CN106885564B - 一种陀螺仪的惯性测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种陀螺仪的惯性测量方法，包括：根据第一操作指令进行磁场测量，确定初始磁场信号强度值；进行惯性测量，确定惯性信号强度值；进行磁场测量，确定磁场信号强度值；确定磁场环境信号强度值，其中，所述磁场环境信号强度值为所述磁场信号强度值与所述初始磁场信号强度值的平均值；确定惯性输出值，其中，所述惯性输出值为所述磁场环境信号强度值与所述惯性信号强度值的差值；输出所述惯性输出值。本发明利用磁场测量的结果作为惯性测量的参数极大的提高了惯性测量的精度，并且在磁场产生扰动的情况下惯性输出值不会被影响，鲁棒性好。

Description

一种陀螺仪的惯性测量方法
技术领域
本发明涉及陀螺仪检测领域，尤其涉及一种陀螺仪的惯性测量方法。
背景技术
惯性传感器是军用民用导航系统的基础。用于航空导航的光纤陀螺仪能够达到
Figure GDA0002469285580000011
的精度。微机电系统陀螺仪能够达到
Figure GDA0002469285580000012
的精度。但是光纤陀螺仪体型较大、制作成本高，而微机电系统陀螺仪长时间使用漂移性能差。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种陀螺仪的惯性测量方法，解决了新型基于量子自旋陀螺仪惯性测量中磁场扰动对惯性测量结果干扰的问题。
根据本发明的一个实施例，提供了一种陀螺仪的惯性测量方法，包括：
根据第一操作指令进行磁场测量，确定初始磁场信号强度值；
进行惯性测量，确定惯性信号强度值；
进行磁场测量，确定磁场信号强度值；
确定磁场环境信号强度值，其中，所述磁场环境信号强度值为所述磁场信号强度值与所述初始磁场信号强度值的平均值；
确定惯性输出值，其中，所述惯性输出值为所述磁场环境信号强度值与所述惯性信号强度值的差值；
输出所述惯性输出值。
可选地，在所述进行磁场测量，确定磁场信号强度值之后，所述方法还包括：
检测是否接收第二操作指令。
可选地，当未接收所述第二操作指令时，返回所述进行惯性测量，确定惯性信号强度值，其中，所述方法包括：
进行第N次惯性测量，确定第N次惯性信号强度值，其中，N为大于1的正整数；
进行第N次磁场测量，确定第N次磁场信号强度值；
确定第N次磁场环境信号强度值，其中，所述第N次磁场环境信号强度值为所述第N次磁场信号强度值与第N-1次磁场信号强度值的平均值；
确定第N次惯性输出值，其中，所述惯性输出值为所述磁场环境信号强度值与所述第N次惯性信号强度值的差值；
输出所述第N次惯性输出值。
可选地，在所述进行磁场测量，确定磁场信号强度值之后，所述方法还包括：
接收所述第二操作指令，结束测量。
可选地，所述磁场测量为根据金刚石NV-色心中自旋测量该时刻磁场的磁场信号强度值，其中，所述自旋包括：电子自旋或核自旋。
可选地，所述根据金刚石NV-色心中自旋测量该时刻磁场的磁场信号强度值，包括：
自旋极化所述金刚石NV-色心；
根据拉姆齐脉冲序列测量该时刻直接作用在所述金刚石NV-色心上的直流磁场的磁场信号强度值。
可选地，所述惯性测量为根据金刚石NV-色心中自旋测量该时刻的惯性信号强度值，其中，所述自旋包括：电子自旋或核自旋。
可选地，所述根据金刚石NV-色心中自旋测量该时刻的惯性信号强度值，包括：
极化核自旋；
根据核自旋的拉姆齐脉冲序列测量该时刻核自旋在惯性转动下的几何相累积，解算出惯性信号强度值。
本发明与现有技术相比的优点在于：
