多軸原子慣性傳感器系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種慣性傳感系統(tǒng)包括第一多軸原子慣性傳感器、第二多軸原子慣性傳感器以及被光學(xué)地耦合到第一和第二多軸原子慣性傳感器的光學(xué)復(fù)用器。該光學(xué)復(fù)用器被配置成沿著第一和第二多軸原子慣性傳感器的不同軸順序地指引光。多個(gè)微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）慣性傳感器與所述第一和第二多軸原子慣性傳感器進(jìn)行操作通信。通過順序地更新來自MEMS慣性傳感器的輸出信號(hào)，來自第一和第二多軸原子慣性傳感器的輸出信號(hào)幫助修正由MEMS慣性傳感器產(chǎn)生的誤差。
【專利說明】多軸原子慣性傳感器系統(tǒng)
[0001]本申請(qǐng)要求2012年7月12日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)柕膬?yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容被通過引用結(jié)合到本文中。
【背景技術(shù)】
[0002]冷原子干涉儀是用于新種類的慣性傳感器的基礎(chǔ)。類似于光纖或環(huán)狀激光陀螺儀的功能，慣性力誘發(fā)原子的量子機(jī)械波函數(shù)中的相移，其橫穿冷原子干涉儀中的環(huán)路。
[0003]對(duì)于某些工作參數(shù)而言，冷原子慣性傳感器可以提供比期望的低的更新速率。在這種情況下，可以使用微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)慣性傳感器作為一種飛輪以提供原子傳感器讀數(shù)之間的連續(xù)輸出。在這種情況下，可以使用原子慣性傳感器來修正MEMS慣性傳感器中的偏置和標(biāo)度因數(shù)漂移。
[0004]為了使尺寸、重量和功率最小化，期望的是使得原子慣性傳感器盡可能小。遺憾的是，靈敏度不利地隨著減小的傳剛起尺寸而縮放。需要約6cm3的最小原子慣性傳感器體積以滿足某些性能度量。然而，對(duì)于小于20cm3的某些應(yīng)用而言需要用于六自由度原子慣性測(cè)量單元(MU)的總體積度量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]慣性傳感系統(tǒng)包括第一多軸原子慣性傳感器、第二多軸原子慣性傳感器以及被光學(xué)地耦合到第一和第二多軸原子慣性傳感器的光學(xué)復(fù)用器。該光學(xué)復(fù)用器被配置成沿著第一和第二多軸原子慣性傳感器的不同軸順序地指引光。多個(gè)MEMS慣性傳感器與第一和第二多軸原子慣性傳感器進(jìn)行操作通信。通過順序地更新來自MEMS慣性傳感器的輸出信號(hào)，來自第一和第二多軸原子慣性傳感器的輸出信號(hào)幫助修正由MEMS慣性傳感器產(chǎn)生的誤差。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]理解了附圖僅描繪示例性實(shí)施例且因此并不被認(rèn)為在范圍方面是限制性的，將通過使用附圖來以附加的特殊性和細(xì)節(jié)來描述示例性實(shí)施例，在所述附圖中:
圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的采用多軸原子慣性傳感器的慣性傳感系統(tǒng)的方框圖；
圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的多軸原子慣性傳感器設(shè)備的方框圖；
圖3A是示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的多軸原子慣性傳感器中的示例性干涉儀軌跡的示意圖；以及
