连续冷原子束干涉陀螺仪研究进展

原子干涉陀螺仪是一种实现高精度角速率测量的新型惯性器件,被认为是下一代导航技术中的核心器件。报道了在连续冷原子束干涉陀螺仪研究上的最新进展。提出了基于连续冷原子束的干涉陀螺仪方案,该方案在保证系统灵敏度和紧凑型的前提下有助于解决冷原子干涉陀螺仪低带宽和数据率的问题。利用激光冷却的~(87) Rb冷原子束作为原子光源,利用多普勒敏感的双光子受激拉曼跃迁进行原子波包的相干操控,演示了π/2-π-π/2拉曼脉冲序列的空间型原子干涉。数据估算原子干涉陀螺的短期灵敏度为7.8×10~(-5)(rad/s)/Hz~(1/2)(1s积分时间),其中干涉条纹的信噪比为15.1,系统带宽为190Hz,系统理论带宽可以达到790Hz。     

基于室温里德堡原子天线的宽频带电场测量

利用室温铯原子里德堡态构建原子天线,研究原子天线对30MHz～40GHz频率范围电磁波信号的响应特性。实验中,通过852nm和509nm的双光子激发方案实现里德堡原子的量子态制备,通过阶梯型电磁感应透明光谱实现电磁波信号测量。实验研究了66S_1/2、66D_5/2、76D_3/2里德堡态的宽频电磁波响应特性,研究发现近共振条件下,原子与电磁场通过电偶极共振跃迁耦合,光谱信号较强,系统的测量灵敏度为-110dBm/Hz±2dBm/Hz,线性动态范围为40dB;失谐条件下,原子与电磁场的相互作用主要是AC Stark频移,光谱信号较弱。对于铯原子,66S_1/2与66D_5/2里德堡态在30GHz附近存在测量不敏感区;76D_3/2量子态在30MHz～40GHz范围的偶极共振跃迁分布均匀,实验没有测量到明显的不敏感区。     

冷原子干涉陀螺研究进展

近年来,基于激光冷却与俘获的冷原子干涉技术得到了飞速的发展,这为精密转动测量提供了新的研究方向。相比于传统陀螺,冷原子干涉陀螺具有更高的灵敏度,是新一代的惯性测量仪器。从冷原子干涉陀螺的测量原理出发,介绍了近几年国内外干涉型冷原子陀螺的实现技术路线和研究现状,对比了各技术路线的优缺点,提炼出了最佳的研制冷原子干涉陀螺的总体技术方案,为高精度和高动态测量的陀螺样机研制提供了技术基础。     

冷原子干涉仪发展现状与应用分析

基于冷原子干涉仪的量子传感器具有极高的理论精度,在自然科学的各个领域特别是重力测量和惯性传感领域有着广泛的应用。首先介绍了原子干涉仪的基本原理,在此基础上给出了基于双光子受激Raman跃迁的脉冲式Mach-Zehnder原子干涉仪的干涉相位,描述了原子干涉仪在重力仪和陀螺上的应用及其发展历程,着重分析了当前发展最成熟的原子重力仪的发展历程和趋势,指出了原子干涉仪应用的发展方向。     

原子干涉技术在惯性领域中的应用

惯性技术因其强自主性、不依赖外界信号、适应全天候等特性在导航领域备受关注,为了提升惯性导航的精度,数十年来人们在如何提高惯性传感器性能方面进行了大量的攻关工作并研制出了多种基于不同原理的惯性传感器。得益于量子效应,原子传感器能在诸如时间、加速度、转动、磁场等领域提供比现有技术更高的测量灵敏度、精度和速度。通过研制基于原子干涉技术的高精度原子惯性器件,实现重力/重力梯度数据实时补偿匹配的量子导航将是新一代高精准军用惯性导航的首选。本文简要介绍了以物质波干涉为基础的原子干涉惯性器件的原理,回顾了以原子重力仪、原子干涉陀螺为主的技术发展历程及现状,并结合我国目前在该领域的发展态势,表达了对我国原子惯性设备实装应用的迫切性。     

低轨卫星多普勒频移特性的快速计算

地面站利用低轨卫星进行通信时,地面接收站接收信号存在明显的多普勒频移现象。为描述多普勒频移特性,首先分析卫星轨道偏心率对多普勒特性曲线的影响,分析表明：轨道偏心率越大,地面站接收信号多普勒变化率越大。其次,推导了卫星多普勒频移的计算表达式,并讨论了低轨卫星多普勒频移特性曲线的快速计算。仿真计算结果表明,该算法可以很好地描述任意低轨道卫星多普勒频移特性,并明显缩短了精确算法的计算时间,对于10 000km轨道高度卫星,算法置信度可达99%以上。     

