冷原子干涉陀螺仪在惯性导航领域的研究现状及展望
原子陀螺研究进展及展望
收稿日期：２０２２－１０－０３基金项目：上海航天先进技术联合研究基金（ＵＳＣＡＳＴ２０１９ ２３）；上海交通大学“深蓝计划”基金项目（ＳＬ２０２１ＺＤ２０２）；“十三五”装备预研领域基金项目（重点）（６１４０５１７０１０３）引用格式：骆曼箬，李绍良，黄艺明，等．原子陀螺研究进展及展望［Ｊ］．测控技术，２０２３，４２（１０）：１－１０．ＬＵＯＭＲ，ＬＩＳＬ，ＨＵＡＮＧＹＭ，ｅｔａｌ．ＲｅｖｉｅｗａｎｄＰｒｏｓｐｅｃｔｏｆＡｔｏｍｉｃＧｙｒｏｓｃｏｐｅＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ［Ｊ］．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆ＣｏｎｔｒｏｌＴｅｃｈ ｎｏｌｏｇｙ，２０２３，４２（１０）：１－１０．原子陀螺研究进展及展望骆曼箬１，李绍良２，黄艺明１，张 弛１，吴招才３，刘 华１（１．上海交通大学电子信息与电气工程学院，上海 ２００２４０；２．上海航天控制技术研究所，上海 ２０１１０９；３．自然资源部第二海洋研究所，浙江杭州 ３１００１２）摘要：原子陀螺是基于量子物理原理和量子技术的新型高性能惯性传感器，在国防、军用以及民用等领域均具有广阔的应用前景，已成为国内外惯性技术领域的研究热点。
目前原子陀螺主要分为核磁共振陀螺、无自旋交换弛豫陀螺和原子干涉陀螺，分别对它们的研究历程和现状进行了详细介绍，并对原子陀螺的未来发展趋势方向进行了展望，最后针对国内原子陀螺技术研究提出了一些思考。
关键词：原子陀螺；惯性导航；组合陀螺系统；芯片级陀螺中图分类号：Ｖ２４１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００－８８２９（２０２３）１０－０００１－１０ｄｏｉ：１０．１９７０８／ｊ．ｃｋｊｓ．２０２３．０１．２１０ＲｅｖｉｅｗａｎｄＰｒｏｓｐｅｃｔｏｆＡｔｏｍｉｃＧｙｒｏｓｃｏｐｅＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＬＵＯＭａｎｒｕｏ１牞ＬＩＳｈａｏｌｉａｎｇ２牞ＨＵＡＮＧＹｉｍｉｎｇ１牞ＺＨＡＮＧＣｈｉ１牞ＷＵＺｈａｏｃａｉ３牞ＬＩＵＨｕａ１牗１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ牞ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏＴｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ牞Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２４０牞Ｃｈｉｎａ牷２．ＳｈａｎｇｈａｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＣｏｎｔｒｏｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ牞Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１１０９牞Ｃｈｉｎａ牷３．ＳｅｃｏｎｄＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｃｅａｎｏｇｒａｐｈｙ牞ＭＮＲ牞Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００１２牞Ｃｈｉｎａ牘Ａｂｓｔｒａｃｔ牶Ａｔｏｍｉｃｇｙｒｏｓｃｏｐｅｉｓａｎｅｗｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｎｅｒｔｉａｌｓｅｎｓｏｒｗｈｉｃｈｉｓｎｅｗｌｙｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂａｓｅｄｏｎｑｕａｎｔｕｍｐｈｙｓｉｃｓｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓａｎｄｑｕａｎｔｕｍｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｉｔｈａｓｂｒｏａｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｓｐｅｃｔｓｉｎｎａｔｉｏｎａｌｄｅｆｅｎｓｅ牞ｍｉｌｉｔａｒｙａｎｄｃｉｖｉｌｆｉｅｌｄｓ牞ａｎｄｈａｓｂｅｃｏｍｅａｒｅｓｅａｒｃｈｈｏｔｓｐｏｔｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｉｎｅｒｔｉａｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｔｈｏｍｅａｎｄａ ｂｒｏａｄ．Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ牞ａｔｏｍｉｃｇｙｒｏｓｃｏｐｅｓａｒｅｍａｉｎｌｙｄｅｖｉｄｅｄｉｎｔｏｎｕｃｌｅａｒｍａｇｎｅｔｉｃｒｅｓｏｎａｎｃｅｇｙｒｏｓｃｏｐｅ牞ｓｐｉｎｅｘ ｃｈａｎｇｅｒｅｌａｘａｔｉｏｎｆｒｅｅｇｙｒｏｓｃｏｐｅａｎｄａｔｏｍ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒｇｙｒｏｓｃｏｐｅ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｈｉｓｔｏｒｙａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｅｇｙｒｏｓｃｏｐｅｓａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ牞ａｎｄｔｈｅｆｕｔｕｒｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｏｆａｔｏｍｉｃｇｙｒｏｓｃｏｐｅｓｉｓｐｒｏｓｐｅｃ ｔｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ牞ｓｏｍｅｔｈｏｕｇｈｔｓｏｎｄｏｍｅｓｔｉｃｒｅｓｅａｒｃｈｏｆａｔｏｍｉｃｇｙｒｏｓｃｏｐｅｓａｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ牶ａｔｏｍｉｃｇｙｒｏｓｃｏｐｅ牷ｉｎｅｒｔｉａｌｎａｖｉｇａｔｉｏｎ牷ｃｏｍｂｉｎａｔｏｒｉａｌｇｙｒｏｓｃｏｐｅｓｙｓｔｅｍ牷ｃｈｉｐ ｓｃａｌｅｇｙｒｏｓｃｏｐｅ 陀螺仪是惯性导航系统中的核心器件，用于测量载体运动的角加速度。
2023年惯性导航行业市场研究报告
2023年惯性导航行业市场研究报告标题：惯性导航行业市场研究报告一、引言惯性导航是一种基于惯性原理的导航方式，通过利用惯性传感器（包括加速度计和陀螺仪）测量物体在空间中的加速度和角速度，以及计算机算法进行数据处理和计算，从而实现定位和导航功能。
惯性导航技术广泛应用于航空航天、导弹制导、海洋勘探、交通运输等领域。
二、市场规模与发展趋势1. 市场规模：惯性导航市场在过去几年里持续增长。
据市场研究公司预测，到2025年，全球惯性导航系统市场规模预计将达到100亿美元。
2. 应用领域：惯性导航广泛应用于航空航天领域，占据市场份额的最大部分。
此外，汽车导航、无人驾驶、船舶导航、运动健康监测等领域也是惯性导航技术的主要应用领域。
3. 发展趋势：a. 精度提升：随着技术的发展，惯性导航的定位精度和导航精度不断提高，逐渐逼近全球卫星导航系统（如GPS）的精度水平。
b. 多传感器融合：为了进一步提高定位和导航的精度，惯性导航系统开始与其它传感器（例如GPS、视觉传感器）融合，形成多传感器融合导航系统。
