冷原子干涉陀螺儀技術(shù)專利分析研究

李明澤，褚鵬蛟，張 超

（1.中國航天系統(tǒng)科學與工程研究院，北京100048；2.中國兵器工業(yè)導(dǎo)航與控制技術(shù)研究所，北京100089）

冷原子干涉陀螺儀技術(shù)專利分析研究

李明澤1，褚鵬蛟1，張 超2

（1.中國航天系統(tǒng)科學與工程研究院，北京100048；2.中國兵器工業(yè)導(dǎo)航與控制技術(shù)研究所，北京100089）

冷原子干涉陀螺儀是下一代超高精度陀螺儀的重要發(fā)展方向，有望在新一代慣性導(dǎo)航技術(shù)中開辟全新的技術(shù)途徑。冷原子干涉陀螺儀在高性能武器和深空探測等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景，首要應(yīng)用方向是最高價值的戰(zhàn)略級大型武器平臺，包括彈道導(dǎo)彈、戰(zhàn)略核潛艇、遠程戰(zhàn)略轟炸機等。圍繞冷原子干涉陀螺儀的相關(guān)技術(shù)進行專利分析研究，包括技術(shù)分布、申請趨勢、申請區(qū)域和重點申請人分析，旨在了解該技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和分布情況，并通過對重點專利的解讀，預(yù)測該技術(shù)的發(fā)展趨勢，并對我國冷原子干涉陀螺儀技術(shù)的發(fā)展提出建議。

超高精度；慣性導(dǎo)航；自主導(dǎo)航；冷原子陀螺儀；專利分析

0 引言

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)作為一種自主式導(dǎo)航系統(tǒng)，與衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相比具有全天候、全時空、隱蔽性好、不易被干擾、無法被反利用和生存能力強等優(yōu)點；但是作為一種推算式導(dǎo)航系統(tǒng)，陀螺儀和加速度計誤差（特別是陀螺儀誤差）將導(dǎo)致其導(dǎo)航參數(shù)誤差隨時間積累，致使導(dǎo)航精度隨時間而發(fā)散。雖然經(jīng)過幾十年的發(fā)展，陀螺儀性能有了較大的改進和提高，但仍然難以滿足快速發(fā)展的高精度慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的需求。隨著原子激光冷卻與陷俘技術(shù)、制備技術(shù)以及原子光學等現(xiàn)代物理基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)相繼獲得重大突破，以冷原子干涉陀螺儀為代表的高精度慣性導(dǎo)航技術(shù)得到了相應(yīng)突破。與熱原子干涉儀相比，冷原子的應(yīng)用可以更精確地控制原子速度以及與激光交互作用時間，使原子干涉儀系統(tǒng)尺寸更小、精度更高，有望大幅提高空間飛行器自主導(dǎo)航及航空姿態(tài)控制的精確性。此外，自主導(dǎo)航設(shè)備在體積、質(zhì)量、功耗和成本的減小上面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)，為了滿足當前戰(zhàn)略乃至戰(zhàn)術(shù)武器的使用要求，冷原子干涉陀螺儀的微小型化技術(shù)也被提上日程。高精度微小型慣性器件可以不依賴衛(wèi)星信號進行獨立導(dǎo)航，這將大大提高精準武器裝備的應(yīng)用范圍和可靠性。

1 專利趨勢構(gòu)成分析

本文采用德溫特世界專利索引數(shù)據(jù)庫（Derwent World Patents Index，簡稱德溫特數(shù)據(jù)庫或DWPI）對冷原子干涉陀螺儀及其微系統(tǒng)技術(shù)進行專利檢索，檢索截止時間為2016年12月31日。經(jīng)人工去噪共獲得419件專利文獻，共200項Incopat同族專利，其中包括中國同族專利81項，外國同族專利119項。

圖1 冷原子干涉陀螺儀技術(shù)構(gòu)成圖Fig.1 Composition of cold atom interference gyroscope technology

