原子干涉陀螺仪
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。
原子干涉重力仪测量原理
原子干涉重力仪测量原理今天来聊聊原子干涉重力仪测量原理的事儿。
你看啊，生活中我们对重力都很熟悉，东西会在空中往下落，这就是重力在起作用。
那怎么精确地测量重力呢？这就用到了原子干涉重力仪这么个厉害的东西。
想象一下，原子就像是特别小的乒乓球，而且是用一种特殊的状态存在着的，这种状态就好比是乒乓球被放在了一个特别微妙的磁场或者激光环境下（这个环境可以用一些物理手段来构建，就像我们搭建一个特殊的小型运动场来控制乒乓球一样）。
原子干涉重力仪利用的就是原子的波动性。
这是什么意思呢？我们平常说到波，就像是水池里的涟漪一样。
原子呢，在特定的条件下也会表现出像波一样的特性。
这里就涉及到量子力学的一些知识啦，量子力学就像打开微观世界秘密的一把奇特钥匙，在这个微观世界里啊，很多东西和我们宏观世界的认知不太一样。
老实说，我一开始也不明白这个原子为啥会像波，但随着不断学习才慢慢了解。
比如说，我们用激光来操作这些“微小乒乓球”原子。
激光可以看作是一种特殊的指挥员，它通过一定频率的脉冲来给原子下达指令。
比如先让原子处于一种状态，然后再变到其他状态。
在这个变换过程中呢，原子会产生干涉现象，就像两列水波相遇叠加一样，有的地方增强，有的地方减弱。
重力就会对这种干涉现象产生影响，因为重力会改变原子的波函数（这个波函数有点像描述原子状态的一个说明书），使得干预后的结果发生变化。
通过测量这个变化，我们就能推算出重力的大小啦。
说到这里，你可能会问，这东西有啥用呢？在地质勘探中可就派上了大用场啦！比如说找石油啥的。
地下不同的物质密度不一样，重力也就有细微的差别。
原子干涉重力仪就能精准地检测出这些微小的重力变化，给我们指引哪里可能有石油宝库等。
还有在监测地球板块运动的时候，精确测量重力的变化能够帮助我们更好地理解地壳的微小移动。
不过要做好这一切可不简单，在使用原子干涉重力仪的时候，环境必须十分稳定，一点点的震动或者磁场干扰都可能让测量跑偏，就像乒乓球如果放在一个摇晃很厉害或者旁边有很多磁铁干扰的桌子上，就没法好好玩游戏啦。
原子光学：操纵物质的新方法
⌛️
原子光学技术的优化与改进
• 提高激光冷却效果、实现高精度操控等
• 为提高原子光学技术的性能提供新方法
03
原子光学的应用领域及实际案
例
原子光学在量子信息领域的应用
01
原子光学在量子通信领域的应用
• 量子密钥分发、量子隐形传态等
• 为实现安全通信提供关键技术
02
原子光学在量子计算领域的应用
• 量子比特、量子逻辑门等
• 为实现量子计算提供关键技术
03
原子光学在量子模拟领域的应用
• 量子凝聚态、量子材料等
• 为研究物质性质和相互作用提供新方法
原子光学在精密测量领域的应用
原子光学在原子钟领域的应用
• 氢原子钟、铯原子钟等
• 为提高时间测量精度提供关键技术
原子光学在原子干涉仪领域的应用
• 激光干涉引力波观测等
• 为提高空间测量精度提供关键技术
原子光学在原子陀螺仪领域的应用
• 激光陀螺仪、原子干涉陀螺仪等
• 为提高惯性测量精度提供关键技术
原子光学在基础物理研究领域的应用
原子光学在化学领域的应用
• 分子结构、化学反应等
• 为研究化学反应和物质性质提供新手段
原子光学在原子物理领域的应用
• 原子结构、原子光谱等
