銫磁力儀與載體匹配技術(shù)研究.pdf

1、基于人類對(duì)大自然不斷的探索、發(fā)現(xiàn)以及實(shí)際應(yīng)用的需要,地球磁場(chǎng)以及地磁導(dǎo)航的研究正逐漸成為導(dǎo)航領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。通過近幾十年的快速發(fā)展,已經(jīng)證明地磁導(dǎo)航具有無源、無輻射、全天時(shí)、全天候、全地域、能耗低等優(yōu)良特征,并且地磁場(chǎng)為矢量場(chǎng),在地球近地空間內(nèi)任意一點(diǎn)的地磁矢量都不同于其它地點(diǎn)的矢量,且與該點(diǎn)的地理經(jīng)緯度存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。因此,地磁場(chǎng)為航空、航天、航海以及潛航提供了天然的坐標(biāo)系。本文以國(guó)際科技合作項(xiàng)目為背景,研究了地磁導(dǎo)航中的一些關(guān)鍵

2、技術(shù),包括銫光泵磁力儀機(jī)理、地磁導(dǎo)航中載體自身消磁技術(shù)、磁補(bǔ)償方法以及載體與磁力儀匹配技術(shù)。研究工作主要是下面3個(gè)方面:
　　1、為了獲得磁力儀與水下載體的最佳匹配點(diǎn),本文在局部區(qū)域進(jìn)行了地磁測(cè)量,并通過克里金插值法重構(gòu)地磁圖。在地磁圖中的平緩區(qū)域進(jìn)行水下載體對(duì)周圍磁場(chǎng)影響實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明,在所選擇的空間中,在未放置和放置水下載體時(shí),磁場(chǎng)變化極為明顯,同一位置的測(cè)量點(diǎn)相差可達(dá)2700nT以上。可見在水下地磁測(cè)量時(shí)必須考慮水下載體自身

3、磁場(chǎng)的影響,為此我們?cè)谳d體空間的8個(gè)平面進(jìn)行了8方位載體磁測(cè)實(shí)驗(yàn),并通過相關(guān)系數(shù)法進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析,得到了2個(gè)銫磁力儀與水下載體的最佳匹配點(diǎn),使銫磁力儀間的差值受載體磁場(chǎng)影響較小。
　　2、常用的消磁方法是以消磁線圈進(jìn)行消磁,屬于“硬補(bǔ)償”,該方法工序繁瑣,設(shè)備復(fù)雜,受限制較多。本文則主要研究“軟補(bǔ)償”,即在相關(guān)匹配的基礎(chǔ)上,將水下載體進(jìn)行水下360°旋轉(zhuǎn)磁測(cè)實(shí)驗(yàn),分析了在不同航向上水下載體對(duì)銫磁力儀的影響,從而得到水下載體自身磁場(chǎng)

4、的消磁方法,給出不同航向上每個(gè)磁力儀測(cè)量值的補(bǔ)償方法,更加真實(shí)的還原水下地磁場(chǎng)值,為高精度水下地磁導(dǎo)航及建立水下地磁圖打下基礎(chǔ)。
　　3、分析了銫原子在磁場(chǎng)中發(fā)生塞曼效應(yīng)而形成塞曼子能級(jí)的過程,給出了銫光泵磁力儀的理論分析和系統(tǒng)設(shè)計(jì),通過光學(xué)布洛赫方程詳細(xì)解釋了在激光抽運(yùn)時(shí),銫原子各塞曼子能級(jí)粒子數(shù)隨時(shí)間演化的過程?？梢园l(fā)現(xiàn)原子在磁場(chǎng)中作拉莫爾進(jìn)動(dòng),而其態(tài)矢量在各個(gè)塞曼子能級(jí)上的分布也同時(shí)作一定的周期性變化,當(dāng)態(tài)矢量偏離初始時(shí)刻時(shí)