冷原子干涉陀螺儀關(guān)鍵技術(shù)包括冷原子干涉陀螺儀總體方案設(shè)計、集成化激光光源、小型化高真空系統(tǒng)、電控系統(tǒng)研制、陀螺儀表頭的穩(wěn)定集成、冷原子捕獲研究、冷原子初態(tài)制備技術(shù)研究、冷原子干涉陀螺儀干涉效應(yīng)及陀螺效應(yīng)實現(xiàn)及檢測，如圖1所示。冷原子干涉陀螺儀總體方案設(shè)計的專利申請最多，達到58項，占總申請量的29%；其次為集成化激光光源技術(shù)，有47項，占到23%。小型化高真空系統(tǒng)和冷原子捕獲技術(shù)的專利申請位于第二梯度，分別有24項、25項專利申請，占總申請量的12%和13%。冷原子初態(tài)制備技術(shù)和冷原子干涉陀螺儀干涉效應(yīng)及陀螺效應(yīng)實現(xiàn)及檢測的專利申請較少，分別有17項和18項，占比為9%。陀螺儀表頭的穩(wěn)定集成技術(shù)的專利申請更少，有7項，占比為3%。電控系統(tǒng)的專利申請最少，只有4項，占比僅為2%。

冷原子干涉陀螺儀關(guān)鍵技術(shù)的相關(guān)專利申請從20世紀60年代中后期開始出現(xiàn)，經(jīng)歷了萌芽期（1957年～2002年）、發(fā)展期（2003 年～2010年）和提升期（2011年至今），如圖2所示。

圖2 冷原子干涉陀螺儀技術(shù)專利申請趨勢Fig.2 Patent application trends of cold atom interference gyroscope technology

在萌芽期，年專利申請量不超過2項，先期技術(shù)發(fā)展比較緩慢，直到20世紀90年代，激光冷卻技術(shù)的突破使原子干涉技術(shù)得到了迅速發(fā)展。1991年美國斯坦福大學第一臺原子干涉慣性傳感器演示成功，首次觀察到原子干涉儀的陀螺效應(yīng)，由此基于原子干涉的陀螺儀和加速度計等傳感器在慣性測量領(lǐng)域開始顯示出巨大的潛力。2003年，美國國防高級研究項目局（DARPA）制訂了 “高精度慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（PINS）”計劃，同年歐洲啟動了“高精度冷原子空間干涉儀計劃（HYPER）”和 “空間原子干涉計劃（SAI）”，這些計劃的推廣實施有效地促進了原子光學實驗技術(shù)的進步，專利申請量開始增長。代表性的專利有斯坦福大學的Chu Steven和Kasevich Mark A的系列申請US5274231A和US5274232A，美國諾斯洛普格拉曼公司的US5696514A和航空航天公司的US5696514A，耶魯大學的Kasevich Mark A和Anderson Brian P的US6314809B1，中國科學院上海光學精密機械研究所也在這個時期加入了原子干涉陀螺儀關(guān)鍵技術(shù)的研究行列。這個階段原子陀螺儀的研究經(jīng)歷了熱原子束向冷原子束的過渡，冷原子相比熱原子具有線寬窄的特點，在高精度測量和小型化系統(tǒng)集成方面更具優(yōu)勢，逐漸成為原子陀螺儀工程化應(yīng)用研究的主要方向。值得注意的是，21世紀冷原子領(lǐng)域先后取得了多項重大的基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)突破，激光冷卻與陷俘技術(shù)、波色-愛因斯坦凝聚態(tài)制備技術(shù)分別于1997年、2001年獲得了諾貝爾物理學獎，量子光學基本原理和包括光梳在內(nèi)的精密光譜學測量技術(shù)以及量度和操控個體量子系統(tǒng)的突破性實驗手法方面于2005年和2012年先后獲得諾貝爾物理學獎，這些諾貝爾獎的誕生進一步促使以冷原子干涉為基礎(chǔ)的量子精密測量受到國際社會的廣泛關(guān)注。從圖2中也可以看出，2011年至今，冷原子陀螺儀的各項關(guān)鍵技術(shù)得到了長足發(fā)展，專利申請量增長迅速。這一階段冷原子干涉陀螺儀的研究開始面向工程化，瞄準慣性導(dǎo)航的實際需求，研究重點集中在降低設(shè)備體積、功耗、提高動態(tài)測量范圍、檢測帶寬和環(huán)境適應(yīng)性等方面。在此期間，我國也通過國家基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃課題和國家自然基金項目等方式大力鼓勵冷原子技術(shù)的發(fā)展，2009年頒布實施了《國家知識產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略實施推進計劃》，激發(fā)了許多從事原子陀螺和慣性導(dǎo)航技術(shù)研發(fā)的國有科研院所和機構(gòu)的專利申請熱情，促使專利申請量大幅增加，進而帶動了2009之后全球?qū)＠暾堏厔菘焖僭鲩L，并在2014年達到35項專利申請的高峰。2014年后的專利申請下降，主要是考慮之前申請的專利尚有部分處于未公開狀態(tài)。發(fā)明專利申請自申請日起18個月公布，而PCT專利申請可能自申請日起30個月才進入國家階段，其對應(yīng)的國家公布時間更晚，因此，檢索結(jié)果中包含的2015年和2016年的專利申請量不能代表實際情況。實際上，2015年、2016年的專利申請量比圖表中表現(xiàn)出來的還要多。冷原子干涉陀螺代表了未來慣性導(dǎo)航和精密測量技術(shù)發(fā)展的新趨勢，應(yīng)用前景廣闊?？梢灶A(yù)見，未來一段時間該技術(shù)領(lǐng)域的專利申請量仍將呈現(xiàn)快速上升的趨勢，冷原子干涉陀螺相關(guān)技術(shù)分支發(fā)展態(tài)勢如表1所示。