c. 小型化与低成本化：随着芯片制造技术的进步，惯性导航系统的体积不断缩小，成本也逐渐降低，促进了其在消费电子和移动设备中的应用。
d. 应用拓展：新兴的应用领域，如虚拟现实（VR）和增强现实（AR），以及智能家居和智慧城市等，也为惯性导航技术的发展提供了新机遇。
三、主要市场参与者1. 全球主要惯性导航系统制造商：包括Honeywell International Inc.、Northrop Grumman Corporation、SAFRAN Group等。
2. 传感器制造商：包括STMicroelectronics、Bosch Sensortec、InvenSense等。
3. 软件开发商：提供惯性导航算法和数据处理软件，如Xsens Technologies、VectorNav Technologies等。
4. 系统集成商：负责将各个组件整合为惯性导航系统的完整解决方案，如NovAtel Inc.、Orolia Holding SA等。
惯性导航系统发展应用现状
惯性导航系统发展应用现状测绘10-2班张智远 07103094摘要：阐述了惯性导航技术的核心技术构成（陀螺定向），总结了惯性导航的发展概况，并列举出陀螺仪的发展历程及发展方向。
同时，概括了惯性技术的应用领域及当前应用情况。
最后指出，随着新型惯性器件的涌现和完善，以惯性导航为基础的组合导航系统将成为未来导航系统的主要发展方向。
关键词：惯性导航陀螺仪惯性导航技术惯性导航系统惯性导航（Inertial Navigation）是20世纪中期发展起来的完自主式的导航技术。
通过惯性测量组件（IMU）测量载体相对惯性空间的角速率和加速度信息，利用牛顿运动定律自动推算载体的瞬时速度和位置信息，具有不依赖外界信息、不向外界辐射能量、不受干扰、隐蔽性好的特点，且惯导系统能连续地提供载体的全部导航、制导参数（位置、线速度、角速度、姿态角）。
惯性导航技术，包括平台式惯导系统和捷联惯导系统。
平台式惯性导航系统将陀螺通过平台稳定回路控制平台跟踪导航坐标系在惯性空间的角速度。
捷联惯性导航系统利用相对导航坐标系角速度计算姿态矩阵，把雷体坐标系轴向加速度信息转换到导航坐标系轴向并进行导航计算。
惯性导航系统通常由惯性测量装置、计算机、控制显示器等组成。
惯性测量装置包括加速度计和陀螺仪,又称惯性导航组合。
3个自由度陀螺仪用来测量飞行器的三个转动运动；3个加速度计用来测量飞行器的3个平移运动的加速度。
计算机根据测得的加速度信号计算出飞行器的速度和位置数据。
控制显示器显示各种导航参数。
陀螺仪是惯性系统的主要元件。
陀螺仪通常是指安装在万向支架中高速旋转的转子，转子同时可绕垂直于自转轴的一根轴或两根轴进动，前者称单自由度陀螺仪，后者称二自由度陀螺仪。
陀螺仪具有定轴性和进动性，利用这些特性制成了敏感角速度的速率陀螺和敏感角偏差的位置陀螺。
由于光学、MEMS等技术被引入于陀螺仪的研制，现在习惯上把能够完成陀螺功能的装置统称为陀螺。
陀螺仪种类多种多样，按陀螺转子主轴所具有的进动自由度数目可分为二自由度陀螺仪和单自由度陀螺仪；按支承系统可分为滚珠轴承支承陀螺，液浮、气浮与磁浮陀螺，挠性陀螺（动力调谐式挠性陀螺仪），静电陀螺；按物理原理分为利用高速旋转体物理特性工作的转子式陀螺，和利用其他物理原理工作的半球谐振陀螺、微机械陀螺、环形激光陀螺和光纤陀螺等。
陀螺仪技术进展及其在导航和航空领域中的应用
陀螺仪技术进展及其在导航和航空领域中的应用引言：导航和航空领域中，陀螺仪技术扮演着重要角色。
陀螺仪以其高精度和高鲁棒性，成为现代航空器和导航系统中不可或缺的组成部分。
随着技术的进步，陀螺仪技术不断发展，其应用领域也在不断扩大。
本文将探讨陀螺仪技术的进展，并详细介绍它在导航和航空领域中的应用。
一、陀螺仪技术的进展陀螺仪技术是基于陀螺效应的原理而实现的一种测量仪器。