原子干涉重力测量技术研究进展及发展趋势

20世纪90年代至今，原子干涉重力测量技术以其高精度和鲁棒性等特点，逐渐成为绝对重力测量的重要技术之一。近年来，在国际重力比对活动中，原子干涉重力仪已有超越FG5 X的趋势，其在陆地、航海、航空、航天等领域均有成功的应用。介绍了原子干涉重力测量技术的工作原理、研究进展和小型化原子干涉重力仪的关键技术，并对其发展趋势进行了展望。     

基于激光吸收光谱技术的超声速气流测量研究

为研究可调谐半导体激光吸收光谱测量技术在工业环境中的应用,采用波长调制光谱测量方法,对超燃直连式试验台隔离段内的超声速气流进行了测量研究。通过对7185.60cm-1和7454.45cm-12条H2O吸收谱线的频率标定和多普勒频移测量,实现了高速气流速度的实时在线测量,测量值相对于预测值的偏差在3%以内。基于2条H2O吸收谱线的光谱参数和激光调制参数,建立了基于实验环境的仿真数据库。采用频分复用方法,通过迭代求解了隔离段内的温度和组分浓度,其结果相对于预测值的偏差分别在4%和12%以内。该方法不仅能够实现不同谱线的同步实时测量,而且验证了在恶劣环境下的应用效果。     

基于里德堡原子天线的微波场强仪比对验证

基于里德堡原子的微波场强测量可基于量子效应接收和测量微波电场,被认为在微波场强计量领域具备实用化潜力。通过对激光器、激光光路、室温铯原子天线等组件的定制与优化,制作了集成式原子微波场强仪。在微波暗室中,将基于该集成设备的测量方法及结果与现有计量体系下的微波场强计量标准,即标准场及标准场探头方法的结果进行比对。在3.10GHz点频上的比对结果为：1)高功率(4.17V/m～14.85V/m)下,重复性为0.44%～0.71%,非线性度为3.8%,比对误差为-2.61%～3.31%;2)低功率(2.00V/m～4.69V/m)下,重复性为0.28%～0.80%,非线性度为1.7%,比对误差为-5.08%～4.30%。结果表明,该原子微波场强仪的测试结果与现有标准场法测量结果吻合,而在重复性等指标上表现更优。     

高速精密激光干涉测量的研究现状及其关键技术

总结了高速精密激光干涉测量的研究现状；分析了影响测量精度和提高测量速度的主要因素及解决问题的关键技术，包括激光稳频技术和光学反馈、精度与测速的制约关系、空气折射率的影响及补偿、电子细分技术、光学非线性误差等     

基于频移递推的机载单站无源测距

在机载站飞行方向前方某一距离处的多普勒频移能够通过递推计算的方法由站点当前位置处的相位测量结果而被直接确定。进一步利用频移和角度之间的变换,由多普勒频移的虚拟递推值即可求得载机飞行路线前方虚拟距离处的目标方位,由此就可在机载单站平台上通过三角定位法,实现仅基于相差测量的无源测距。     

舰载机-航母间径向距离的多普勒测量

通过对多普勒频移方程进行角度变换,并利用在下滑视角和坐标变量之间的对应关系导出了在三个站点的径向距离之间的递推关系.在此基础上,进一步利用固有的几何关系,即能由任一瞬间所测得的多普勒频移值,得到舰载机-航之间径向距离的解析解.随后进行的误差分析表明基于多普勒频移测距可以实现分米级的测量精度.     

磁场对冷镱原子光钟稳定度影响的仿真分析

在光晶格钟运行时，不停起伏的杂散磁场会引入一阶塞曼频移和二阶塞曼频移，从而影响光晶格钟的频率不稳定度。此外，突变的磁场可能导致激光频率参考到钟跃迁频率的伺服闭环过程发生不可恢复的失锁，从而阻碍光钟的持续运行。在实验中，光钟进行频率闭环锁定前，通常通过控制三维线圈对光钟主腔中心原子处的杂散磁场进行补偿。首先使用三维磁强计，对真空主腔附近的磁场进行监测和记录，以分析杂散磁场对光钟性能的影响。然后利用正态分布模型和二项分布模型等，对光钟频率伺服锁定过程的阿伦偏差进行仿真拟合。在引入实际磁场监测数据的基础上，模拟光钟频率的伺服锁定过程，分析其仿真结果可以得出：减小杂散磁场起伏和控制磁场漂移，在提高冷镱原子光钟的短期稳定性和长期稳定性方面具有重要意义。     

