本发明涉及隔振，具体涉及一种用于原子自旋惯性测量装置的主被动复合隔振系统。
背景技术：
1、基于光与原子相互作用的无自旋交换弛豫(serf，spin-exchange relaxation-free)原子自旋惯性测量装置，在基础物理研究和惯性导航领域具有重要意义和广泛应用。由于serf惯性测量装置在自补偿状态下对磁场和场梯度具有固有的不敏感性，同时保持对与电子和核自旋耦合的异常场和旋转的敏感性，因此serf惯性测量装置已用于洛伦兹和cpt对称性测试(charge，parity，time，电荷正负对称、宇称对称、时间反演对称)、第五力和暗物质探测以及惯性传感。然而，作为高灵敏度系统，serf惯性测量装置容易受到各种噪声源的影响，包括磁噪声、振动噪声、耦合噪声、检测噪声、量子噪声。振动噪声是目前惯性测量装置性能提升的主要限制因素之一。对于serf惯性测量装置，振动来源较为广泛。空气对流会在低频引入光学偏振和位置波动噪声，而声音可能会通过声固耦合引入干扰。由海浪引起的地球表面波和体波、人类活动和机械振动等引起的地面振动，可以改变惯性测量装置中磁场、检测光束和抽运光束的相对位置，从而引入测量噪声。此外，振动通过机械耦合引起的旋转将作为输入被惯性测量装置测量到。在所有振动来源中，地面振动是主要的影响因素。目前serf惯性测量装置中常用的解决地面振动噪声的方法为使用商用机械或气动被动隔振器，但被动隔振会带来地面平动与装置旋转的耦合，产生等效旋转输入被惯性测量装置敏感到，同时被动隔振带来的低频共振问题会明显地反映到装置信号中。
技术实现思路
1、针对现有技术中的上述不足，本发明的目的在于提供一种用于原子自旋惯性测量装置的主被动复合隔振系统，有利于解决现有使用商用被动隔振器的原子自旋惯性测量装置重心高，振动耦合严重，导致惯性测量装置低频(1hz附近)性能差的问题。
2、本发明的技术解决方案如下：
3、用于原子自旋惯性测量装置的主被动复合隔振系统，其特征在于，包括装配有抽运光学平台、检测光学平台和表头系统的主框架结构，所述主框架结构的腰部外周四角均向外延伸出台肩，所述台肩的底表面由设置在隔振器支撑结构上的主被动复合隔振器所承载，所述主被动复合隔振器具有气动被动隔振器、传感器和执行器，所述气动被动隔振器与调平阀相连接，所述传感器通过控制系统连接所述执行器，以增强低频振动衰减能力，从而降低原子自旋惯性测量装置的低频振动耦合噪声。
4、位于右下角的第一主被动复合隔振器中第一气动被动隔振器连接第一调平阀，位于左下角的第二主被动复合隔振器中第二气动被动隔振器和位于左上角的第三主被动复合隔振器中第三气动被动隔振器分别连接第二调平阀，位于右上角的第四主被动复合隔振器中第四气动被动隔振器连接第四调平阀。
5、所述第一主被动复合隔振器中包括第一气动被动隔振器、第一水平反馈传感器、第一竖直反馈传感器、第一水平前馈传感器、第一水平执行器和第一竖直执行器，所述第二主被动复合隔振器中包括第二气动被动隔振器、第二水平反馈传感器、第二竖直反馈传感器、第二水平前馈传感器、第二水平执行器和第二竖直执行器，所述第三主被动复合隔振器中包括第三气动被动隔振器、第三水平反馈传感器、第三竖直反馈传感器、第三竖直前馈传感器、第三水平执行器和第三竖直执行器，所述第四主被动复合隔振器中包括第四气动被动隔振器、第四水平反馈传感器、第四竖直反馈传感器、第四水平执行器和第四竖直执行器。
6、所述气动被动隔振器包括腔室和位于腔室内的活塞，所述活塞的顶面设置有密封膜，所述活塞的内部空间设置有摆盘，所述摆盘上设置有向上延伸的摆杆和承重杆，所述承重杆伸出至所述密封膜的上方，其中承重杆、密封膜、活塞和腔室组成的空气弹簧用于竖直方向的被动隔振，摆杆和摆盘组成的正摆机构用于水平方向的被动隔振。
7、所述气动被动隔振器周围分布着传感器和执行器。
8、所述控制系统包括以下主被动复合隔振系统动力学模型：
9、
10、其中mp是与负载振动矢量有关的质量矩阵，cp是与负载振动矢量有关的阻尼矩阵，kp是与负载振动矢量有关的刚度矩阵，cb是与地面振动矢量有关的阻尼矩阵，kb是与地面振动矢量有关的刚度矩阵，f是控制力和力矩矢量，p是负载振动矢量，是p的一阶导数，是p的二阶导数，b是地面振动矢量，是b的一阶导数。
11、所述控制系统包括以下反馈传感器动态模型：
12、