它可以检测和测量物体的旋转和角度变化，并将这些信息转化为电信号输出。
随着科技的不断进步，陀螺仪技术也在不断发展。
1. 光纤陀螺仪光纤陀螺仪是一种基于光纤干涉原理的陀螺仪。
它通过测量光束在光纤中传输时的干涉效应，来确定物体的旋转角度。
光纤陀螺仪具有高精度、快速响应和较长寿命等优势，被广泛应用于航空、导航以及地震监测等领域。
2. MEMS陀螺仪MEMS陀螺仪是一种微型化的陀螺仪，采用微电子机械系统（MEMS）技术制造。
它具有体积小、重量轻、功耗低的特点，适用于嵌入式设备和消费电子产品。
然而，由于其精度相对较低，主要用于一些对精度要求不高的应用场景。
3. 激光陀螺仪激光陀螺仪利用激光和干涉原理，测量物体旋转产生的角位移。
相比于传统的机械陀螺仪，激光陀螺仪具有更高的精度和更长的工作寿命。
它被广泛应用于航空导航、船舶定位和无人车辆等领域。
二、陀螺仪在导航中的应用导航系统中的陀螺仪主要用于测量车辆、船舶、飞机等运动物体的姿态和方位。
通过与其他传感器（如加速度计）组合使用，陀螺仪可以提供更准确的导航信息。
1. 惯导系统惯性导航系统是一种不依赖外部参考物的导航系统。
它通过陀螺仪和加速度计等传感器，测量和计算物体的位置、速度和姿态。
惯导系统广泛应用于航空、航海和导弹等领域，能够在无法接收卫星信号的环境下提供可靠的导航解决方案。
2. 电子稳定平台电子稳定平台是一种利用陀螺仪技术来稳定摄像机或传感器的装置。
它可以通过实时测量物体的角度变化，并根据这些数据来控制摄像机或传感器的姿态，使其始终保持水平或指定的角度。
论文精选惯性导航传递对准技术发展现状与趋势
论文精选惯性导航传递对准技术发展现状与趋势惯导技术具有完全自主、高度隐蔽、数据频率高等特性，因而在军事上得到广泛应用。
传递对准技术是惯性导航的关键技术，对于保证精确制导武器搭载的以惯导为主的导航系统的精度具有重要意义。
欢迎同行学者参考引用该文献，并将引用情况回复微信互动，谢谢！宋嘉钰，杨黎明，李东杰. 惯性导航传递对准技术发展现状与趋势［J］.兵器装备工程学报，2016(2):139-143.SONG Jia yu, YANG Li ming, LI Dong jie.Development of Tra nsfer Alignment for Inertial Navigation Systems［J］.Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(2):139-143.以下文字摘编自《兵器装备工程学报》2016年2期《惯性导航传递对准技术发展现状与趋势》本文作者：宋嘉钰，杨黎明，李东杰作者单位：中国工程物理研究院电子工程研究所本文介绍了传递对准技术的基本原理，简要总结了传递对准技术中系统误差模型、匹配方式、可观测性分析、误差补偿、滤波方法等方面的理论和方法。
归纳了近年来传递对准技术研究的进展，探讨了传递对准技术未来可能的发展方向。
1传递对准的模型传递对准过程中，系统状态方程和观测方程的基本形式分别由惯导系统误差方程和匹配方式决定。
为了确定滤波器能否收敛，一般还要先对模型进行可观测性分析。
在传递对准的模型中，状态方程的基本形式是由惯导系统误差模型决定的。
2匹配方法Kain和Cloutier[4]于1989年提出“速度+姿态”的组合匹配方法，同时利用姿态匹配和速度匹配的优势，以提高传递对准性能。
采用这种匹配方法的传递对准方案在飞行实验中取得了传递对准时间10s以内，对准精度达到1m rad的结果[17]。
在此之后，综合利用角运动参数匹配优势和线运动参数匹配优势的这一类的匹配方法得到了很大发展，“速度+姿态角”匹配[4,14]、“速度+姿态角变化量”匹配[18]、“速度+姿态矩阵”匹配[19]、最优姿态匹配[15,20]等匹配方法相继被提出。
浅述陀螺仪与惯性技术的发展现状
浅述陀螺仪与惯性技术的发展现状激光陀螺仪[激光陀螺仪的定义]激光于1960年在世界上首次出现。