超音速卡门涡街的实验研究

在一块粗糙平板的超音速尾流中(M数2.2),产生了卡门涡街。用光学方法研究了超音速卡门涡街。速度和速度扰动用多普勒激光测速仪测量。流场显示采用纹影和干涉法。尾流中的密度扰动用与高速照相机相连的马赫-蔡德干涉仪测量。涡的分离频率由激光干涉仪测量。 与在相同流动条件下光滑平板后的湍流尾流比较,涡街尾流较宽,平板底部压力较小。涡街的形状因子h/l为0.37,大于不可压流中圆柱体后涡街中的值。涡街的Str数为0.22。文中还讨论了边界条件对涡街的影响以及涡街与斜激波的相互作用。     

弹道辅助的弹载接收机伪卫星信号快速捕获方案

 为实现导航式弹道修正弹在高动态环境下对导航信号的快速捕获且摆脱全球定位系统(GPS)的限制,提出了一个完整的基于伪卫星区域定位系统的弹载接收机信号快速捕获方案。首先利用期望弹道辅助获得多普勒频移初始值以缩小多普勒频移搜索范围,然后采用改进的搜索策略进一步减小多普勒频移搜索时间,最后利用三次样条插值法处理相关谱谱峰及邻近采样点的数据以提高低频采样下粗捕获(C/A)码相位的测量精度。算法分析及仿真结果表明,所提方案能有效缩短多普勒频移搜索时间,提高PN码相位测量精度。     

冷原子干涉型重力仪的发展现状与趋势

地球重力场反映了地球物质分布及其随时间和空间的变化.高精度重力加速度测量可以广泛应用于地球物理、资源勘探、地震研究、重力勘察和惯性导航等领域.冷原子重力仪是近二十年来快速发展起来的一种新型量子传感器,它利用激光冷却、原子干涉等技术实现高精度、高灵敏度的重力加速度测量.本文介绍了冷原子重力仪的发展历史、现状及趋势,详细论述了冷原子重力仪的原理、分类、装置及步骤等,并重点分析了小型化冷原子重力仪的关键技术.     

原子干涉陀螺仪研究现状及分析

自1991年实验演示以来,利用中性原子的物质波干涉进行惯性传感逐渐成为量子精密测量领域的研究热点。其中,光脉冲原子干涉仪在转动角速率测量方面展示了成为超高灵敏度传感器的潜力,在高精度惯性导航、基础物理学和地球物理学研究等领域具有广阔的应用前景。光脉冲原子干涉陀螺仪历经了第一代原理验证与第二代高性能实验室演示的发展,正处于从实验室向工程应用转化的重要阶段。从原子干涉陀螺仪的测量原理出发,对已有的原子干涉陀螺仪进行了分类介绍,并对近年来制约原子干涉陀螺仪动态环境应用的提高数据更新率、带宽和动态范围等问题的研究现状进行了分析和讨论。     

11位巴克码的LP滤波器及其在多普勒频移下的性能

本文介绍使最大旁瓣值最小的11位巴克码滤波器（LP滤波器）的计算结果。并介绍多普勒频移对这种滤波器性能影响。LP滤波器长度为53时,旁瓣电平降到—39.5dB,比匹配滤波器改善18.7dB。对加权序列长度L为41、45、49和53的11位巴克码的LP滤波器计算结果表明,其性能受多普勒频移的影响表现为:它们的主瓣电平下降、主瓣展宽、最小旁瓣电平上升、旁瓣电平平方和上升和信噪比损失增大。在较小的多普勒频移（f_d）时,L大的LP滤波器其性能优于L小的LP滤波器,在多普勒频移交大时,这种优势逐渐消失,不同长度LP滤波器性能大体一致。     

基于铯原子3011nm红外激光的泵浦方案分析

为了分析铯原子3011 nm红外激光能级分布的特点,建立能级跃迁的密度矩阵方程,并采用数值计算方法进行求解,研究出两种泵浦方案下布居几率随不同泵浦激光拉比频率的变化.计算结果对产生高功率铯原子3011 nm红外激光而选择合适的泵浦能级、泵浦光强度具有一定参考意义.     

辅助信息法消除宽带航空移动通信中的多普勒频移干扰研究

提出了一种利用辅助信息消除多普勒频移、减小子载波间干扰(ICI)、降低误码率的方法,即信息辅助抗多普勒频移方法(IAADO)。飞机利用自身配置的导航系统、监视等多种信息系统,可以实时或准实时地获得自身和周围飞机及地面站的位置、运动状态等信息,从而计算出接收信号的多普勒频移,并在此基础上采取频率补偿措施来消除多普勒频移在OFDM系统中产生的ICI。仿真结果表明,基于辅助信息的IAADO方法有效地解决了航空宽带移动通信中多普勒效应造成的强ICI干扰问题,提高了高速移动航路环境下的通信性能,IAADO和信道估计(导频点LS估计、线性插值)的联合使用可以进一步增强终端区环境下的通信性能。