【行業(yè)前沿】量子技術(shù)+慣性導(dǎo)航，美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室的最新研究成果

衛(wèi)星是現(xiàn)代作戰(zhàn)部隊(duì)的眼睛，一旦失去定位導(dǎo)航系統(tǒng)，基本就處于被動(dòng)挨打的局面。如俄烏戰(zhàn)爭(zhēng)期間，雙方對(duì)GNSS信號(hào)的高度依賴及對(duì)GNSS信號(hào)的干擾行為尤為明顯。這種背景促使各國(guó)軍事和科技部門尋求更為穩(wěn)定和可靠的導(dǎo)航解決方案。美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室(NRL)最近開發(fā)出了一種新型量子導(dǎo)航工具——連續(xù)3D冷卻原子束干涉儀（Continuous 3D-Cooled Atom Beam Interferometer）。這種裝置是一種新型的量子技術(shù)慣性導(dǎo)航工具，利用量子技術(shù)，大幅提高慣性導(dǎo)航的精度。

美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室量子光學(xué)部門的研究物理學(xué)家喬納森·克沃萊克表示：“通過對(duì)冷的、連續(xù)的原子進(jìn)行操作，我們已經(jīng)打開了一扇門，可以獲得許多優(yōu)勢(shì)以及新穎的測(cè)量技術(shù)。最終，我們希望使用這項(xiàng)技術(shù)來改進(jìn)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，從而減少我們對(duì)GPS的依賴。

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工作原理

該裝置利用先進(jìn)的量子技術(shù)，特別是冷原子技術(shù)和原子干涉儀原理，顯著提高了慣性導(dǎo)航的精確度。

首先利用激光將原子冷凍到接近絕對(duì)零度的超低溫狀態(tài)，在這樣的溫度下，原子的運(yùn)動(dòng)幾乎消失，保證了原子不受外界因素干擾。被冷卻的原子通過原子束干涉儀，形成兩股分支，沿著不同的路徑前進(jìn)，在另一點(diǎn)上疊加。

由于原子在不同路徑上會(huì)受到不同的影響，如重力或磁場(chǎng)等等，當(dāng)他們?cè)俅蜗嘤鰰r(shí)，就會(huì)在波函數(shù)重疊原理的作用下，形成干涉圖樣，根據(jù)這些圖樣，就可以準(zhǔn)確計(jì)算出運(yùn)動(dòng)的位置，從而進(jìn)行導(dǎo)航。

慣性導(dǎo)航是利用加速計(jì)和陀螺儀為核心器件，參考運(yùn)動(dòng)物體的軌跡變化，不斷計(jì)算物體運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度、位置和姿態(tài)。完全依賴于自身傳感器的數(shù)據(jù)，無需任何外部輔助，也不發(fā)出任何信號(hào)。這表明了慣性導(dǎo)航與外部環(huán)境無交互，無論在任何環(huán)境下，都可以準(zhǔn)確計(jì)算出載體的位置、速度、姿態(tài)，輕松適應(yīng)于各類環(huán)境，不易被干擾，也難以被發(fā)現(xiàn)蹤跡。

但是慣性導(dǎo)航具有隨著時(shí)間的推移而誤差加大的弊端。要維持精確制導(dǎo)，需要復(fù)雜的儀器和高昂的成本。美軍開發(fā)出的連續(xù)3D冷卻原子束干涉儀能夠長(zhǎng)時(shí)間的保持測(cè)量、監(jiān)測(cè)、細(xì)微的方位和速度變化的高精度數(shù)據(jù)采集，極大提升了導(dǎo)航的抗干擾和保持精準(zhǔn)度。

美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)研究副總監(jiān)Gerald Borsuk表示：“慣性導(dǎo)航領(lǐng)域的目的是提供GPS無法提供的導(dǎo)航信息。原子干涉測(cè)量法的出現(xiàn)為慣性傳感提供了一種新的方法，有可能解決當(dāng)前最先進(jìn)技術(shù)的一些缺陷?！?/p>

審核編輯 黃宇