圖3B是列出了激光取向的可能組合的表格，具有相應(yīng)的靈敏度軸。
【具體實(shí)施方式】
[0007]在以下詳細(xì)描述中，對(duì)構(gòu)成其一部分的附圖進(jìn)行參考，并且在附圖中以圖示的方式示出了特定說明性實(shí)施例。應(yīng)理解的是可以利用其他實(shí)施例，并且可以進(jìn)行邏輯、機(jī)械以及電氣修改。因此不應(yīng)以限制性意義來理解以下詳細(xì)描述。[0008]提供了能夠在慣性傳感系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的多軸原子慣性傳感器和幫助常規(guī)慣性傳感器的誤差修正的方法。該多軸原子慣性傳感器被配置成使得能夠使用開關(guān)光學(xué)裝置來反復(fù)地改變其傳感軸以順序地修正常規(guī)慣性傳感器中的誤差。
[0009]在一個(gè)實(shí)施例中，可以用諸如IMU的六自由度慣性傳感系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)多軸原子慣性傳感器，其測(cè)量三個(gè)軸上的加速度和旋轉(zhuǎn)。來自頂U(kuò)中的常規(guī)慣性傳感器的輸出被針對(duì)原子慣性傳感器進(jìn)行訓(xùn)練，使得從常規(guī)慣性傳感器去除大部分的偏置和標(biāo)度因數(shù)誤差。
[0010]雖然在如下的各種實(shí)施例中描述了 MEMS慣性傳感器的使用，但可以以類似方式將其他常規(guī)慣性傳感器與多軸原子慣性傳感器融合。
[0011]在一個(gè)實(shí)施例中，慣性傳感系統(tǒng)包括一對(duì)多軸原子慣性傳感器以及被操作耦合到多軸原子慣性傳感器的光學(xué)復(fù)用器。該光學(xué)復(fù)用器包括被配置成沿著第一和第二多軸原子慣性傳感器的不同軸順序地指引光的多個(gè)光學(xué)開關(guān)。諸如六個(gè)MEMS慣性傳感器(例如，三個(gè)MEMS陀螺儀和三個(gè)MEMS加速度計(jì))的多個(gè)MEMS慣性傳感器與多軸原子慣性傳感器進(jìn)行操作通信。通過順序地更新MEMS慣性傳感器的輸出信號(hào)，來自第一和第二多軸原子慣性傳感器的輸出信號(hào)幫助修正由MEMS慣性傳感器產(chǎn)生的誤差。
[0012]在一個(gè)示例中，用于每個(gè)原子傳感器的循環(huán)時(shí)間為約20ms。需要約IOms以準(zhǔn)備冷原子的樣本，并需要另外的約IOms以詢問原子以提取慣性信息。應(yīng)注意的是這些時(shí)間是可以根據(jù)諸如帶寬對(duì)比靈敏度的性能權(quán)衡而改變的參數(shù)。
[0013]在每次測(cè)量中都涉及加速度和旋轉(zhuǎn)，因此需要往復(fù)原子傳感器的同時(shí)測(cè)量以將加速度與旋轉(zhuǎn)分離。因此需要最少兩個(gè)原子傳感器主體。在每次測(cè)量之后，將由該對(duì)原子傳感器獲得的旋轉(zhuǎn)和加速度的真實(shí)測(cè)量結(jié)果與適當(dāng)MEMS傳感器組的輸出相比較，并進(jìn)行校準(zhǔn)修正。由原子傳感器對(duì)進(jìn)行的下一測(cè)量可以是沿著同一個(gè)軸，或者根據(jù)用于MEMS傳感器修正的優(yōu)先級(jí)而沿著不同的軸。如果期望不同的傳感軸，則切換激光光學(xué)裝置以便沿著不同的中詢問原子。在本示例中，復(fù)用導(dǎo)致原子傳感器占空因數(shù)的約三倍的減小，從約20%(沒有復(fù)用的情況下六個(gè)原子傳感器)至約6.7% (有復(fù)用的情況下兩個(gè)原子傳感器)。在其他實(shí)施方式中，根據(jù)期望的性能，可以有更快的循環(huán)時(shí)間。
[0014]在另一方法中，可以持續(xù)地將激光的軸混合以創(chuàng)建光學(xué)萬向接頭傳感器。原則上，可以持續(xù)地旋轉(zhuǎn)用于原子傳感器的傳感軸以保持沿著例如主旋轉(zhuǎn)軸的取向或凈加速度矢量或任何其他期望的取向。