表1 各技術(shù)分支的發(fā)展路線Table 1 Development route of each technical branch

由表1可知，冷原子干涉陀螺儀總體方案設(shè)計、集成化激光光源技術(shù)、小型化高真空系統(tǒng)、冷原子捕獲、冷原子初態(tài)制備技術(shù)研究和冷原子干涉陀螺儀干涉效應(yīng)及陀螺效應(yīng)實現(xiàn)及檢測等6個技術(shù)分支在最近10年的專利申請都呈快速增長趨勢，說明這些關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展前景好。尤其是冷原子干涉陀螺儀總體方案設(shè)計和集成化激光光源技術(shù)兩個分支更是增長突出，這說明原子干涉慣性陀螺儀已經(jīng)開始從實驗室邁入工程實用化的研究階段，集成化和小型化以使冷原子陀螺儀在慣性導(dǎo)航領(lǐng)域的應(yīng)用更具優(yōu)勢。隨著冷原子團重復(fù)裝載技術(shù)和窄線寬激光穩(wěn)定技術(shù)的發(fā)展，解決了冷原子陀螺儀的帶寬問題，使得冷原子團陀螺儀在工程化進程中更進一步，因此陀螺儀總體方案和激光光源的設(shè)計這兩方面的研究有著十分重要的意義。當然，作為冷原子陀螺儀物理實現(xiàn)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)，小型化高真空系統(tǒng)、冷原子捕獲、冷原子初態(tài)制備技術(shù)研究和冷原子干涉陀螺儀干涉效應(yīng)及陀螺效應(yīng)實現(xiàn)及檢測技術(shù)在近十幾年的申請也呈現(xiàn)穩(wěn)步增長的趨勢。相比而言，電控系統(tǒng)和陀螺儀表頭的穩(wěn)定集成方面，更多是一些工藝設(shè)計和細節(jié)改進，創(chuàng)新性不高，專利申請量較少。

