裴宏宇，杨功流，全 伟，段利红，黄 炯

(1.北京航空航天大学仪器光电学院，北京 100191；2.北京航空航天大学前沿科学技术创新研究院，北京 100191；3.北京量子信息科学研究院，北京 100193)

0 引言

作为惯性导航系统的核心部件，新型陀螺仪成为现今仪器仪表的研究热点[1]。基于多种物理原理，产生了许多新型陀螺仪，如基于光子或原子Sagnac效应的光纤陀螺与冷原子干涉陀螺[2]、基于原子自旋的无自旋交换弛豫(Spin Exchange Relaxa-tion Free，SERF) 陀螺仪[3]和核磁共振陀螺仪[4]。其中SERF陀螺仪体积小、对加速度不敏感且在理论上具有更高的惯性测量灵敏度，成为了下一代高精度陀螺仪的发展方向之一。

本文采用Bloch微分方程组对SERF原子陀螺的输入输出进行建模，搭建了Simulink仿真模型，对Bloch方程进行数值求解。测试了不同角速度和磁场输入下的输出动态响应曲线，并与理论计算进行对比。试验结果表明，Bloch方程的数值求解结果与理论求解结果一致，且数值求解可用于复杂输入下的输出动态求解，较理论解析求解具有更强的适用性。

1 SERF原子自旋陀螺的动力学模型

SERF原子自旋陀螺仪的原理图如图1所示，样机主要包括保证SERF态零磁场的磁屏蔽系统与磁场补偿线圈；保证SERF态高原子密度的加热系统；包含多种元素如钾、铷、氖、氮气的惯性敏感元件；发射处于电子跃迁频率圆偏振激光的抽运系统；以及线偏振光光旋角检测系统[10]。

图1 SERF原子陀螺结构[19]Fig.1 Structure of SERF gyroscope [19]

SERF原子自旋陀螺仪工作在多物理场耦合的环境中，无法通过解析求解的方法进行计算。……