[0015]光學(xué)萬向接頭功能提供了持續(xù)地旋轉(zhuǎn)陀螺儀的輸入軸以保持與任意軸的對(duì)準(zhǔn)的能力。原子傳感器靈敏度隨動(dòng)態(tài)范圍相反地縮放，并且可以實(shí)時(shí)地調(diào)整此權(quán)衡。對(duì)傳感軸取向的調(diào)整可以通過智能地選擇如何使旋轉(zhuǎn)在陀螺儀三元組傳感軸之間分裂來利用此能力。這可以用來例如使三元組的一個(gè)陀螺儀軸與主旋轉(zhuǎn)軸對(duì)準(zhǔn)。這使該陀螺儀上的信號(hào)最大化，并且使與旋轉(zhuǎn)軸正交的陀螺儀上的信號(hào)最小化。此類策略允許具有最多信號(hào)的陀螺儀具有高動(dòng)態(tài)范圍(以較低靈敏度為代價(jià))，同時(shí)在其他軸上保持較低動(dòng)態(tài)范圍(具有增加的靈敏度)。在另一方法中，可以將傳感軸布置成使得旋轉(zhuǎn)信號(hào)被均勻地在傳感軸之間分裂，確保單個(gè)軸將不要求過大的動(dòng)態(tài)范圍(以及相應(yīng)的減小的靈敏度)。
[0016]除基于靈敏度/動(dòng)態(tài)范圍權(quán)衡的方法之外，另一技術(shù)是簡(jiǎn)單地將傳感軸保持在局部水平取向。在“捷聯(lián)”慣性傳感器的出現(xiàn)之前，所有慣性測(cè)量單元都以這種方式操作。然而，常規(guī)萬向接頭傳感器中的活動(dòng)部分經(jīng)受磨損，限制了可靠性。光學(xué)萬向接頭傳感器相反地不具有活動(dòng)部分，使得能夠在不犧牲可靠性的情況下實(shí)現(xiàn)萬向接頭操作。具有萬向接頭傳感器的導(dǎo)航相比于捷聯(lián)導(dǎo)航而言提供幾個(gè)性能優(yōu)點(diǎn)。由于穩(wěn)定的傳感器平臺(tái)僅經(jīng)歷非常小的旋轉(zhuǎn)，而不是捷聯(lián)導(dǎo)航所經(jīng)歷的整個(gè)交通工具體部旋轉(zhuǎn)，所以它們對(duì)陀螺儀標(biāo)度因數(shù)誤差不那么敏感。另外，可以在地面對(duì)準(zhǔn)程序期間或在飛行中(獨(dú)立于交通工具)旋轉(zhuǎn)萬向接頭導(dǎo)航系統(tǒng)以降低傳感器偏置誤差的影響，在捷聯(lián)系統(tǒng)的情況下是不可用的選擇。
[0017]本方法通過從一對(duì)原子慣性傳感器提取六個(gè)慣性自由度而實(shí)現(xiàn)了低尺寸、重量和功率。這是通過使用光學(xué)復(fù)用器實(shí)現(xiàn)的，該光學(xué)復(fù)用器在選擇特定軸時(shí)驅(qū)動(dòng)光學(xué)開關(guān)，當(dāng)在原子傳感器對(duì)中操縱原子時(shí)將沿著該特定軸施加激光。開關(guān)函數(shù)確定傳感器封裝內(nèi)的激光的取向。改變激光的取向改變用于原子傳感器的傳感軸。
[0018]圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的諸如IMU的慣性傳感系統(tǒng)100的方框圖，其采用多軸原子慣性傳感器。傳感系統(tǒng)100包括一對(duì)多軸原子慣性傳感器，包括第一原子慣性傳感器102和第二原子慣性傳感器104以及多個(gè)MEMS慣性傳感器，諸如至少一個(gè)MEMS陀螺儀106和至少一個(gè)MEMS加速度計(jì)108。