1962年，美、英、法、前苏联几乎同时开始酝酿研制用激光来作为方位测向器，称之为激光陀螺仪。
激光陀螺仪的原理是利用光程差来测量旋转角速度（Sagnac效应）。
在闭合光路中，由同一光源发出的沿顺时针方向和反时针方向传输的两束光和光干涉，利用检测相位差或干涉条纹的变化，就可以测出闭合光路旋转角速度。
激光陀螺仪的基本元件是环形激光器，环形激光器由三角形或正方形的石英制成的闭合光路组成，内有一个或几个装有混合气体（氦氖气体）的管子，两个不透明的反射镜和一个半透明镜。
用高频电源或直流电源激发混合气体，产生单色激光。
为维持回路谐振，回路的周长应为光波波长的整数倍。
用半透明镜将激光导出回路，经反射镜使两束相反传输的激光干涉，通过光电探测器和电路输入与输出角度成比例的数字信号。
[技术难点]激光陀螺仪需要突破的主要技术为漂移、噪声和闭锁阈值。
1. 激光陀螺仪的飘移激光陀螺仪的飘移表现为零点偏置的不稳定度，主要误差来源有：谐振光路的折射系数具有各向异性，氦氖等离子在激光管中的流动、介质扩散的各向异性等。
2. 激光陀螺仪的噪声激光陀螺仪的噪声表现在角速度测量上。
噪声主要来自两个方面：一是激光介质的自发发射，这是激光陀螺仪噪声的量子极限。
二是机械抖动为目前多数激光陀螺仪采用的偏频技术，在抖动运动变换方向时，抖动角速率较低，在短时间内，低于闭锁阈值，将造成输入信号的漏失，并导致输出信号相位角的随机变化。
3. 激光陀螺仪的闭锁阈值闭锁阈值将影响到激光陀螺仪标度因数的线性度和稳定度。
闭锁阈值取决于谐振光路中的损耗，主要是反射镜的损耗。
[国外概况]美国斯佩里公司于1963年首先次做出了激光陀螺仪的实验装置。
1966年美国霍尼威尔公司开始使用石英作腔体，并研究出交变机械抖动偏频法，使这项技术有了使用的可能。
1972年，霍尼威尔公司研制出GG-1300型激光陀螺仪。
冷原子物理学的研究现状
冷原子物理学的研究现状随着科学技术的不断发展，科学家们对物质的认识也在不断深入。
冷原子物理学作为物理学的一个分支，近年来受到了越来越多的关注。
它以研究温度极低的原子和分子的行为为主要研究对象，涉及到多个学科领域，包括量子力学、统计物理学、光学等等。
冷原子物理学是一门比较新的科学，相对于传统物理学而言，它最大的特点是研究对象温度非常低，通常在0.1 - 1微开尔文之间，这样就可以避免热涨落和其他难以控制的因素对实验的干扰。
这样，科学家们可以更加关注被研究的原子和分子本身的特性。
此外，现代冷原子物理实验可以测量并精确控制原子的位置、速度、旋转以及能级等状态，这为冷原子物理学研究的深入提供了条件。
冷原子物理学涉及到多个学科领域，主要包括原子光学、量子统计力学、量子信息和凝聚态物理学等多个学科的研究。
其中，原子光学研究中光与原子的作用，例如激光冷却、原子与光场的相互作用，而量子统计力学主要是用于描述冷原子系统中的量子现象，包括玻色-爱因斯坦凝聚和费米-狄拉克凝聚等。
因此，冷原子物理学的研究可以帮助我们更深入地理解这些现象，并提出更准确的理论模型。
正是由于其研究对象的独特性和实验的高可控性，冷原子物理学的研究越来越被重视。
特别是在量子信息的研究方向上，冷原子物理学已经涉及到量子计算和量子通信等应用领域，为未来的信息技术发展打下了基础。
在冷原子物理学方向上，最早的研究是从激光冷却开始的。
激光冷却通过频率选择性吸收和辐射的方法，降温了钠原子到几微开尔文的温度，这项工作于1997年获得了诺贝尔物理学奖。
此后，人们已经把激光冷却应用到多种原子上，比如铷、钙、镧，成为几个实现玻色-爱因斯坦凝聚的基础。
目前，冷原子物理学已经取得了一系列重要的进展。
例如，2012年，美国国家物理实验室的科学家利用钙原子固体的方法制造了最凉的物质，使原子温度下降到了270纳开尔文以下，创造了新的低温纪录。
另外，玻色-爱因斯坦凝聚也是冷原子物理学的重要成果。
原子陀螺仪用激光稳频技术进展与趋势分析
CJ
CU
吸收光谱稳频法利用同一激光器产生的反向传播的