• 为研究原子性质和相互作用提供新方法
• 提高测量精度、实现多参数测量等
• 为实现精密测量技术的发展提供关键技术
⌛️
原子光学在基础物理研究领域的发展趋势
• 研究更多物质性质和相互作用、实现更高精度观测等
• 为推动基础物理研究的发展提供新方法
原子光学面临的技术挑战与研究方向
原子光学面临的技术挑战
2024年度2024年陀螺课件pptx完整版(1)
2024年陀螺课件pptx完整版目录CONTENCT •陀螺基础知识•陀螺仪结构与工作原理•陀螺仪性能指标评价方法•典型应用案例分析•未来发展趋势与挑战01陀螺基础知识陀螺定义与原理陀螺定义陀螺是一种基于角动量守恒原理的旋转体，具有定轴性和进动性。
陀螺原理当陀螺受到外力作用时，其自转轴将绕某一固定点（支点）作进动，且进动角速度与外力矩成正比，与陀螺转动惯量成反比。
陀螺分类及应用领域陀螺分类根据结构和工作原理不同，陀螺可分为机械陀螺、光学陀螺、微机械陀螺等。
应用领域陀螺在航空、航天、航海、兵器、汽车等领域有广泛应用，如惯性导航、姿态控制、稳定平台等。
陀螺发展历程及现状发展历程从最早的机械陀螺到现代的光学陀螺和微机械陀螺，陀螺技术经历了不断的发展和创新。
现状目前，光学陀螺和微机械陀螺已成为主流，具有高精度、高可靠性、小型化等优点。
同时，随着人工智能、物联网等技术的发展，陀螺的应用领域也在不断扩展。
02陀螺仪结构与工作原理01020304转子支撑系统驱动系统检测系统陀螺仪基本结构组成为转子提供旋转动力的部分，通常采用电机驱动。
用于支撑转子并使其保持稳定的旋转轴，通常采用高精度轴承或磁悬浮技术。
高速旋转的部件，是陀螺仪的核心部分，通常采用质量均匀、对称的几何形状。
用于检测转子旋转状态的部分，通常采用光学或电学传感器。
陀螺仪工作原理剖析角动量守恒原理陀螺仪在不受外力矩作用时，其角动量保持不变，即转子的旋转轴指向保持不变。
进动性原理当陀螺仪受到外力矩作用时，其旋转轴将围绕外力矩方向进动，进动角速度与外力矩大小成正比。
定轴性原理当陀螺仪受到的外力矩为零时，其旋转轴将稳定在某一方向，即具有定轴性。
机械陀螺仪光学陀螺仪微机械陀螺仪原子陀螺仪不同类型陀螺仪特点比较结构简单、成本低廉，但精度和稳定性相对较低，适用于一些对性能要求不高的场合。
利用光学原理检测转子的旋转状态，具有高精度、高稳定性等优点，但成本较高。
采用微机械加工技术制造，具有体积小、重量轻、功耗低等优点，适用于便携式设备和微型化应用。
激光陀螺仪工作原理
激光陀螺仪工作原理
激光陀螺仪，听着挺高科技的一玩意儿，其实就是利用光的干涉效果来测量陀螺仪旋转的角速度。
简单来说，就是用光来看东西转了多快的一个原理。
具体点说，激光陀螺仪会把一束光分成两股，然后让它们绕着两个相对方向旋转的环路走。
当整个装置不旋转时，这两股光会同时回到原点。
但是如果装置有了旋转，就会影响光的传播路径，导致两股光相遇时会出现干涉现象，最终会形成一个干涉图样。
这个干涉图样会被检测器接收到，然后根据干涉效果的变化来计算出装置的旋转角度和角速度。
这样，通过测量光束的干涉现象，就可以知道陀螺仪在空间中的旋转情况了。
所以说，激光陀螺仪就是利用光的干涉效应来检测物体的旋转状态，是一种精密仪器呢。
位置度标注及测量
在绝对位置标注法中，位置度误差是以产品或零件的几何中心为基准进行测量 的。这种方法适用于产品或零件的位置度误差相对于一个固定的参考点或坐标 系有明确要求的情况。
相对位置标注法