[0019]在一個(gè)實(shí)施方式中，由于在原子慣性傳感器102和104中涉及到加速度和旋轉(zhuǎn)，每個(gè)傳感器都能夠在檢測(cè)加速度和旋轉(zhuǎn)時(shí)充當(dāng)加速度計(jì)和陀螺儀兩者。需要兩個(gè)原子慣性傳感器以辨別多少相移是由于加速度而引起的和多少是由于旋轉(zhuǎn)而引起的。這些傳感器以往復(fù)方式操作，導(dǎo)致用于旋轉(zhuǎn)而不是用于加速度的符號(hào)改變。這允許原子慣性傳感器辨別多少相移是由于加速度而引起的和多少是由于旋轉(zhuǎn)而引起的。在替換實(shí)施方式中，原子慣性傳感器中的一個(gè)對(duì)加速度和旋轉(zhuǎn)兩者敏感，而另一傳感器僅對(duì)加速度敏感。
[0020]在一個(gè)實(shí)施例中，原子慣性傳感器和MEMS慣性傳感器通過閉環(huán)反饋單元110相互操作通信。在題為“CLOSED LOOP ATOMIC INERTIAL SENSOR”的2012年6月27日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序號(hào)61/665，061 (代理人檔案號(hào)H0034858)中描述了 MEMS/原子閉合反饋環(huán)路的更多細(xì)節(jié)，其公開內(nèi)容被通過引用結(jié)合到本文中。
[0021]慣性傳感系統(tǒng)100還包括與原子慣性傳感器102和104操作通信的光學(xué)復(fù)用器114。下面相對(duì)于圖2更詳細(xì)地描述光學(xué)復(fù)用器。
[0022]來自原子慣性傳感器102的輸出信號(hào)被發(fā)送到原子慣性傳感器補(bǔ)償單元118，并且來自原子慣性傳感器104的輸出信號(hào)被發(fā)送到原子慣性傳感器補(bǔ)償單元120。補(bǔ)償單元118和120基于工廠校準(zhǔn)而提供傳感器修正。
[0023]來自MEMS陀螺儀106的輸出信號(hào)被發(fā)送到MEMS陀螺儀補(bǔ)償單元122，并且來自MEMS加速度計(jì)108的輸出信號(hào)被發(fā)送到MEMS加速度計(jì)補(bǔ)償單元124。補(bǔ)償單元122和124提供MEMS慣性傳感器的誤差修正。
[0024]諸如粒子濾波器的線性或非線性融合算法或?yàn)V波器128從原子慣性傳感器補(bǔ)償單元118、120和MEMS補(bǔ)償單元122、124接收輸出信號(hào)。融合算法128向MEMS補(bǔ)償單元122和124輸出反饋信號(hào)以提供誤差修正。通過在特定時(shí)間比較MEMS測(cè)量結(jié)果和原子測(cè)量結(jié)果，能夠使用融合算法128來估計(jì)和修正MEMS慣性傳感器輸出中的誤差。
[0025]另外，可選地，可將來自MEMS陀螺儀補(bǔ)償單元122的輸出信號(hào)發(fā)送到成錐模塊132和蕩槳(sculling)模塊134以便向MEMS陀螺儀106的輸出信號(hào)施加高速修正。在這種情況下，從成錐模塊132向加法器136發(fā)送已修正信號(hào),加法器136還從補(bǔ)償單兀122接收原始信號(hào)并輸出Atheta ( Θ )信號(hào)。另外,從蕩槳模塊134向加法器138發(fā)送已修正信號(hào)，加法器138還從補(bǔ)償單元124接收原始信號(hào)并輸出Λ速度(V)信號(hào)。
[0026]另外，可以可選地將來自MEMS加速度計(jì)補(bǔ)償單元124的輸出信號(hào)發(fā)送到蕩槳模塊134以便向MEMS加速度計(jì)108的輸出信號(hào)施加高速修正。在這種情況下，從蕩槳模塊134向加法器138發(fā)送已修正信號(hào)，加法器138還從補(bǔ)償單元124接收原始信號(hào)并輸出Λ速度(V)信號(hào)。
[0027]圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的多軸慣性傳感器設(shè)備200的方框圖。傳感器設(shè)備200包括多個(gè)激光設(shè)備，諸如第一激光設(shè)備202,其可以是分布式布拉格反射器(DBR),以及第二激光設(shè)備204，其也可以是DBR。在另一實(shí)施例中，激光設(shè)備中的一者或兩者可以是垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)。
