号1的幅度值,C2是干涉信号2的幅度值,φa是目标载体线加速度引起的干涉相位, 是拉曼激光对的总相位差引起的干涉相位, 是不加δφ时拉曼激光对的初始相差引起的干涉相位,δφ是相位补偿参数,φΩ是目标载体转动角速率引起的干涉相位,δfπ/2是频率补偿参数,T是原子在相邻两对拉曼光对运动所需的时间。[0108] 其中, 是第一拉曼激光对中的两束拉曼激光的相位差, 是第二拉曼激光对中的两束拉曼激光的相位差, 是第二拉曼激光对中的两束拉曼激光不加δφ的相位差,δφ是补偿参数中的相位补偿参数,是第三拉曼激光对中的两束拉曼激光的相位差。[0109] 步骤308,通过预设的第一调整策略,调整拉曼激光对的补偿参数,并基于补偿参数,返回执行通过激光装置产生拉曼激光对的步骤,直到确定出的信号和值和信号差值均为零。[0110] 其中,预设的第一调整策略是调整策略1或者调整策略2。可以理解,在执行步骤308时,预设的第一调整策略可以是调整策略1,也可以是调整策略2,调整策略的具体选择方式可以根据实际需求确定,本申请实施例不做限定。补偿参数包括相位补偿参数、频率补偿参数。[0111] 本申请实施例中,控制装置110判断信号和值和信号差值是否均为0。如果是,则执行步骤310。如果不是,控制装置110根据预设的第一调整策略,调整拉曼激光对的补偿参数,并基于补偿参数,返回执行通过激光装置产生拉曼激光对的步骤,直到检测得到的干涉信号对应的信号和值为零。[0112] 具体的,在预设的第一调整策略是调整策略1的情况下,控制装置110调整频率补偿参数,并基于该频率补偿参数,返回执行通过激光装置产生拉曼激光对的步骤,直到检测得到的干涉信号对应的信号差值为零。控制装置110再调整相位补偿参数,并基于该相位补偿参数,返回执行通过激光装置产生拉曼激光对的步骤,直到检测得到的干涉信号对应的信号和值为零。[0113] 在预设的第一调整策略是调整策略2的情况下,控制装置110调整频率补偿参数,并基于该频率补偿参数,返回执行通过激光装置产生拉曼激光对的步骤,直到检测得到的干涉信号对应的信号和值为零。控制装置110再调整相位补偿参数,并基于该相位补偿参数,返回执行通过激光装置产生拉曼激光对的步骤,直到检测得到的干涉信号对应的信号差值为零。[0114] 步骤310,在信号和值和信号差值均为零的情况下,根据拉曼激光对的补偿参数、补偿参数与目标载体线加速度的第一对应关系、补偿参数与目标载体转动角速率的第二对应关系,确定目标载体线加速度、目标载体转动角速率。[0115] 本申请实施例中,在信号和值和信号差值均为零的情况下,控制装置110把拉曼激光对的补偿参数代入到补偿参数与目标载体线加速度的第一对应关系中,计算得到目标载体线加速度;把拉曼激光对的补偿参数代入到补偿参数与目标载体转动角速率的第二对应关系,计算得到目标载体转动角速率。[0116] 具体的,在预设的第一调整策略是调整策略1的情况下,控制装置110根据相位补偿参数、预设的不加δφ时拉曼激光对的初始相差引起的干涉相位、预设的拉曼激光的有效波矢、预设的原子在相邻两对拉曼光对运动所需的时间,计算得到目标载体线加速度。控制装置110根据频率补偿参数、预设的拉曼激光的有效波矢、预设的相邻两对拉曼激光对的间距,计算得到目标载体转动角速率。其中,第一对应关系如下公式(3)所示,第二对应关系如下公式(4)所示。[0117][0118][0119] 其中,a是目标载体的线加速度,keff是拉曼激光的有效波矢,T是原子在相邻两对拉曼光对运动所需的时间, 是不加δφ时拉曼激光对的初始相差引起的干涉相位,δφ是相位补偿参数,Ω是目标载体的转动角速率,φΩ是目标载体转动角速率引起的干涉相位,L是相邻两对拉曼激光对的间距,δfπ/2是频率补偿参数。[0120] 具体的,在预设的第一调整策略是调整策略2的情况下,控制装置110根据相位补偿参数、预设的不加δφ时拉曼激光对的初始相差引起的干涉相位、预设的拉曼激光的有效波矢、预设的原子在相邻两对拉曼光对运动所需的时间,计算得到目标载体线加速度。控制装置110根据频率补偿参数、预设的拉曼激光的有效波矢、预设的原子在相邻两对拉曼光对运动所需的时间、预设的相邻两对拉曼激光对的间距,计算得到目标载体转动角速率。其中,第一对应关系如下公式(5)所示,第二对应关系如下公式(6)所示。[0121][0122][0123] 上述原子干涉惯性测量方法中,可以通过补偿参数调整拉曼激光对,将信号和值、信号差值同时锁定在零值处,进而根据补偿参数、补偿参数与目标载体线加速度的第一对应关系、补偿参数与目标载体转动角速率的第二对应关系计算得到目标载体的线加速度、目标载体的转动角速率。通过补偿参数调整拉曼激光对,将信号和值、信号差值均锁定在零值处,得到补偿参数与目标载体线加速度的对应关系、补偿参数与目标载体转动角速率的对应关系,进而根据补偿参数计算得到目标载体的线加速度、目标载体的转动角速率。