总结词
相对位置标注法是一种将产品或零件 的位置度误差相对于其他产品或零件 的位置进行标注的方法。
详细描述
在相对位置标注法中，位置度误差是 以其他产品或零件的位置为基准进行 测量的。这种方法适用于需要比较不 同产品或零件之间位置度误差的情况。
坐标测量机技术通过接触被测物体的 表面来获取测量数据，具有较高的测 量精度。
静态测量
结构稳定
坐标测量机技术具有结构稳定的特点， 能够保证长期的测量精度。
坐标测量机技术适用于静态测量，能 够实现高精度的测量。
摄影测量技术
非接触测量
摄影测量技术通过拍摄被测物体的照片来获取测量数据，不需要 接触被测物体，具有非接触测量的优点。
通过机器视觉技术进行自动识别和定位，能够实现快速、准确的位置度测量，提高测量 效率。
人工智能技术
利用人工智能技术对测量数据进行处理和分析，能够实现智能化测量，提高测量精度和 可靠性。
测量技术的集成与融合
多传感器融合技术
将不同传感器进行集成和融合，能够实现多源数据的 互补和优化，进一步提高位置度测量的精度和可靠性 。
位置度标注的标准和规范
国际标准
如ISO 5459等国际标准规 定了位置度标注的方法和 要求。
国家标准
各个国家会制定相应的国 家标准，规范位置度标注 的具体实施。
企业标准
部分企业会根据自身生产 特点和需求，制定更为详 细的位置度标注规范。
02
CHAPTER
位置度标注的方法
新型超高精度惯性传感器原理探索
2011 年第 21 期·航空制造技术 101
技术前沿 TECHNOLOGY FRONT
2003 年 Packard 小组 [14] 又在此基础 上提出了大区域多转动的氦 4 超流 体相滑移陀螺仪，此传感器表明氦 4 超流体的相位相关性超过 1.4m，其 敏感环区域比实际模型大 2 个数量 级，灵敏度高于同类型陀螺仪，而且 具 有 长 时 间 的 稳 定 性 能，灵 敏 度 为 2.6×10-6rad/s Hz-1/2。2005 年加州大 学的 Talso 教授分析了频变水动力感 应和超流体陀螺的热量子“声音”[15]， 此超流体陀螺仪是由 Josephson 弱环 构成的，频变水动力感应说明了敏感 器环路流体的摆动流量，由此可得到 陀螺仪的热相位噪声和热旋转声音， 其中得到的量子相位噪声与谐波振 荡器产生的零点运动十分相似。试 验结果表明：此超流体陀螺仪可用 于地球科学和改善全球定位系统性 能。上述超流体陀螺仪是基于超流 体的低阻特性而进行惯性转动测量 的，基于涡流的超流体陀螺仪是此领 域的另一个研究方向。2003 年英国 牛津大学 Clarendon 实验室 [16] 发现 了玻色 - 爱因斯坦凝聚气体中超流 体 量 子 涡 流 的 陀 螺 效 应，涡 流 冷 凝 体 产 生 单 一 量 子 传 播，从 而 引 起 交 叉摆动产生进动，角动量联合涡线， 进一步可推导出进动角与粒子数的 关系，结果角动量为 1.07±0.13Nh。 2006 年 Clarendon 实 验 室 [17] 进 一 步建立了围绕环路的超流体的方向 性重叠，通过玻色 - 哈巴德模型，用 阵列玻色 - 爱因斯坦凝聚体捕获光 子，并将其连入环路内，随着环路的 旋 转，平 均 每 个 粒 子 都 可 获 得 一 半 超 流 体，从 而 所 有 旋 转 和 静 止 的 粒 子 都 可 进 行 粒 子 的 重 叠，为 研 制 超 高精度量子限陀螺仪奠定了理论基 础。2007 年 Packard 小组 [18] 提出的 基于 Josephson 效应的超流体陀螺模 型是目前此领域内的最佳模型，能够 探测由轴流驱动的单一涡流的运动， 当超流体速度达到临界温度时，会发 生相位滑移，随着轴流速度的增加， 频率逐渐增强。由于超流体是一种