[0028]可以通過飽和吸收光譜205或標(biāo)準(zhǔn)具206將激光設(shè)備202和204鎖頻至原子傳感器的蒸汽室。激光設(shè)備202和204通過各種光學(xué)部件與光學(xué)復(fù)用器210進(jìn)行光學(xué)通信，諸如一個(gè)或多個(gè)透鏡207、光學(xué)隔離器208、射束分離器209等。
[0029]飽和吸收可以用來將激光設(shè)備202鎖定至原子躍遷。在飽和吸收中，激光透過蒸汽室池，并且被后反射回到同一射束路徑上。這種技術(shù)僅選擇零速度原子以用于與光的交互。因此消除了原子躍遷的多普勒增寬，導(dǎo)致由光檢測(cè)器211檢測(cè)到的非常窄的吸收線。該窄吸收線允許有激光頻率的精確且穩(wěn)定的鎖定。
[0030]對(duì)于二色性躍遷而言，期望的是將激光設(shè)備202和204鎖相，使得其向蒸汽室中的原子提供相干電磁場(chǎng)。用于將激光設(shè)備202和204鎖相的一個(gè)技術(shù)是使其兩個(gè)激光束都照耀到公共光檢測(cè)器213上，在那里，射束彼此相干涉。激光設(shè)備202和204在頻率方面可以相差幾GHz。頻率差在幾GHz下對(duì)激光干涉進(jìn)行調(diào)制，導(dǎo)致幾GHz的來自光檢測(cè)器213的射頻(RF)輸出信號(hào)。此RF信號(hào)然后與穩(wěn)定的RF基準(zhǔn)信號(hào)相比較。光檢測(cè)器信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)之間的差導(dǎo)致被反饋以修正激光設(shè)備中的一個(gè)的相位或頻率的誤差信號(hào)，使得兩個(gè)激光設(shè)備的相對(duì)頻率和相位是穩(wěn)定的。在本示例中，一個(gè)激光設(shè)備是主設(shè)備且另一激光設(shè)備是從設(shè)備。在另一示例中，可以將兩個(gè)從激光器鎖定至單個(gè)主激光器，這在兩個(gè)從激光器都能夠被鎖定的范圍內(nèi)供給了更大的靈活性。
[0031]復(fù)用器210包括多個(gè)光學(xué)部件，諸如多個(gè)射束分離器212和反射器214，其被配置成將來自激光設(shè)備202的具有第一頻率(Π)的光束和來自激光設(shè)備204的具有第二頻率(f2)的光束指引到被耦合到一對(duì)原子慣性傳感器230和232的各種光學(xué)開關(guān)。在一個(gè)示例中，拉曼頻率(fl_f2)約為幾GHz，對(duì)應(yīng)于諸如銣(6.8 GHz)或銫(9.2 GHz)的堿原子的超精細(xì)分裂。在另一示例中，布拉格/布洛赫頻率(fl_f2)約為10 kHz且可以勻變(ramp)以引發(fā)光子動(dòng)量的多個(gè)量子的吸收，以增強(qiáng)傳感器標(biāo)度因數(shù)。
[0032]在示例性實(shí)施例中，復(fù)用器210中的第一組光學(xué)開關(guān)222-1、222_2和222_3被配置成沿著不同的取向軸Α-1、Α-2和A-3 (例如，x、y、z軸)將光束順序地指引至原子傳感器230。第二組光學(xué)開關(guān)224-1、224-2以及224-3被配置成沿著不同的取向軸B_1、B_2和B-3(例如，X、1、z軸)將激光順序地指引至原子傳感器232。
[0033]在一個(gè)實(shí)施例中，可以將光纖240耦合到每個(gè)光學(xué)開關(guān)的輸出端以將激光指引至原子傳感器230和232的各輸入端。光學(xué)開關(guān)接通不同的軸或軸的組合以使得原子傳感器對(duì)沿著不同軸的加速度或旋轉(zhuǎn)敏感。