本发明的一个实施例提供的陀螺仪的惯性测量方法利用磁场测量的结果作为惯性测量的参数极大的提高了惯性测量的精度，并且在磁场产生扰动的情况下惯性输出值不会被影响，鲁棒性好。
附图说明
图1为本发明一个实施例提供的一种陀螺仪的惯性测量方法的流程图；
图2为本发明一个实施例提供的一种陀螺仪的惯性测量方法的流程图；
图3为本发明一个实施例提供的一种磁场测量的方法流程图；
图4为本发明一个实施例提供的一种惯性测量的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的技术方案以及优点表达的更清楚，下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明一个实施例提供的一种陀螺仪的惯性测量方法的流程图，图3为本发明一个实施例提供的一种磁场测量的方法流程图，图4为本发明一个实施例提供的一种惯性测量的方法流程图，如图1、图3、图4所示，该方法可包括：
在步骤110中，根据第一操作指令进行磁场测量，确定初始磁场信号强度值。
可选地，磁场测量可以为根据金刚石NV-色心中自旋测量该时刻磁场的磁场信号强度值，其中，自旋可以包括电子自旋或核自旋。例如，根据金刚石NV-色心中自旋测量该时刻反应磁场环境信号的荧光强度值。
可选地，根据金刚石NV-色心中自旋测量该时刻磁场的磁场信号强度值，可包括：在步骤111中，自旋极化金刚石NV-色心。在步骤112中，根据拉姆齐脉冲序列测量该时刻直接作用在金刚石NV-色心上的直流磁场的磁场信号强度值。
在步骤120中，进行惯性测量，确定惯性信号强度值。
可选地，惯性测量可以为根据金刚石NV-色心中自旋测量该时刻的惯性信号强度值，其中，自旋可以包括电子自旋或核自旋。例如，根据金刚石NV-色心中自旋测量该时刻反应惯性信号的荧光强度值。
可选地，根据金刚石NV-色心中自旋测量该时刻的惯性信号强度值，可包括：在步骤121中，极化核自旋。在步骤122中，根据核自旋的拉姆齐脉冲序列测量该时刻核自旋在惯性转动下的几何相累积，解算出惯性信号强度值。
在步骤130中，进行磁场测量，确定磁场信号强度值。
在步骤140中，确定磁场环境信号强度值，其中，磁场环境信号强度值为磁场信号强度值与初始磁场信号强度值的平均值。
在步骤150中，确定惯性输出值，其中，惯性输出值为磁场环境信号强度值与惯性信号强度值的差值。
在步骤160中，输出惯性输出值。例如，输出第一惯性输出值。
例如，陀螺仪接收第一操作指令，并根据第一操作指令开始进行第一次磁场测量，在步骤111中，自旋极化金刚石NV-色心。在步骤112中，根据拉姆齐脉冲序列测量该时刻直接作用在金刚石NV-色心上的直流磁场的荧光强度值，该荧光强度值为初始磁场信号强度值。进行第一次惯性测量，在步骤121中，极化核自旋。在步骤122中，根据核自旋的拉姆齐脉冲序列测量核自旋在惯性转动下的几何相累积，解算出反应惯性信号的荧光强度值，该荧光强度值为第一惯性信号强度值。在第一次惯性测量后，在步骤130，进行第二次磁场测量，重复步骤111中，自旋极化金刚石NV-色心。重复步骤112，根据拉姆齐脉冲序列测量该时刻直接作用在金刚石NV-色心上的直流磁场的磁场信号强度值，该磁场信号强度值为第一磁场信号强度值。在步骤150，第一磁场环境信号强度值为第一磁场信号强度值与初始磁场信号强度值的平均值。在步骤160，第一惯性输出值将第一磁场环境信号强度值与第一惯性强度的差值。
上述的陀螺仪的惯性测量方法利用磁场测量的结果作为惯性测量的参数极大的提高了惯性测量的精度，并且在磁场产生扰动的情况下惯性输出值不会被影响，鲁棒性好。
此外，上述的陀螺仪利用金刚石的NV-色心中的电子能够在相同设备的情况下测量磁场强度的特点，无需外加磁场检测设备，简化了系统的复杂程度。