對419件專利申請的技術(shù)產(chǎn)出國進行統(tǒng)計，獲得如圖3所示的專利申請區(qū)域分布圖。其中，美國的專利申請最多，達到202件，占總申請量的48%；歐洲的專利申請量排名第二，有94件專利申請，占總申請量的22%；中國的專利申請量居第三位，共產(chǎn)出81件專利申請，占總申請量的19%；日本有36件專利申請，占總申請量的9%；韓國、澳大利亞和蘇聯(lián)等其他國家專利申請量較少，合起來占總申請量的2%。

圖3 冷原子干涉陀螺儀技術(shù)專利申請區(qū)域分布Fig.3 National distribution of cold atom interference gyroscope technology

美國的專利申請量排名第一，可見美國在冷原子干涉陀螺儀關(guān)鍵技術(shù)的實力在世界上是最強的。美國的專利申請出現(xiàn)最早，從20世紀60年代中后期就開始出現(xiàn)。從出現(xiàn)至2002年間，技術(shù)發(fā)展比較平緩，年專利申請量在3項左右；2003年的PINS計劃掀起了原子干涉陀螺儀的研究熱潮，從2009年起，美國的相關(guān)專利申請開始呈現(xiàn)快速增長趨勢，并在2012年達到13項專利申請高峰；2014年以后美國的專利申請數(shù)量呈現(xiàn)下降趨勢，說明美國已經(jīng)基本完成了專利布局，從技術(shù)積累期邁入實用化應(yīng)用階段。

歐洲的專利申請始于20世紀末，剛出現(xiàn)時也處于技術(shù)積累期，年申請量平均在2件左右。2003年～2006年經(jīng)歷了第一個專利申請的集中期，這與 “高精度冷原子空間干涉儀計劃（HYPER）”和“空間原子干涉計劃（SAI）”的實施不無關(guān)系，此后幾年申請量略有回落，2010年出現(xiàn)了一個小的申請高峰，近幾年基本處于穩(wěn)步發(fā)展的階段。

日本由于與美國的盟友關(guān)系，而且近些年來在粒子物理等理論物理學科上積累了較強的技術(shù)實力，在原子干涉陀螺領(lǐng)域也緊跟國際先進步伐，研制原子陀螺的單位主要有精工愛普生公司、京都大學、國立情報學研究所和日本電信電話株式會社。

中國的專利申請出現(xiàn)較晚，從2001年開始才有相關(guān)專利申請，但是從出現(xiàn)至今整體呈現(xiàn)較快增長趨勢，并且在2014年達到20項專利申請高峰。這一方面是由于近年來我國高等科研院所積極引進和吸引高新人才，國內(nèi)加大了對冷原子量子物理領(lǐng)域的投入和研發(fā)力度，緊跟國外熱點難點課題，產(chǎn)生了一定的技術(shù)成果；另一方面也與國家知識產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略的驅(qū)動使得國內(nèi)科研技術(shù)人員的知識產(chǎn)權(quán)保護意識逐步增強有關(guān)。但總得來說，我國擁有的基礎(chǔ)專利和核心專利較少，專利申請人以中科院、計量院和國家授時中心等研究所和高等院校為主。

結(jié)合圖4可知，冷原子干涉陀螺儀總體方案設(shè)計和集成化激光光源技術(shù)是中美兩國共同的研究重點。此外，中國在冷原子捕獲和冷原子初態(tài)制備技術(shù)方面產(chǎn)出的專利申請較多，美國則更多是集中在冷原子干涉陀螺儀干涉效應(yīng)和陀螺效應(yīng)的實現(xiàn)及檢測方面。這反映了美國逐步從實驗室步入工程應(yīng)用階段，而我國仍處于技術(shù)積累期，大多數(shù)的研究處于原理探索和實驗驗證階段。

圖4 中美兩國的技術(shù)分布Fig.4 Technical distribution in China and America

2 主要專利申請人分析

選取全球申請進行申請人統(tǒng)計分析，得到如圖5所示的申請人排名。其中，美國的申請人有4家，歐洲的機構(gòu)有4家，中國的機構(gòu)有2家，日本的申請人有1家。