[0034]原子傳感器230和232通過選擇與全部的三個(gè)坐標(biāo)軸正交(旋轉(zhuǎn))和平行(加速度)取向的光束對(duì)而順序地測(cè)量相對(duì)于那些軸的運(yùn)動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，原子傳感器230和232每個(gè)包括磁光阱(MOT) 242以及傳感器頭244，該傳感器頭244包括光檢測(cè)器(PD)、反射鏡以及波板，其與輸入到原子傳感器中的射束對(duì)準(zhǔn)。在MOT操作期間，所有開關(guān)都接通，使得沿著所有的軸發(fā)生激光冷卻。在激光冷卻之后，某些開關(guān)被關(guān)斷，以便沿著所選軸執(zhí)行干涉測(cè)量。
[0035]圖3A示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的多軸原子慣性傳感器中的示例性干涉儀軌跡，其利用移動(dòng)布拉格晶格以進(jìn)行反饋。原子慣性傳感器中的干涉儀是由兩對(duì)相反傳播射束310a、310b和320a、320b產(chǎn)生的，其與傳感器中的原子交叉。射束的波矢量(k)確定原子的軌跡，并且因此確定用于加速度(a)和旋轉(zhuǎn)(Ω )的靈敏度的軸。
[0036]在圖3B的表格中不出了具有相應(yīng)靈敏度軸的激光取向的可能組合。一般地,沿著兩個(gè)波矢量施加激光。表3B中的表格將三個(gè)可能的成對(duì)波矢量以及相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)和加速度軸制表。具有Ω = k和a = j的表格中的第一行等價(jià)于在圖3A中所示的示例。
[0037]在干涉測(cè)量循環(huán)期間，射束對(duì)將每個(gè)激光冷卻原子的量子機(jī)械波函數(shù)劃分，使得存在在分離軸以上或以下找到原子的50%概率。激光頻率和振幅的調(diào)制沿著圖3A中所示的軌跡引導(dǎo)波函數(shù)的每一半。在各半個(gè)波函數(shù)重組成整個(gè)原子時(shí)，原子的量子機(jī)械相位已獲取與旋轉(zhuǎn)和加速度成比例的相移。此相移能夠通過云位置的后續(xù)成像和/或內(nèi)部狀態(tài)檢測(cè)而被讀出。
[0038]示例性實(shí)施例
示例I包括慣性傳感系統(tǒng)，其包括第一多軸原子慣性傳感器、第二多軸原子慣性傳感器以及被光學(xué)地耦合到第一和第二多軸原子慣性傳感器的光學(xué)復(fù)用器。該光學(xué)復(fù)用器被配置成沿著第一和第二多軸原子慣性傳感器的不同軸順序地指引光。多個(gè)MEMS慣性傳感器與第一和第二多軸原子慣性傳感器進(jìn)行操作通信。通過順序地更新來自MEMS慣性傳感器的輸出信號(hào)，來自第一和第二多軸原子慣性傳感器的輸出信號(hào)幫助修正由MEMS慣性傳感器產(chǎn)生的誤差。
[0039]示例2包括示例I的系統(tǒng)，其中，第一多軸原子慣性傳感器被配置成檢測(cè)加速度和旋轉(zhuǎn)。
[0040]示例3包括示例2的系統(tǒng)，其中，第二多軸原子慣性傳感器被配置成檢測(cè)加速度和旋轉(zhuǎn)。
[0041]示例4包括示例2的系統(tǒng)，其中，第二多軸原子慣性傳感器被配置成僅檢測(cè)加速度。
[0042]示例5包括示例1-4中的任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中，MEMS慣性傳感器包括至少一個(gè)MEMS陀螺儀和至少一個(gè)MEMS加速度計(jì)。
[0043]示例6包括示例1-5中的任一項(xiàng)的系統(tǒng),其中，MEMS慣性傳感器通過閉環(huán)反饋與第一和第二多軸原子慣性傳感器進(jìn)行操作通信。
[0044]示例7包括示例1-6中的任一項(xiàng)的系統(tǒng)，還包括從第一多軸原子慣性傳感器接收輸出信號(hào)的第一原子慣性傳感器補(bǔ)償單元，其中，第一原子慣性傳感器補(bǔ)償單元基于工廠校準(zhǔn)來提供傳感器修正。
