基于高频调制和瞬态响应的ASG中横向磁场的高精度原位控制

《IEEE/ASME Transactions on Mechatronics》：High-Precision In Situ Control of Transverse Magnetic Field in ASGs Based on High-Frequency Modulation and Transient Response

原子自旋陀螺仪（ASGs）因横向磁场与角速度耦合导致高精度在位闭环控制困难，影响长期稳定性。本文创新性地提出基于高频调制与瞬态响应解耦的控制方法，建立电子自旋-核自旋耦合群体稳态响应模型，首次实现ASGs高精度在位闭环控制。实验表明横向磁场测量灵敏度达50和110 fT/Hz，惯性灵敏度提升23.8%，偏置不稳定性降至9.04×10^-3 /h，显著增强抗干扰能力。

　　

摘要：

在原子自旋陀螺仪（ASGs）中，横向磁场与角速度之间的耦合使得实现高精度的原位闭环控制变得困难，这严重影响了陀螺仪的长期稳定性。本文创新性地提出了一种基于高频调制和瞬态响应的横向磁场闭环控制方法。基于高频调制，建立了一个电子自旋-核自旋耦合系统的稳态响应模型，从而能够实现对横向磁场的高精度原位测量。同时，提出了一种基于瞬态响应的横向磁场与角速度解耦方法。基于这些方法，设计了一种横向磁场闭环控制方案，首次实现了ASGs的高精度原位闭环控制。实验结果表明，原位横向磁场测量的灵敏度分别达到了50 fT/Hz和110 fT/Hz。ASGs的惯性灵敏度提高了23.8%，偏置不稳定性降低了31.3%。这种方法对于提高ASGs的抗干扰能力和扩展其应用范围具有重要意义。