图2为本发明一个实施例提供的一种陀螺仪的惯性测量方法的流程图，如图2所示，该方法除上述实施例所包括的步骤外，在步骤130，进行磁场测量，确定磁场信号强度值之后，该方法还包括：
在步骤170中，检测是否接收第二操作指令。
可选地，当未接收第二操作指令时，返回步骤120，进行惯性测量，确定惯性信号强度值，其中，该方法包括：
在步骤120’中，进行第N次惯性测量，确定第N次惯性信号强度值，其中，N为大于1的正整数。
在步骤130’中，进行第N次磁场测量，确定第N次磁场信号强度值。
在步骤140’中，确定第N次磁场环境信号强度值，其中，第N次磁场环境信号强度值为第N次磁场信号强度值与第N-1次磁场信号强度值的平均值。
在步骤150’中，确定第N次惯性输出值，其中，惯性输出值为磁场环境信号强度值与第N次惯性信号强度值的差值；
在步骤160’中，输出所述第N次惯性输出值。
例如，陀螺仪接收第一操作指令，并根据第一操作指令开始进行第一次磁场测量，在步骤111中，自旋极化金刚石NV-色心。在步骤112中，根据拉姆齐脉冲序列测量该时刻直接作用在金刚石NV-色心上的直流磁场的荧光强度值，该荧光强度值为初始磁场信号强度值。进行第一次惯性测量，在步骤121中，极化核自旋。在步骤122中，根据核自旋的拉姆齐脉冲序列测量核自旋在惯性转动下的几何相累积，解算出反应惯性信号的荧光强度值，该荧光强度值为第一惯性信号强度值。在第一次惯性测量后，在步骤130，进行第二次磁场测量，重复步骤111中，自旋极化金刚石NV-色心。重复步骤112，根据拉姆齐脉冲序列测量该时刻直接作用在金刚石NV-色心上的直流磁场的磁场信号强度值，该磁场信号强度值为第一磁场信号强度值。
在步骤170中，检测是否接收第二操作指令。当未接收第二操作指令时，返回步骤120，进行惯性测量，确定惯性信号强度值，循环惯性测量和磁场测量，在步骤120’中，进行第N次惯性测量，确定第N次惯性信号强度值，其中，N为大于1的正整数。在步骤130’中，进行第N次磁场测量，确定第N次磁场信号强度值。在步骤140’中，确定第N次磁场环境信号强度值，其中，第N次磁场环境信号强度值为第N次磁场信号强度值与第N-1次磁场信号强度值的平均值。在步骤150’中，确定第N次信号值，其中，惯性输出值为第N次磁场环境信号强度值与第N次惯性信号强度值的差值。在步骤160’中，输出第N次惯性输出值。
可选地，在步骤170，检测是否接收第二操作指令之后，该方法还包括：
在步骤180中，接收第二操作指令，结束测量。例如，当接收到命令检测停止的第二操作指令时，停止循环惯性测量和磁场测量，并停止输出惯性输出值。
上述的陀螺仪的惯性测量方法利用磁场测量的结果作为惯性测量的参数极大的提高了惯性测量的精度，并且在磁场产生扰动的情况下惯性输出值不会被影响，鲁棒性好。
此外，上述的陀螺仪利用金刚石的NV-色心中的电子能够在相同设备的情况下测量磁场强度的特点，无需外加磁场检测设备，简化了系统的复杂程度。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种陀螺仪的惯性测量方法，其特征在于，该方法包括：
步骤110，根据第一操作指令进行磁场测量，确定初始磁场信号强度值；
磁场测量为根据金刚石NV-色心中自旋测量当前时刻磁场的磁场信号强度值，其中，自旋包括电子自旋或核自旋，根据金刚石NV-色心中自旋测量该时刻反应磁场环境信号的荧光强度值；
根据金刚石NV-色心中自旋测量该时刻磁场的磁场信号强度值，包括：步骤111，自旋极化金刚石NV-色心；步骤112，根据拉姆齐脉冲序列测量该时刻直接作用在金刚石NV-色心上的直流磁场的磁场信号强度值；