也就是说,本方案不需要通过判断目标干涉信号对对应的干涉相移来确定干涉相位,因此,即使干涉相移超出预定范围,也可以通过补偿参数直接得到目标载体的线加速度、目标载体的转动角速率,扩大了原子干涉惯性测量的使用范围。[0124] 在一个实施例中,如图5所示,拉曼激光对包括第一拉曼激光对、第二拉曼激光对、第三拉曼激光对;原子束对用于根据预设顺序分别与第一拉曼激光对、第二拉曼激光对、第三拉曼激光对发生作用;通过预设的第一调整策略,调整拉曼激光对的补偿参数包括:[0125] 步骤502,通过相位补偿参数,调整第二拉曼激光对中两束拉曼激光的相位差。[0126] 其中,为了方便区分不同的拉曼激光对,将第二对与原子束对发生相互作用的拉曼激光对命名为第二拉曼激光对。其他拉曼激光对分别命名为第一拉曼激光对、第三拉曼激光对。第二拉曼激光对中的两束拉曼激光的相位差为 是第二拉曼激光对中的两束拉曼激光不加δφ的相位差,δφ是补偿参数中的相位补偿参数。[0127] 本申请实施例中,控制装置110根据当前的信号和以及信号差的变化量,利用比例‑积分‑微分(proportional‑integral‑derivative,PID)控制算法,计算得到相位补偿参数。控制装置110调整相位补偿参数,得到第二拉曼激光对中的两束拉曼激光调整后的相位差。[0128] 步骤504,通过频率补偿参数,分别调整第一拉曼激光对中拉曼激光的频率、第三拉曼激光对中拉曼激光的频率。[0129] 其中,第一拉曼激光对具有的频率成分为ω1和(ω2+2πδfπ/2),第三拉曼激光对具有的频率成分为ω1和(ω2‑2πδfπ/2)。[0130] 本申请实施例中,控制装置110根据当前的的信号和以及信号差的变化量,利用比例‑积分‑微分(proportional‑integral‑derivative,PID)控制算法,计算得到频率补偿参数。控制装置110调整频率补偿参数,得到第一拉曼激光对中拉曼激光调整后的频率、第三拉曼激光对中拉曼激光调整后的频率。[0131] 本实施例中,原子干涉惯性测量系统通过调整补偿参数来调整拉曼激光对的相位、频率。这样,闭环式原子干涉惯性测量系统可以通过调整补偿参数来产生不同的拉曼激光。[0132] 在一个实施例中,该方法还包括:[0133] 在信号和值和信号差值均为零的情况下,根据信号和表达式、信号差表达式,确定补偿参数与干涉相位的第三对应关系;根据第三对应关系、目标载体线加速度与干涉相位的对应关系,确定补偿参数与目标载体线加速度的第一对应关系;根据第三对应关系,以及目标载体的转动角速率与干涉相位的对应关系,确定补偿参数与目标载体的转动角速率的第二对应关系。[0134] 其中,目标载体线加速度与干涉相位的对应关系如下公式(7)所示,目标载体的转动角速率与干涉相位的对应关系如下公式(8)所示。[0135] φa=keffaT2((7)[0136][0137] 其中,φa是目标载体线加速度引起的干涉相位,keff是拉曼激光的有效波矢,a是目标载体的线加速度,T是原子在相邻两对拉曼光对运动所需的时间,δφ是相位补偿参数,φΩ是目标载体转动角速率引起的干涉相位,Ω是目标载体的转动角速率,L是相邻两对拉曼激光对的间距,v是原子的纵向运动速率(T=L/v)。[0138] 本申请实施例中,在信号和和信号差 均为零的情况下,控制装置110确定采用的预设的第一调整策略类别。在预设的第一调整策略类别 是 调整策 略1 的 情况 下,控制 装置 11 0得 到控制装置110根据 计算得到进而得到相位补偿参数与线加速度干涉相位的对应关系,如下公式(9)所示。控制装置110根据sin(φΩ‑4πδfπ/2T)=0,计算得到φΩ‑4πδfπ/2T=0,进而得到频率补偿参数与转动角速率的对应关系,如下公式(10)所示。其中,补偿参数与干涉相位的第三对应关系包括相位补偿参数与线加速度干涉相位的对应关系、频率补偿参数与转动角速率的对应关系。[0139][0140] φΩ=4πδfπ/2T(10)[0141] 控制装置110根据公式(9)、公式(7),计算得到补偿参数与目标载体线加速度的第一对应关系,如下公式(3)所示。控制装置110根据公式(10)、公式(8),计算得到补偿参数与目标载体的转动角速率的第二对应关系,如下公式(4)所示。[0142][0143][0144] 在预设的第一调整策略类别是调整策略2的情况下,控制装置110得到cos(φΩ‑4πδfπ/2T)=0、 控制装置110根据cos(φΩ‑4πδfπ/2T)=0,计算得到 进而得到如下公式(11);根据 计算得到 进而得到如下公式(12)。[0145][0146][0147] 控制装置110根据公式(12)、公式(8),计算得到补偿参数与目标载体线加速度的第一对应关系,如下公式(5)所示。控制装置110根据公式(11)、公式(7),计算得到补偿参数与目标载体的转动角速率的第二对应关系,如下公式(6)所示。