两束激光通过碱金属气室形成的饱和吸收光谱进行 稳 频 ，利用去掉多普勒背景的饱和吸收光谱和外部调 制稳频电路能够实现每小时几百千赫兹的频率稳定
-4 000 -2 000 0
2 000
v-p〇MHz
图 3 饱和吸收光谱
4 000
控制。
消 多 普 勒 饱 和 吸 收 系 统 原 理 图 如 图 4 所 示 。通
第 42卷 第 6 期 2021 年 6 月
激光杂志
LASER JOURNAL
V o l . 4 2 ，No.6 J u n e ,2021
•综合评述•
原子陀螺仪用激光稳频技术进展与趋势分析
庄铭今K2 ,范晓婷i’2 ,王天顺K2 ,刘院省U
‘ 中国航天科技集团有限公司量子工程研究中心，北 京 100094; 2北京航天控制仪器研究所，北 京 100039
2. 1 工作原理 饱和吸收光谱稳频法的基本光路结构如图1 所
示 ，激光经过分束成为一束较强的泵浦光和一束较弱 的 探 测 光 。两 束 激 光 在 原 子 气 室 中 反 向 交 叉 传 播 ，通 过 光 电 探 测 器 检 测 透 过 气 室 的 探 测 光 信 号 [5]。
碱金厲原子气室
过 三 角 波 发 生 器 向 激 光 控 制 器 注 入 电 流 扫 描 信 号 ，激 光 经 过 分 束 棱 镜 后 进 行 分 束 ，分 成 透 射 光 束 和 反 射 光 束 。透射过分 光 棱 镜 的 激 光 功 率 较 大 ，作为栗浦光; 在 分 光 棱 镜 前 后 表 面 反 射 的 激 光 功 率 相 对 较 小 ，作为 探 测 光 。泵 浦 光 与 其 中 一 路 探 测 光 在 原 子 气 室 中 对 射 产 生 饱 和 吸 收 光 谱 ，经 过 光 电 探 测 器 后 将 光 信 号 转 换成电信号,并且与另外一路参考光做差。将得到的
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冷原子干涉陀螺仪在惯性导航领域的研
究现状及展望
摘要：冷原子干涉陀螺仪作为以光学技术为基础的创新技术，在现代惯性导
航领域具有良好的发展潜力。
为此，必须充分掌握冷原子干涉陀螺仪的结构原理
和应用特点，对比不同干涉结构类型，研究冷原子干涉陀螺仪在惯性导航领域在
的研究与发展方向，推动冷原子干涉陀螺仪的全面发展。
关键词：冷原子干涉陀螺仪；惯性导航；应用展望
0引言
惯性导航是新时期的自主式导航系统，其中通过冷原子干涉陀螺仪的应用，
能够提高测量精度和灵敏度，为此，人们必须重视对冷原子干涉陀螺仪原理与结
构的细化研究，为惯性导航领域的发展提供良好的支持，满足我国惯性导航新时
代的发展潜力。
1冷原子干涉陀螺仪工作原理与应用特点
1.1冷原子干涉陀螺仪系统结构
全新原子内态干涉仪器是以光脉冲跃迁为基础，与传统的原子干涉仪器相比
具有强大的性能优越性。
这种新型原子内态干涉仪利用物质波束来改变原子内态
结构，其中的分束元件选用激光束。
原子在发射或吸收光子时，也转变成了能态，由于获取光子动量与反冲，达到运行轨迹改变效果。
因此，内态干涉仪的结构是
通过内态或外态变化结合而成。
冷原子干涉陀螺仪的系统功能丰富，其中涉及多个模块，包括激光系统、机
械系统、真空系统以及电路系统，其中激光系统内包括探测光、拉曼光以及冷却
光等；机械系统包含磁屏蔽层、干涉腔以及磁光阱。
真空系统的功能是为干涉环
节提供良好的真空环境；电路系统具备信号处理以及时序控制功能。
机械系统内
部的磁光阱利用泵浦光与冷却光，对原子进行有效制备，并将其成精细化能级｜a〉态，通过高效推射将磁光推送到真空腔内，不同脉宽拉曼脉冲导致反射与合束，达到干涉效果。
在冷原子干涉陀螺仪的运用中，通过探测效果实现信号干涉，并且在信号处理中准确获取被测惯量。
1.2冷原子干涉陀螺仪测量原理
冷原子干涉陀螺仪受到加速度（a）和旋转角速度（Ω）的影响，会出现冷
原子跃迁现有，由原来的｜a〉态跃迁到｜b〉态，整个概率计算如（1）式：