[0045]圖8包括示例1-7中的任一項(xiàng)的系統(tǒng)，還包括從第二多軸原子慣性傳感器接收輸出信號(hào)的第二原子慣性傳感器補(bǔ)償單元，其中，第二原子慣性傳感器補(bǔ)償單元基于工廠校準(zhǔn)來提供傳感器修正。
[0046]示例9包括示例5-8中的任一項(xiàng)的系統(tǒng)，還包括從MEMS陀螺儀接收輸出信號(hào)的MEMS陀螺儀補(bǔ)償單元，其中，MEMS陀螺儀補(bǔ)償單元幫助修正由MEMS陀螺儀產(chǎn)生的誤差。
[0047]示例10包括示例5-9中的任一項(xiàng)的系統(tǒng)，還包括從MEMS加速度計(jì)接收輸出信號(hào)的MEMS加速度計(jì)補(bǔ)償單元，其中，MEMS陀螺儀補(bǔ)償單元幫助修正由MEMS加速度計(jì)產(chǎn)生的誤差。
[0048]示例11包括示例7-10中的任一項(xiàng)的系統(tǒng)，還包括從第一原子慣性傳感器補(bǔ)償單元、第二原子慣性傳感器補(bǔ)償單元、MEMS陀螺儀補(bǔ)償單元以及MEMS加速度計(jì)補(bǔ)償單元中的每一個(gè)接收輸出信號(hào)的融合濾波器，其中，該融合濾波器向MEMS陀螺儀補(bǔ)償單元和MEMS加速度計(jì)補(bǔ)償單元輸出反饋信號(hào)以幫助MEMS陀螺儀和MEMS加速度計(jì)的誤差修正。
[0049]示例12包括示例1-11中的任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中，該系統(tǒng)是慣性測(cè)量單元的一部分。
[0050]示例13包括多軸原子慣性傳感器設(shè)備，其包括輸出具有第一頻率的光束的第一激光設(shè)備、輸出具有第二頻率的光束的第二激光設(shè)備以及與第一和第二激光設(shè)備進(jìn)行光學(xué)通信的光學(xué)復(fù)用器，該光學(xué)復(fù)用器包括多個(gè)光學(xué)開關(guān)。第一多軸原子慣性傳感器與光學(xué)復(fù)用器進(jìn)行光學(xué)通信，并且第二多軸原子慣性傳感器與光學(xué)復(fù)用器進(jìn)行光學(xué)通信。該光學(xué)復(fù)用器被配置成沿著第一和第二多軸原子慣性傳感器的不同軸順序地指引來自第一和第二激光設(shè)備的光束。
[0051]示例14包括示例13的設(shè)備，其中，第一多軸原子慣性傳感器被配置成檢測(cè)加速度和旋轉(zhuǎn)。
[0052]示例15包括示例14的設(shè)備，其中，第二多軸原子慣性傳感器被配置成檢測(cè)加速度和旋轉(zhuǎn)。
[0053]示例16包括示例14的設(shè)備，其中，第二多軸原子慣性傳感器被配置成僅檢測(cè)加速度。
[0054]示例17包括示例13-16中的任一項(xiàng)的設(shè)備，其中，光學(xué)開關(guān)包括被配置成沿著第一多軸原子慣性傳感器的三個(gè)不同取向軸順序地指引光束的第一組三個(gè)光學(xué)開關(guān)以及被配置成沿著第二多軸原子慣性傳感器的三個(gè)不同取向軸順序地指引光束的第二組三個(gè)光學(xué)開關(guān)。
[0055]示例18包括示例13-17中的任一項(xiàng)的設(shè)備，還包括與第一和第二多軸原子慣性傳感器進(jìn)行操作通信的多個(gè)MEMS慣性傳感器，其中，所述MEMS慣性傳感器包括至少一個(gè)MEMS陀螺儀和至少一個(gè)MEMS加速度計(jì)。
[0056]示例19包括示例18的設(shè)備，其中，該設(shè)備被配置為光學(xué)萬向接頭傳感器。