[0148][0149][0150] 本实施例中,通过补偿参数与干涉相位的对应关系、目标载体线加速度与干涉相位的对应关系,得到补偿参数与目标载体线加速度的对应关系;通过补偿参数与干涉相位的对应关系、目标载体转动角速率与干涉相位的对应关系,得到补偿参数与目标载体转动角速率的对应关系。所以,本方案可以直接通过补偿参数确定目标载体的线加速度、目标载体的转动角速率,不需要通过判断目标干涉信号对对应的干涉相移来确定干涉相位。也就是说,即使干涉相移超出(0,π)范围,也可以测量目标载体的线加速度、目标载体的转动角速率,扩大了原子干涉惯性测量的使用范围。[0151] 在一个实施例中,该方法还包括:[0152] 基于预设的第二补偿参数,通过激光装置产生初始拉曼激光对;初始拉曼激光对用于与原子束对发生相互作用,使原子束对产生干涉,得到初始干涉原子束对;通过激光装置产生检测激光对;检测激光对用于与初始干涉原子束对发生作用,生成初始待测光对;采集初始待测光对,得到初始干涉信号对;根据初始干涉信号对、预设的第二补偿参数、预设的目标载体线加速度、预设的目标载体转动角速率,得到干涉信号对应的直流偏移值、干涉信号对应的幅度值、初始相位差干涉相位;基于直流偏移值、幅度值、初始相位差干涉相位,构建干涉信号表达式。[0153] 本申请实施例中,在原子干涉惯性测量系统放置在预设的目标载体的线加速度、预设的转动角速率的情景下,控制装置110调整频率补偿参数为0,多次调整相位补偿参数。每次调整相位补偿参数的后续步骤的处理过程都是类似的,下面以一次处理过程为例进行说明。控制装置110将调整后的相位补偿参数和频率补偿参数都发送给激光装置104,激光装置根据相位补偿参数、频率补偿参数,产生拉曼激光对。拉曼激光对与经过态制备激光的原子束互相作用产生拉曼‑马赫‑泽德干涉。激光装置102发射检测激光与干涉后的原子束对发生作用,生成目标待测光对。检测装置108对目标待测光对进行转换,得到初始干涉信号对,并将该初始干涉信号对发送给控制装置110。可以理解,经过多次的上述处理过程,控制装置110可以得到多组相位补偿参数、对应的初始干涉信号对。针对每个干涉信号,控制装置110根据该干涉信号表达式(即公式(1)、公式(2))、预设的目标载体的线加速度、预设的转动角速率、频率补偿参数、多组相位补偿参数、初始干涉信号对,计算得到该干涉信号对应的直流偏移值、干涉信号对应的幅度值、初始相位差干涉相位值。其中,初始相位差干涉相位是不加δφ时拉曼激光对的初始相差引起的干涉相位(即 )。控制装置110把该直流偏移值、该幅度值、初始相位差干涉相位值,输入至预设的干涉信号表达式,构建得到干涉信号初始表达式,从而得到每个干涉信号初始表达式。其中,预设的干涉信号表达式是直流偏移值、幅度值、初始相位差干涉相位值还是未知值的公式(13)、公式(14),干涉信号初始表达式如下公式(13)、公式(14)所示。[0154] 本实施例中,在预设的目标载体的线加速度、预设的转动角速率的情景下,通过控制装置110调整频率补偿参数为0,多次调整相位补偿参数,计算得到干涉信号对应的直流偏移值、干涉信号对应的幅度值、初始相位差干涉相位,并基于上述参数构建干涉信号初始表达式。这样,为后续根据直流偏移值、幅度值来对干涉信号进行归一化处理做准备。同时,为后续补偿参数与目标载体线加速度的第一对应关系标定了初始相位差干涉相位值。[0155] 在一个实施例中,该方法还包括:[0156] 针对目标干涉信号对中的每个干涉信号,获取干涉信号对应的干涉信号表达式;对两个干涉信号表达式进行求和处理,得到信号和表达式;对两个干涉信号表达式进行求差处理,得到信号差表达式。[0157] 本申请实施例中,针对目标干涉信号对中的每个干涉信号,控制装置110根据干涉信号对应的直流偏移值、干涉信号对应的幅度值,对干涉信号初始表达式进行归一化处理,得到干涉信号表达式。其中,干涉信号初始表达式如下公式(13)、公式(14)所示。[0158][0159][0160] 其中,S1是目标干涉信号对中的干涉信号1,S2是目标干涉信号对中的干涉信号2,A1是干涉信号1的直流偏移值,A2是干涉信号2的直流偏移值,C1是干涉信号1的幅度值,C2是干涉信号2的幅度值,φa是目标载体线加速度引起的干涉相位, 是拉曼激光对的总相位差引起的干涉相位, 是不加δφ时拉曼激光对的初始相差引起的干涉相位,δφ是相位补偿参数,φΩ是目标载体转动角速率引起的干涉相位,δfπ/2是频率补偿参数,T是原子在相邻两对拉曼光对运动所需的时间。[0161] 具体的,归一化的过程可以为:控制装置110把干涉信号对应的直流偏移值、干涉信号对应的幅度值、干涉信号初始表达式代入以下公式(15)、公式(16)。[0162][0163][0164] 其中,S′1是归一化干涉信号1,S′2是归一化干涉信号2,S1是目标干涉信号对中的干涉信号1,S2是目标干涉信号对中的干涉信号2,A1是干涉信号1的直流偏移值,A2是干涉信号2的直流偏移值,C1是干涉信号1的幅度值,C2是干涉信号2的幅度值。[0165] 整理得到干涉信号表达式,如下公式(1)、公式(2)所示。