圖5 全球?qū)＠暾埲伺琶鸉ig.5 Ranking of global patent applicants

在美國的申請人中，霍尼韋爾國際公司（Honeywell）自1954年收購了陀螺儀制造商Doelcam公司之后開始從事激光和光纖陀螺的研制。近幾年涉足冷原子干涉儀及慣性傳感器系統(tǒng)，并憑借其強大的技術(shù)基礎(chǔ)取得了不小的進展，申請了68件專利申請，涉及頻率穩(wěn)定激光系統(tǒng)、芯片級冷原子鐘、分叉波導(dǎo)原子陀螺儀和具有自適應(yīng)發(fā)射方向和位置的原子干涉儀等多個方面；西電公司成立于1881年，是美國電話電報公司旗下的公司，從成立到1995年，西電公司是貝爾公司的設(shè)備制造商，在原子陀螺儀方面的申請都是在1969年～1972年之間，涉及中性粒子的捕獲和加速以及激光生成等原理性基礎(chǔ)技術(shù)；諾-格公司的申請主要涉及非連續(xù)工作陀螺的信號數(shù)據(jù)處理、磁光阱冷原子捕獲和探測束頻率穩(wěn)定等方面，諾-格公司承擔了DARPA的C-SCAN項目，負責研制微型慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，其在激光冷卻原子以及原子干涉相位測量和控制技術(shù)上擁有自己的專利，此外，諾-格公司還承擔了美國microPNT項目的研制，其研制的第4代接近硬幣大小的核磁共振陀螺標志著世界范圍高精度、小體積陀螺技術(shù)領(lǐng)域已取得突破性研究進展；斯坦福大學在激光冷卻和原子干涉領(lǐng)域具有深厚的研究背景，尤其是Kasevich研究小組屬于最早從事原子干涉陀螺儀的人員，發(fā)表了眾多有價值的核心期刊文獻，并在捕獲和加速中性粒子以及原子操縱等方面擁有核心基礎(chǔ)專利。

在歐洲的申請人中，法國國家科學研究中心（CNRS）成立于1939年，是法國最大的科學技術(shù)研究機構(gòu)，也是歐洲最大的基礎(chǔ)研究機構(gòu)之一，其下設(shè)有國家核物理與粒子物理研究所，早在1995年就有原子捕獲相關(guān)的專利申請，CNRS和巴黎第十一大學的物理學家首次成功地讓兩個獨立的原子實現(xiàn)了相關(guān)，近十幾年CNRS在冷原子陀螺方面的專利主要涉及冷原子干涉?zhèn)鞲衅?、原子鐘信號調(diào)控和中性粒子的放射冷卻等技術(shù)。法國泰雷茲（Thales）公司長期研制高性能陀螺儀傳感器和慣性測量單元，在原子捕獲、冷卻和集成化激光光源技術(shù)等方面申請了相關(guān)專利。法國是世界航空技術(shù)的發(fā)祥地之一，由于慣導(dǎo)導(dǎo)航是航空工業(yè)的重要支撐，而陀螺儀是慣導(dǎo)系統(tǒng)的核心器件，其性能直接決定慣導(dǎo)系統(tǒng)的導(dǎo)航精度，因此法國歷來十分重視陀螺儀方面的研制和生產(chǎn)任務(wù)，擁有一大批現(xiàn)代化科研院所。國家航空航天研究院（ONERA）是其中的杰出代表，其專利包含差分慣性測量、應(yīng)用原子干涉儀進行重力場的測量、原子束與激光光束的相關(guān)作用及調(diào)控以及兩組原子對拋干涉儀的設(shè)計和集成光源設(shè)計等方面。值得注意的是，Thales公司的US8385376B2、US20150331142A1和US20090225800A1以及ONERA的US20150090028A1在美國也進行了專利布局，可見其與美國相關(guān)單位的競爭關(guān)系以及對美國市場的重視。另外一位歐洲的申請人是意大利的埃尼集團，其在原子干涉型重力儀和重力場測量方法方面申請了相關(guān)專利，以滿足其石油勘探和開采的需要，并在中國、俄國、印度和日本等國家都進行了專利布局。