[0057]示例20包括用于慣性感測(cè)的方法，其中，該方法包括提供第一多軸原子慣性傳感器和第二多軸原子慣性傳感器；通過光學(xué)復(fù)用器發(fā)射一對(duì)激光束，該光學(xué)復(fù)用器沿著第一和第二多軸原子慣性傳感器的不同軸順序地指引激光束；以及從第一和第二多軸原子慣性傳感器輸出信號(hào)以通過順序地更新來自MEMS慣性傳感器的輸出信號(hào)而幫助修正由一個(gè)或多個(gè)MEMS慣性傳感器產(chǎn)生的誤差。
[0058]雖然在本文中已圖示出并描述了特定實(shí)施例，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的是預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)相同目的的任何布置可以代替所示的特定實(shí)施例。因此，很明顯意圖在于本發(fā)明僅僅受到權(quán)利要求及其等價(jià)物的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種慣性傳感系統(tǒng)，包括: 第一多軸原子慣性傳感器； 第二多軸原子慣性傳感器； 光學(xué)復(fù)用器，被光學(xué)地耦合到第一和第二多軸原子慣性傳感器，該光學(xué)復(fù)用器被配置成沿著第一和第二多軸原子慣性傳感器的不同軸順序地指引光；以及 多個(gè)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)慣性傳感器，與所述第一和第二多軸原子慣性傳感器進(jìn)行操作通信； 其中，通過順序地更新來自MEMS慣性傳感器的輸出信號(hào)，來自第一和第二多軸原子慣性傳感器的輸出信號(hào)幫助修正由MEMS慣性傳感器產(chǎn)生的誤差。
2.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，所述MEMS慣性傳感器包括至少一個(gè)MEMS陀螺儀和至少一個(gè)MEMS加速度計(jì)，該系統(tǒng)還包括: 第一原子慣性傳感器補(bǔ)償單元，從第一多軸原子慣性傳感器接收輸出信號(hào)，其中，第一原子慣性傳感器補(bǔ)償單元基于工廠校準(zhǔn)提供傳感器修正； 第二原子慣性傳感器補(bǔ)償單元，從第二多軸原子慣性傳感器接收輸出信號(hào)，其中，第二原子慣性傳感器補(bǔ)償單元基于工廠校準(zhǔn)提供傳感器修正； MEMSM陀螺儀補(bǔ)償單元，從MEMS陀螺儀接收輸出信號(hào)，其中，所述MEMS陀螺儀補(bǔ)償單元幫助修正由MEMS陀螺儀產(chǎn)生的誤差； MEMS加速度計(jì)補(bǔ)償單元，從MEMS加速度計(jì)接收輸出信號(hào)，其中，MEMS加速度計(jì)補(bǔ)償單元幫助修正由MEMS加速度計(jì)產(chǎn)生的誤差；以及 融合濾波器，從第一原子慣性傳感器補(bǔ)償單元、第二原子慣性傳感器補(bǔ)償單元、MEMS陀螺儀補(bǔ)償單元以及MEMS加速度計(jì)補(bǔ)償單元中的每一個(gè)接收輸出信號(hào)，其中，該融合濾波器向MEMS陀螺儀補(bǔ)償單元和MEMS加速度計(jì)補(bǔ)償單元輸出反饋信號(hào)以幫助MEMS陀螺儀和MEMS加速度計(jì)的誤差修正； 其中，所述光學(xué)復(fù)用器與輸出具有第一頻率的光束的第一激光設(shè)備以及輸出具有第二頻率的第二激光設(shè)備進(jìn)行光學(xué)通信。
3.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)被配置為光學(xué)萬向接頭傳感系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】G01C19/58GK103542850SQ201310290333
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月12日
【發(fā)明者】R.坎普頓, B.摩爾, N.C.小奇里洛 申請(qǐng)人:霍尼韋爾國(guó)際公司