[0166][0167][0168] 控制装置110对两个干涉信号表达式进行求和,计算得到信号和表达式;对两个干涉信号表达式进行求差,计算得到信号差表达式。具体的,控制装置110将上述公式(1)与公式(2)等号左右两边分别相加,得到信号和表达式,如下公式(17)所示;将上述公式(1)与公式(2)等号左右两边分别相减,得到信号差表达式,如下公式(18)所示。[0169][0170][0171] 本实施例中,通过对干涉信号初始表达式进行归一化处理以及计算处理,得出信号和表达式、信号差表达式。为后续基于信号和表达式、信号差表达式,得到补偿参数与目标载体线加速度的第一对应关系、补偿参数与目标载体转动角速率的第二对应关系提供基础。[0172] 应该理解的是,虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示,但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明,这些步骤的执行并没有严格的顺序限制,这些步骤可以以其它的顺序执行。而且,如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段,这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成,而是可以在不同的时刻执行,这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行,而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。[0173] 基于同样的发明构思,本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的原子干涉惯性测量方法的原子干涉惯性测量系统。该系统所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似,故下面所提供的一个或多个原子干涉惯性测量系统实施例中的具体限定可以参见上文中对于原子干涉惯性测量方法的限定,在此不再赘述。[0174] 在一个实施例中,如图1所示,提供了一种原子干涉惯性测量系统。系统包括原子源102、激光装置104、发生装置106、检测装置108、控制装置110;控制装置110分别与原子源102、激光装置104、检测装置108电连接;原子源102放置在发生装置106中;其中:[0175] 原子源102,用于产生原子束对;[0176] 激光装置104,用于产生检测激光、根据补偿参数产生拉曼激光对;拉曼激光对用于与原子束对发生相互作用,使原子束对产生干涉;检测激光对用于与干涉后的原子束对发生作用,生成目标待测光对;[0177] 发生装置106,用于提供拉曼激光对与原子束对发生相互作用的空间、检测激光对与干涉后的原子束对发生作用的空间;[0178] 检测装置108,用于采集目标待测光对,得到目标干涉信号对,并将目标干涉信号对发送给控制装置110;[0179] 控制装置110,用于根据目标干涉信号对、干涉信号表达式,确定信号和值和信号差值;还用于在信号和值和信号差值均为零的情况下,根据拉曼激光对的补偿参数、补偿参数与目标载体线加速度的第一对应关系、补偿参数与目标载体转动角速率的第二对应关系,确定目标载体线加速度、目标载体转动角速率。[0180] 在其中一个实施例中,拉曼激光对包括第一拉曼激光对、第二拉曼激光对、第三拉曼激光对;原子束对用于根据预设顺序分别与第一拉曼激光对、第二拉曼激光对、第三拉曼激光对发生作用;补偿参数包括相位补偿参数、频率补偿参数;系统包括:[0181] 控制装置110,用于调整补偿参数,并把补偿参数发送给激光装置104;[0182] 激光装置104,用于根据相位补偿参数,调整第二拉曼激光对中两束拉曼激光的相位差;还用于根据频率补偿参数,分别调整第一拉曼激光对中拉曼激光的频率、第三拉曼激光对中拉曼激光的频率。[0183] 在其中一个实施例中,系统还包括:[0184] 控制装置110,用于在信号和值和信号差值均为零的情况下,根据信号和表达式、信号差表达式,确定补偿参数与干涉相位的第三对应关系;[0185] 控制装置110,还用于根据第三对应关系、目标载体线加速度与干涉相位的对应关系,确定补偿参数与目标载体线加速度的第一对应关系;[0186] 控制装置110,还用于根据第三对应关系,以及目标载体的转动角速率与干涉相位的对应关系,确定补偿参数与目标载体的转动角速率的第二对应关系。