13、其中shv是反馈传感器测得的速度矢量，ts是考虑反馈传感器位置的变换矩阵。
14、所述控制系统包括以下前馈传感器动态模型：
15、
16、其中sfhv是前馈传感器测得的速度矢量，tfs是考虑前馈传感器位置的变换矩阵。
17、所述控制系统包括以下执行器动态模型：
18、f＝taahv
19、其中ahv是执行器力矢量，ta是考虑执行器位置的执行器变换矩阵。
20、所述控制系统包括以下动力学模型以将笛卡尔坐标系下的耦合主被动复合隔振系统转换为模态坐标系下的解耦主被动复合隔振系统：
21、
22、其中是模态质量矩阵，p是模态坐标系下负载振动矢量，是p的一阶导数，是p的二阶导数，是与负载振动矢量相关的模态阻尼矩阵，是与负载振动矢量相关的模态刚度矩阵，b是模态坐标系下地面振动矢量，是b的一阶导数，是与地面振动矢量相关的模态阻尼矩阵，是与地面振动矢量相关的模态刚度矩阵，u是模态矩阵，u的上标t是转置运算符。
23、本发明的技术效果如下：本发明用于原子自旋惯性测量装置的主被动复合隔振系统，通过将抽运光学平台、检测光学平台、表头系统、主框架结构、主被动复合隔振器和隔振器支撑结构组合在一起，其中主被动复合隔振器包括气动被动隔振器、振动传感器、执行器和控制系统，使得本发明具有可有效抑制低频共振，降低相同方向的振动传递率和不同自由度之间的耦合、鲁棒性强的特点，有助于降低原子自旋惯性测量装置的低频振动耦合噪声。
1.用于原子自旋惯性测量装置的主被动复合隔振系统，其特征在于，包括装配有抽运光学平台、检测光学平台和表头系统的主框架结构，所述主框架结构的腰部外周四角均向外延伸出台肩，所述台肩的底表面由设置在隔振器支撑结构上的主被动复合隔振器所承载，所述主被动复合隔振器具有气动被动隔振器、传感器和执行器，所述气动被动隔振器与调平阀相连接，所述传感器通过控制系统连接所述执行器，以增强低频振动衰减能力，从而降低原子自旋惯性测量装置的低频振动耦合噪声。
2.根据权利要求1所述的用于原子自旋惯性测量装置的主被动复合隔振系统，其特征在于，位于右下角的第一主被动复合隔振器中第一气动被动隔振器连接第一调平阀，位于左下角的第二主被动复合隔振器中第二气动被动隔振器和位于左上角的第三主被动复合隔振器中第三气动被动隔振器分别连接第二调平阀，位于右上角的第四主被动复合隔振器中第四气动被动隔振器连接第四调平阀。
3.根据权利要求2所述的用于原子自旋惯性测量装置的主被动复合隔振系统，其特征在于，所述第一主被动复合隔振器中包括第一气动被动隔振器、第一水平反馈传感器、第一竖直反馈传感器、第一水平前馈传感器、第一水平执行器和第一竖直执行器，所述第二主被动复合隔振器中包括第二气动被动隔振器、第二水平反馈传感器、第二竖直反馈传感器、第二水平前馈传感器、第二水平执行器和第二竖直执行器，所述第三主被动复合隔振器中包括第三气动被动隔振器、第三水平反馈传感器、第三竖直反馈传感器、第三竖直前馈传感器、第三水平执行器和第三竖直执行器，所述第四主被动复合隔振器中包括第四气动被动隔振器、第四水平反馈传感器、第四竖直反馈传感器、第四水平执行器和第四竖直执行器。
4.根据权利要求1所述的用于原子自旋惯性测量装置的主被动复合隔振系统，其特征在于，所述气动被动隔振器包括腔室和位于腔室内的活塞，所述活塞的顶面设置有密封膜，所述活塞的内部空间设置有摆盘，所述摆盘上设置有向上延伸的摆杆和承重杆，所述承重杆伸出至所述密封膜的上方，其中承重杆、密封膜、活塞和腔室组成的空气弹簧用于竖直方向的被动隔振，摆杆和摆盘组成的正摆机构用于水平方向的被动隔振。
5.根据权利要求4所述的用于原子自旋惯性测量装置的主被动复合隔振系统，其特征在于，所述气动被动隔振器周围分布着传感器和执行器。
6.根据权利要求1所述的用于原子自旋惯性测量装置的主被动复合隔振系统，其特征在于，所述控制系统包括以下主被动复合隔振系统动力学模型：
7.根据权利要求1所述的用于原子自旋惯性测量装置的主被动复合隔振系统，其特征在于，所述控制系统包括以下反馈传感器动态模型：
8.根据权利要求1所述的用于原子自旋惯性测量装置的主被动复合隔振系统，其特征在于，所述控制系统包括以下前馈传感器动态模型：
9.根据权利要求1所述的用于原子自旋惯性测量装置的主被动复合隔振系统，其特征在于，所述控制系统包括以下执行器动态模型：