（1）
如上式冷原子跃迁概率的计算分析，表示受到Ω影响后所产生的相移；
表示a影响所产生的相位；受到拉曼脉冲相位影响。
而干涉结构也会随着
冷原子干涉陀螺仪类型的改变发生改变，因此在实际测量中运行原理也会具有一
定差异。
以法国竖向拉曼脉冲冷原子干涉陀螺仪为例，运行原理是当冷原子以v速度
倾斜方向引入真空腔内部，运动到抛物线顶端位置时，受到拉曼脉冲影响，整个
干涉环节运动会受到单束脉冲限制。
因此冷原子干涉陀螺仪相位计算公式如（1）式：
（2）
如上式的相位计算来看，其中脉冲相位φ1和φ3为π/2、φ2为π，k eff表
示拉曼光适量，T表示脉冲间隔。
为了区分线加速度和旋转加速度产生的相位，
一般会将冷原子团由干涉腔通过反向初速度对射，最终构建路径一致的干涉环路。
以上两个冷原子干涉陀螺仪中的的具有干涉反向且大小相等的特点，但是
并未发生改变，因此可以基于差分测量来阻止线加速度产生影响。
1.3冷原子干涉陀螺仪应用特点
当选用的冷原子干涉陀螺仪内部干涉结构为抛物线型时，可以发挥真空腔优势，但是在实际运行中也会受到其他因素影响，改变冷原子运行轨迹。
当系统处
于超重状态下，冷原子干涉陀螺仪无法顺利运行，抛物线干涉结构由于整个环路
面积狭窄，因此在实际测量中的灵敏度也有所下降。
但是抛物线型干涉结构能够
扩展成多个自由度的惯量，因此系统具有良好的发展潜力。
此外，对于拉曼脉冲
的射出来说，可以有效简化激光设计，确保脉冲矢量相等，降低激光引入测量误差。
将原本的冷原子干涉陀螺仪中加设2D-MOT，能够全面提升冷原子干涉陀螺仪
的冷原子制备速度，在提高测量信噪比的基础上，降低整个测量作业时间，达到
高效测量的效果。
由于拉曼脉冲具有空间分离特点，因此在跃迁环节中也会具备
一定敏感度，可以采用三脉冲矢量平行的方式来进行测量。
针对上述陀螺仪内部干涉结构的实际特点分析，通过对原子干涉结构的合理
选择，能够基于差分测量来达到旋转角速度与线加速度的区分，还能消除共模噪声。
但是该系统在测量时需要建立完全对称的干涉结构，即便是存在细微的干涉
结构偏差，也会影响最终的测量结果。
所以系统稳定性也需要进一步提升。
从（2）式中来看，冷原子速度被热干涉仪的相位关系所干扰，频率漂移也会造成
影响，频率分步将导致条纹对比度的减小，同时原子旋转角速度也越大，而条纹
对比度的反之则将进一步降低。
相对于以往的冷原子干涉陀螺仪而言，新的冷原
子干涉陀螺仪可以只安装一个热原子干涉仪，从而形成了两个对称干涉环，以实
现自旋角频率测定的目的。
而且这个新的设计原理和对抛原子干涉陀螺仪很相似，都可以减少因加速度而产生的测量误差。
不过从相对于干涉环的相位测量结果出发，自旋角频率稳定性限制在g值内，而并非冷原子的分布，所以如果旋转角速
度增大，系统理论上会获取较高的对比度，但是通过这种新型干涉仪的研究，也
引入了多功能便捷式的冷原子干涉陀螺仪设备，为系统更新迭代奠定基础。
2冷原子干涉陀螺仪在惯性导航领域中的发展
随着各界人士对冷原子干涉陀螺仪的不断研究与实践，也引入了诸多创新理念，对陀螺仪内的设备持续更新。
在实际研究中，对传感器的创新研究取得了良
好的成果，但是这些新型的重力梯度仪运用到实际测量中还具有一段距离。
在人
们提出的自由空间干涉结构中，打破了以往冷原子干涉陀螺仪运行原理的局限性，
通过测量跃迁概念就能获得相位。
在开展重力蹭了过程中，也通过多次测量改变
啦曼光频率，提高测量重力加速度，这种方式也存在一定局限性，仍需不断完善。
3结束语
综上所述，冷原子干涉陀螺仪在实际应用中具有重要价值，通过开展惯性测量，可以推动惯性导航领域的发展，对平台高精度导航和战术提供可靠支持。
为此，人们也要深入研究当前冷原子干涉陀螺仪的发展现状，分析未来研究目标，
满足冷原子干涉陀螺仪的长远发展需求。
参考文献
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