[0187] 在其中一个实施例中,系统还包括:[0188] 激光装置104,用于基于预设的第二补偿参数,产生初始拉曼激光对;初始拉曼激光对用于与原子束对发生相互作用,使原子束产生干涉,得到初始干涉原子束对;[0189] 激光装置104,还用于产生检测激光对;检测激光对用于与初始干涉原子束对发生作用,生成初始待测光对;[0190] 检测装置108,用于采集初始待测光对,得到初始干涉信号对;[0191] 控制装置110,用于根据初始干涉信号对、预设的第二补偿参数、预设的目标载体线加速度、预设的目标载体转动角速率,得到干涉信号对应的直流偏移值、干涉信号对应的幅度值、初始相位差干涉相位;[0192] 控制装置110,还用于基于直流偏移值、幅度值、初始相位差干涉相位,构建干涉信号表达式。[0193] 在其中一个实施例中,系统还包括:[0194] 控制装置110,用于针对目标干涉信号对中的每个干涉信号,获取干涉信号对应的干涉信号表达式;[0195] 控制装置110,还用于对两个干涉信号表达式进行求和处理,得到信号和表达式;[0196] 控制装置110,还用于对两个干涉信号表达式进行求差处理,得到信号差表达式。[0197] 基于同样的发明构思,本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的原子干涉惯性测量方法的原子干涉惯性测量装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似,故下面所提供的一个或多个原子干涉惯性测量装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于原子干涉惯性测量方法的限定,在此不再赘述。[0198] 在一个实施例中,如图6所示,提供了一种原子干涉惯性测量装置,装置包括:[0199] 第一产生模块602,用于通过原子源102产生原子束对、并通过激光装置104产生拉曼激光对;拉曼激光对用于与原子束对发生相互作用,使原子束产生干涉;[0200] 第二产生模块604,用于通过激光装置104产生检测激光对;检测激光对用于与干涉后的原子束对发生作用,生成目标待测光对;[0201] 第一采集模块606,用于采集目标待测光对,得到目标干涉信号对,并根据目标干涉信号对、干涉信号表达式,确定信号和值和信号差值;[0202] 调整模块608,用于通过预设的第一调整策略,调整拉曼激光对的补偿参数,并基于补偿参数,返回执行通过激光装置104产生拉曼激光对的步骤,直到确定出的信号和值和信号差值均为零;[0203] 确定模块610,用于在信号和值和信号差值均为零的情况下,根据拉曼激光对的补偿参数、补偿参数与目标载体线加速度的第一对应关系、补偿参数与目标载体转动角速率的第二对应关系,确定目标载体线加速度、目标载体转动角速率。[0204] 在其中一个实施例中,拉曼激光对包括第一拉曼激光对、第二拉曼激光对、第三拉曼激光对;原子束对用于根据预设顺序分别与第一拉曼激光对、第二拉曼激光对、第三拉曼激光对发生作用;调整模块608用于:[0205] 通过相位补偿参数,调整第二拉曼激光对中两束拉曼激光的相位差;[0206] 通过频率补偿参数,分别调整第一拉曼激光对中拉曼激光的频率、第三拉曼激光对中拉曼激光的频率。[0207] 在其中一个实施例中,确定模块610还用于:[0208] 在信号和值和信号差值均为零的情况下,根据信号和表达式、信号差表达式,确定补偿参数与干涉相位的第三对应关系;[0209] 根据第三对应关系、目标载体线加速度与干涉相位的对应关系,确定补偿参数与目标载体线加速度的第一对应关系;[0210] 根据第三对应关系,以及目标载体的转动角速率与干涉相位的对应关系,确定补偿参数与目标载体的转动角速率的第二对应关系。[0211] 在其中一个实施例中,装置还包括:[0212] 第三产生模块,用于基于预设的第二补偿参数,通过激光装置104产生初始拉曼激光对;初始拉曼激光对用于与原子束对发生相互作用,使原子束产生干涉,得到初始干涉原子束对;[0213] 第四产生模块,用于通过激光装置104产生检测激光对;检测激光对用于与初始干涉原子束对发生作用,生成初始待测光对;[0214] 第二采集模块,用于采集初始待测光对,得到初始干涉信号对;[0215] 第一确定模块,用于根据初始干涉信号对、预设的第二补偿参数、预设的目标载体线加速度、预设的目标载体转动角速率,得到干涉信号对应的直流偏移值、干涉信号对应的幅度值、初始相位差干涉相位;[0216] 构建模块,用于基于直流偏移值、幅度值、初始相位差干涉相位,构建干涉信号表达式。[0217] 在其中一个实施例中,系统还包括:[0218] 第二确定模块,用于针对目标干涉信号对中的每个干涉信号,获取干涉信号对应的干涉信号表达式;[0219] 第三确定模块,用于对两个干涉信号表达式进行求和处理,得到信号和表达式;[0220] 第四确定模块,用于对两个干涉信号表达式进行求差处理,得到信号差表达式。[0221] 上述原子干涉惯性测量装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中,也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中,以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。