原子干涉仪原理
原子干涉仪原理
原子干涉仪是一种利用原子的波动性质进行干涉测量的仪器。
其原理基于量子力学中的德布罗意假设，即所有的物质都具有波粒二象性。
因此，原子也可以视为波动实体。
当原子通过两个狭缝时，它们会发生干涉，形成干涉条纹。
通过测量这些条纹的位置和强度，可以计算出原子的波长和其他物理量。
原子干涉仪主要由波导、分束器、反射镜和探测器等组成。
波导用于将原子束引导到分束器中，分束器将原子束分成两束并使其通过反射镜，然后两束原子重新聚焦，形成干涉条纹并被探测器捕捉。
原子干涉仪可以应用于多个领域，包括原子物理、量子计算、精密测量等。
例如，使用原子干涉仪可以测量原子的核电荷半径、测量地球的引力场等。
同时，还可以将原子干涉仪用于制备量子比特，为量子计算提供基础设施。
总之，原子干涉仪原理基于量子力学中的波粒二象性，通过干涉测量原子的波长和其他物理量。
它具有广泛的应用前景，在原子物理、量子计算、精密测量等领域具有重要的作用。
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• 原子的运动速度远比光速要慢， 这样在相同干涉环路面积的情 况下，原子干涉有更大的路程 （光程）差：
2A 2 A L v c
• Ω 为角速度，A为Sagnac面积
原子陀螺仪的优势
• 测量精度高
• 分辨率最高
• 灵敏度高
• 原子陀螺仪是目前分辨率 最高的陀螺仪
原子陀螺仪的优势
• 测量精度高
冷原子干涉陀螺仪的实现
• 原子冷却与囚禁
• 磁光阱（MOT）是目前原子陀螺中实 现原子冷却与囚禁的装置，由6束圆偏 振激光和1对亥姆霍兹线圈组成 • 除了冷却和囚禁原子外，偏振梯度冷 却（PGC）和移动光学黏团 （moving Molasses）也是在MOT 中完成的
冷原子干涉陀螺仪的实现
• 三拉曼脉冲陀螺仪
冷原子干涉陀螺仪的实现
• 原子探测
• 原子的干涉信号不能通过传 感器直接记录，而是收集激 光与原子作用的共振荧光， 间接探测原子数目：
16Ps L2 1 s 4 2 2 N 2 d hw0 s 2
原子干涉陀螺仪进展和展望
• 法国巴黎天文台冷原子惯 性测量装置 • 对加速度的测量精度： 5.5×10-7（m/s2)/Hz0.5 • 对角速率的测量精度： 2.4×10-7（rad/s)Hz0.5
激光谐振腔式冷原子干涉陀螺仪
原子干涉陀螺仪进展和展望
• 欧洲航天试验室与航空总 署开发的原子干涉仪激光 单元 • • • • 降低系统复杂度 提高系统可靠性 扩大适用范围 降低噪声
原子干涉陀螺仪进展和展望
• 冷原子陀螺仪的研究重点是改进实验方案，提高测量灵敏
度和信噪比。
• 进一步降低原子团的温度，同时缩短原子制备时间 • 改善采样率低和动态范围小等不足
• 进一步实现陀螺仪的集成化和微型化
谢谢欣赏
世界上第一台原子sagnac陀螺仪
原子陀螺仪的优势
• 测量精度高
• 分辨率最高
• 灵敏度高
原子陀螺仪的优势
• 测量精度高
• 由量子力学公式：
• 分辨率最高
• 灵敏度高
h p
• 通过计算可知原子的德布罗意 波波长比光波波长小，可测量 更高精度的