日本精工愛普生公司成立于1942年，經(jīng)營范圍包括電子元器件和精密儀器，在高精度陀螺儀傳感器和小型MEMS陀螺儀方面擁有較強的技術(shù)實力，在冷原子技術(shù)方面主要涉及原子電池、量子干涉裝置、原子振蕩器等。

中國科學院上海光學精密機械研究所是我國冷原子陀螺關(guān)鍵技術(shù)研究領(lǐng)域的先頭兵，在王育竹等院士的帶領(lǐng)下建立了我國第一個量子光學開放實驗室，率先開展激光冷卻氣體原子的研究，近些年也取得了一系列的研究成果，申請了17項專利申請，主要集中在激光冷卻原子裝置和冷原子鐘激光探測等領(lǐng)域。排名第8位的中國科學院武漢物理與數(shù)學研究所共有15項專利申請，包含微型原子陀螺儀和冷原子干涉重力梯度測試儀等技術(shù)，其中詹明生為首的研究團隊近年來圍繞冷原子物理與基于原子的量子信息開展研究，建立了冷原子實驗研究平臺，實現(xiàn)了冷原子的雙色電磁誘導(dǎo)透明、冷原子Mach-Zehnder干涉儀和Ramsey干涉花樣，實現(xiàn)了Rb原子的BEC和單個中性Rb原子的囚禁。

3 重點專利分析

對近年來提交的國外主要申請人的專利進行梳理，發(fā)現(xiàn)如下重點專利：

1）法國Thales公司在2014年12月30日提交了公開號為WO2016107806A1的專利申請，該專利公開了一種冷原子和MEMS相結(jié)合的混合慣性傳感器，通過將冷原子慣性傳感器和MEMS慣性傳感器混合使用，既利用了冷原子慣性傳感器的高精度和長期穩(wěn)定性，又利用了MEMS慣性傳感器的高數(shù)據(jù)率和大動態(tài)范圍，可以兼具兩者的優(yōu)勢，對于冷原子慣性傳感器的應(yīng)用有重要價值。美國Honeywell公司在2011年12月15日提交了公開號為US20130152680A1的專利申請，其中公開了一種基于原子的加速度計，器件設(shè)計為雙阱結(jié)構(gòu)，利用原子芯片進行原子的冷卻和捕獲，利用射頻場和雙阱對原子進行分束等相干操控，通過小尺寸（1mm）的相互作用區(qū)，實現(xiàn)微型原子加速度計。

2）美國Draper實驗室于2015年1月26日提交了公開號為US20160216114A1的專利申請，提供了一種大面積原子干涉的方案，通過使用大的動量轉(zhuǎn)移原子干涉測量與拉曼隔熱通道掃描的慣性感測，將序列應(yīng)用于原子云產(chǎn)生動量分裂，并且對原子云應(yīng)用至少一個增強脈沖增加動量分裂，從而允許更高的數(shù)據(jù)速率。美國Sandia公司在2013年5月29日提交了公開號為US9086429B1的專利申請，公開了一種光脈沖原子干涉測量裝置，所述裝置包括容器、兩組磁線圈、兩個磁光阱（MOT）和光學系統(tǒng)，所述磁光阱被配置為在被激活時將原子蒸氣磁性地限制在容器內(nèi)，所述光學系統(tǒng)被配置為用激光照射容器內(nèi)的原子蒸氣輻射，當適當調(diào)諧時，可以發(fā)射先前限制在每個MOT中的原子朝向另一MOT，磁性線圈被配置為產(chǎn)生在陷阱之間的中點處非零的磁場，所發(fā)射的原子從一個MOT到另一個MOT的飛行時間為12ms或更短，所述裝置被配置為根據(jù)特定的時間磁場梯度分布來激活磁性線圈，可以形成高速率的原子干涉。