[0222] 在一个实施例中,提供了一种计算机设备,该计算机设备可以是终端,其内部结构图可以如图7所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中,该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信,无线方式可通过WIFI、移动蜂窝网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种原子干涉惯性测量方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏,该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层,也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板,还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。[0223] 本领域技术人员可以理解,图7中示出的结构,仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图,并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定,具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者具有不同的部件布置。[0224] 在一个实施例中,提供了一种计算机设备,包括存储器和处理器,存储器中存储有计算机程序,该处理器执行计算机程序时实现上述各方法实施例中的步骤。[0225] 在一个实施例中,提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。[0226] 在一个实施例中,提供了一种计算机程序产品,包括计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。[0227] 需要说明的是,本申请所涉及的用户信息(包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等)和数据(包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等),均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据。[0228] 本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中,该计算机程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用,均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read‑OnlyMemory,ROM)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(ReRAM)、磁变存储器(MagnetoresistiveRandomAccessMemory,MRAM)、铁电存储器(FerroelectricRandomAccessMemory,FRAM)、相变存储器(PhaseChangeMemory,PCM)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(RandomAccessMemory,RAM)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限,RAM可以是多种形式,比如静态随机存取存储器(StaticRandomAccessMemory,SRAM)或动态随机存取存储器(DynamicRandomAccessMemory,DRAM)等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等,不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等,不限于此。[0229] 以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。[0230] 以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

专利地区:北京

专利申请日期:2022-06-23

专利公开日期:2024-06-18

专利公告号:CN114923485B

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