原子陀螺仪的优势
• 测量精度高
• 分辨率最高
• 灵敏度高
A r dr 2 m A h
从相位移公式可以看出, 相比于光学Sagnac 效 应干涉仪, 原子干涉仪 Sagnac相位移会提高 10 个数量级
• 设干涉仪闭合区域面积为A，则：
冷原子干涉陀螺仪的实现
• 原子冷却与囚禁
• 原子干涉——三拉曼脉冲陀螺、四拉曼脉冲陀螺
• 真空系统 • dt h
•
H hwe | e e | hwg | g g | d E
p ex
为动量在x方向的分 量, H为哈密顿量
• 坐标变换以及旋转波近似解其时 变薛定谔方程，当共振光作用时， 跃迁概率为： E0 p21 1 Pe ( ) [1 cos( )] 2 h
• 原子干涉信号最终的相位差表 示：
3 L acc rot
冷原子干涉陀螺仪的实现
• 四拉曼脉冲陀螺仪
• 原子干涉信号最终的相位差 表示：
4 L acc rot
冷原子干涉陀螺仪的实现
• 真空系统
• 真空系统的设计要充分考虑原子干涉的需求， 因为背景气体的碰撞会引起原子束的发散，最 后导致干涉信号信噪比的下降
• 分辨率最高
• 灵敏度高
• 原子陀螺仪与光学陀螺仪的 相位之比为：
atom 2mA 2A mc 2 h c optics h
• 在相同的实验条件下，原子 干涉测量转动相比用光学方 法灵敏10个数量级
2
原子干涉陀螺仪原理
• 对于沿x 方向传播的原子 相位： • 在辐射场 E Ez cos(wt ) 以及 电场的作用下原子二能级的哈密 顿量为：
新型陀螺仪 ——原子干涉陀螺仪
1
2 3 4 5
原子陀螺仪的概述 原子陀螺仪的优势
原子干涉陀螺仪的原理 冷原子干涉陀螺仪的实现 原子干涉陀螺仪进展和展望
原子陀螺仪的概述
• 基础：基于现代物理学，随着原子光学 实验技术的进步, 尤其是激光冷却和操控 原子技术的发展而出现的物质波陀螺仪 • 核心：基于物质波动特性而实现干涉效 应的原子干涉陀螺仪 • 原理：利用原子的德布罗意波相干形成 sagnac相移公式测量角速度
原子干涉陀螺仪进展和展望
• 2006年，美国斯坦福大学首次 实现了冷原子陀螺仪的短时高精 度和长时稳定性的统一 • 零偏稳定性 6 105 / h • 刻度系数稳定性 5 106 • 随机游走误差在 3106 h1 2 量级
原子干涉陀螺仪进展和展望
• 2008年，美国斯坦福大学通过 对光学系统进行集成化设计， 是世界上第一个得到优良性能 指标的冷原子干涉陀螺仪 • • • • 可搬运 敏感部分体积小于1m3 零飘稳定性<6.6×10-3°/h 随机游走<1×10-4 °/h0.5
原子干涉陀螺仪进展和展望
• 美国圣地亚国家实验室冷原子对抛干 涉仪
• 转速灵敏度：1.1×10-6 (rad/s)/Hz0.5 • 加速度灵敏度：0.9×10-6 g/Hz0.5
单腔体原子对抛干涉仪
原子干涉陀螺仪进展和展望
• 加州大学伯克利分校原子干涉 仪 • 将原子干涉腔体集成到激光器 的谐振腔中，干涉仪的干涉基 线只有1.7mm • 加速度灵敏度：6×10-5g/Hz0.5
原子干涉陀螺仪原理
原子干涉陀螺仪原理
• 微扰理论和路径积分近似 可以将原子干涉仪中两路 的相位差表示为： 1 Ldt h • L 为拉格朗日的微扰量， 在惯性坐标系中：
L m (r v)
原子干涉陀螺仪原理
• 相位移的路径积分公式有：
•
m m r vdt r dr h h