3）法國國家航空航天研究院在2014年4月3日提交了公開號為FR3019691A1的專利申請，公開了一種用于原子干涉儀的光學激光系統(tǒng)，所述系統(tǒng)的調(diào)制器中包含調(diào)制輸入控制部分，該部分根據(jù)施加的調(diào)制信號來調(diào)制接收的激光束，調(diào)制與衍生的激光束的波長的組合由反饋信號所基于的后一激光束的波長組成，允許快速地修改波長并且減少了空間需求，對外部噪聲不敏感，在其整個使用壽命期間具有穩(wěn)定的操作。美國AOSense公司在2012年9月4日提交了公開號為US8921764B2的專利申請，其中提供一種冷原子捕獲系統(tǒng)，使得激光冷卻的原子蒸氣源耦合到陷阱，以從每個端部產(chǎn)生離開陷阱的原子束，使用永磁體的布置來形成陷阱，具有捕獲體積內(nèi)部的線性場和捕獲體積外部的小的邊緣場，可以有效地使原子的捕獲體積和負載速率最大化到捕獲器中。

4 結(jié)論和建議

冷原子干涉陀螺儀技術(shù)作為未來慣性傳感技術(shù)的重要發(fā)展方向，得到了世界各國的普遍重視，專利申請數(shù)量整體呈快速增長趨勢，但大多處于

概念階段，各種技術(shù)路線尚有諸多不確定性，大多處于實驗室原理樣機階段。只有美國、法國等幾個國家逐步解決了系統(tǒng)長期穩(wěn)定性和集成問題，正著力于攻克高動態(tài)范圍和微小型化等應(yīng)用難題，說明其技術(shù)已進入工程實用化階段。中國在冷原子干涉陀螺儀技術(shù)領(lǐng)域起步較晚，尤其是對于微小型化的研究剛剛起步，理論與實驗基礎(chǔ)研究經(jīng)驗不足。對于我國而言，加速開展冷原子干涉陀螺儀技術(shù)研究對未來高性能武器和宇航領(lǐng)域慣性技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展具有重要意義。從國外近幾年公開的專利來看，大動量傳輸、長基線原子干涉和利用輔助傳感器提高冷原子干涉陀螺儀的測量精度以及將冷原子慣導(dǎo)系統(tǒng)與傳統(tǒng)INS結(jié)合起來進行聯(lián)合制導(dǎo)是目前國外主要的研發(fā)方向。另外，除原子傳感器系統(tǒng)本體部分的微小型化方法和設(shè)計之外，原子傳感器關(guān)鍵部件及其微小型化設(shè)計也是冷原子干涉陀螺儀技術(shù)實現(xiàn)的重要支撐和解決方案。

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Patent Analysis of Cold Atom Interference Gyroscope Technology

LI Ming-ze1，CHU Peng-jiao1，ZHANG Chao2
（1.China Aerospace Academy of Systems Science and Engineering，Beijing 100048；2.Navigation and Control Technology Research Institute of Norinco Group，Beijing 100089）

The cold atom interference gyroscope is an important development direction of the next generation of ultrahigh precision gyroscope，and it is expected to open up a new technology approach in the new generation of inertial navigation technology.Cold atom interference gyroscope has a wide range of applications in the field of high-performance weapons，deep space exploration and other fields.The main application direction is the most valuable strategic large-scale weapons platform，including ballistic missiles，strategic nuclear submarines and long-range strategic bombers.This paper focuses on the relevant technologies of cold atom interference gyroscope to carry out patent analysis and research work，including technical distribution，application trend，application area and key applicant analysis，to understand the development status and distribution of the technology.Through the interpretation of key patents，the development trend of the technology is forecasted and the proposals for our country are put forward.

ultra-high precision；inertial navigation；autonomous navigation；cold atom gyroscope；patent analysis

V448.2

A

1674-5558（2017）07-01426

10.3969 /j.issn.1674-5558.2017.06.018

2017-06-28

李明澤，女，博士，研究方向為專利分析評議。