步骤120，进行惯性测量，确定惯性信号强度值；
惯性测量为根据金刚石NV-色心中自旋测量该时刻的惯性信号强度值，其中，自旋包括电子自旋或核自旋，根据金刚石NV-色心中自旋测量该时刻反应惯性信号的荧光强度值；
根据金刚石NV-色心中自旋测量该时刻的惯性信号强度值，包括：步骤121，极化核自旋；步骤122，根据核自旋的拉姆齐脉冲序列测量该时刻核自旋在惯性转动下的几何相累积，解算出惯性信号强度值；
步骤130，进行磁场测量，确定磁场信号强度值；
步骤140，确定磁场环境信号强度值，其中，磁场环境信号强度值为磁场信号强度值与初始磁场信号强度值的平均值；
步骤150，确定惯性输出值，其中，惯性输出值为磁场环境信号强度值与惯性信号强度值的差值；
步骤160，输出第一惯性输出值；
该方法除上述所包括的步骤外，在步骤130，进行磁场测量，确定磁场信号强度值之后，该方法还包括：
在步骤170中，检测是否接收第二操作指令；
当未接收第二操作指令时，返回步骤120，进行惯性测量，确定惯性信号强度值，其中，该步骤包括：
在步骤120’中，进行第N次惯性测量，确定第N次惯性信号强度值，其中，N为大于1的正整数；
在步骤130’中，进行第N次磁场测量，确定第N次磁场信号强度值；
在步骤140’中，确定第N次磁场环境信号强度值，其中，第N次磁场环境信号强度值为第N次磁场信号强度值与第N-1次磁场信号强度值的平均值；
在步骤150’中，确定第N次惯性输出值，其中，第N次惯性输出值为第N次磁场环境信号强度值与第N次惯性信号强度值的差值；
在步骤160’中，输出所述第N次惯性输出值；
在步骤170，检测是否接收第二操作指令之后，该方法还包括：
在步骤180中，接收第二操作指令，结束测量，当接收到命令检测停止的第二操作指令时，停止循环惯性测量和磁场测量，并停止输出惯性输出值；
该方法具体包括：
陀螺仪接收第一操作指令，并根据第一操作指令开始进行第一次磁场测量，在步骤111中，自旋极化金刚石NV-色心，在步骤112中，根据拉姆齐脉冲序列测量该时刻直接作用在金刚石NV-色心上的直流磁场的荧光强度值，该荧光强度值为初始磁场信号强度值，进行第一次惯性测量，在步骤121中，极化核自旋，在步骤122中，根据核自旋的拉姆齐脉冲序列测量核自旋在惯性转动下的几何相累积，解算出反应惯性信号的荧光强度值，该荧光强度值为第一惯性信号强度值，在第一次惯性测量后，在步骤130，进行第二次磁场测量，重复步骤111中，自旋极化金刚石NV-色心，重复步骤112，根据拉姆齐脉冲序列测量该时刻直接作用在金刚石NV-色心上的直流磁场的磁场信号强度值，该磁场信号强度值为第一磁场信号强度值；在步骤140，第一磁场环境信号强度值为第一磁场信号强度值与初始磁场信号强度值的平均值，在步骤160，第一惯性输出值为第一磁场环境信号强度值与第一惯性强度的差值；
在步骤170中，检测是否接收第二操作指令，当未接收第二操作指令时，返回步骤120，进行惯性测量，确定惯性信号强度值，循环惯性测量和磁场测量，在步骤120’中，进行第N次惯性测量，确定第N次惯性信号强度值，其中，N为大于1的正整数，在步骤130’中，进行第N次磁场测量，确定第N次磁场信号强度值，在步骤140’中，确定第N次磁场环境信号强度值，其中，第N次磁场环境信号强度值为第N次磁场信号强度值与第N-1次磁场信号强度值的平均值，在步骤150’中，确定第N次惯性输出值，其中，第N次惯性输出值为第N次磁场环境信号强度值与第N次惯性信号强度值的差值；在步骤160’中，输出第N次惯性输出值。
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