综述与述评王学锋宇航用原子磁力仪研究与应用进展

　　全文刊载于《前瞻科技》创刊号航天科学与技术专刊
　　文章摘要
　　磁场的测量对科学研究和人类生活具有重要作用，如地磁变化与地震关系、心脑磁场分布变化与心脑健康关系等。原子磁力仪是一类高精度的磁力仪，已经发展了多个原理的传感器，性能不断提升。文章主要论述了原子磁力仪的研究进展、应用现状、存在的问题和宇航用原子磁力仪发展建议，认为应进一步提高精度和灵敏度、加强轻小型化、标定测试方法和张量测量等研究，以促进中国磁场测量科学进步和应用对社会的贡献。
　　文章速览
　　地球磁场是地球生命千万年所处的环境。1600年，英国的WilliamGilbert在《磁论》中第一次对指南针能指南的原因作出合理解释，并提出地球磁场的概念。
　　磁场是对人类健康、安全和工作能力具有严重影响的环境因素。地球磁层和大气层屏蔽了来自宇宙的高能粒子辐射，但是在空间，屏蔽减弱甚至失去屏蔽时，人和其他生物不可避免地遭受空间辐射。近年来，地震等自然灾害造成的人员伤亡和重大财产损失已对中国经济社会发展形成严重影响，成为制约中国发展的主要隐患和不稳定因素。地震临震时的地磁场变化对地震预报具有重要作用，其中磁场变化大于电场。因此，通过地面和空间相结合的地磁场异常测量对地震临震预报具有重要作用。地磁爆时地球高层大气被加热上升，使得近地轨道大气密度显著增加，近地轨道航天器轨道衰减增大；同时空间中电子和离子的数量及能量增加，引起航天器表面和内部的充电效应，危害航天器安全。
　　地质调查和资源勘察方面，航空和地面磁测量是广泛使用的方法。利用磁场异常可以勘探矿产资源，尤其是深部矿产资源。石油勘探需要测定基底深度，需要根据反映基底位置的微弱磁场异常信号来确定，因此对磁力仪的灵敏度要求很高。另外，磁场勘察也是探测古遗迹空间分布的一个主要方法。
　　在生物医学领域，利用高灵敏度的原子磁力仪测量心磁和脑磁分布对于心脏和脑部病变的定位诊断具有重要的作用。
　　在军事应用方面，磁场测量可以与惯性技术结合用于地磁匹配组合导航，机载磁场异常测量可以用于确定水下目标如潜艇、水下沉船、失事飞机等的精确位置，对于国防具有重要意义。
　　总之，磁场的精确测量在地壳活动引起的自然灾害预警、矿产资源勘探、心脑健康、太阳活动与电离层的相互作用对卫星的干扰研究以及现代国防信息化建设等方面具有十分重要的意义。
　　1hr原子磁力仪研究进展
　　1832年，德国科学家CarlFriedrichGauss提出首个磁场测量方案，通过磁针在磁场下的受力摆动状态来测量磁场大小，并完成对磁场的定量测量。之后随着需求和技术发展，形成了多种磁场测量方法。
　　根据测量原理分类，磁力仪可以分为两大类，一类是基于经典物理效应的磁力仪如磁通门磁力仪、感应线圈式磁力仪、霍尔元件、磁阻传感器等；另一类是基于量子物理效应的磁力仪，如各种原子磁力仪、超导量子干涉磁力仪等。按照是否可以测量磁场矢量分类，磁力仪可以分为矢量磁力仪和标量磁力仪。
　　1。1质子磁力仪
　　质子磁力仪是利用某些原子的原子核（如氢原子、氦3原子）作为磁敏介质进行磁场测量的一类磁力仪，包括传统的质子磁力仪和欧弗豪泽（Overhauser）磁力仪。质子磁力仪距今已有近70年的研究历史，是最成熟的原子磁力仪，具有准确度高、稳定性好的优点。
　　1955年，美国研制了世界上第一台质子磁力仪。传统的质子磁力仪中，处于极化状态的氢原子处在待测磁场内，原子磁矩绕待测磁场做拉莫尔进动，进动频率与待测磁场成正比，表示为
　　式中，为质子的旋磁比，为待测磁场。通过一个接收线圈将原子磁矩绕磁场的进动频率测量出来，即可得到待测磁场。为了提高信噪比，极化磁场需要比地磁场大很多，因而传统质子磁力仪的功耗比较大。由于需要极化一次测量一次，因此，传统质子磁力仪不能够连续测量。
　　欧弗豪泽磁力仪与传统质子磁力仪不同，它利用电子与质子的相互作用，把极化电子的磁矩传递给质子，完成对质子磁矩的极化，极化效果提高很多。这种方法有效降低了极化场的功耗，并且实现极化和测量的同时进行，解决了传统质子磁力仪不能连续测量的问题，测量频率能达到数赫兹。质子磁力仪和欧弗豪泽磁力仪已是成熟产品，绝对精度可达0。lnT。
　　1。2超导量子干涉磁力仪
　　超导量子干涉磁力仪是一种基于迈斯纳效应、磁通量子化现象和约瑟夫森效应的量子磁力仪，通过外界磁通量变化引起环路电压变化来测量外磁场。当外界磁通量发生变化时，包括约瑟夫森隧道结的超导闭合环路在合适的电流偏置条件下，约瑟夫森隧道结两端的电压是超导闭合环路中外磁通量变化的周期性函数，周期为单个磁通量子。根据隧道结两端电压获得外界磁通量变化，进一步得到外界磁场变化。超导量子干涉磁力仪是目前可用的最灵敏磁场测量仪器，其磁场灵敏度可达1fTHz12。它的不足是需要通过氦气制冷工作在超导状态，因其体积大、功耗大，很难在空间较小的平台上应用。
　　1。3光泵原子磁力仪
　　光泵原子磁力仪是以氦、铯、钾等元素的原子在外磁场中产生的塞曼分裂为基础，利用光泵和磁共振技术工作的一种原子磁力仪。以氦光泵为例，外磁场作用下，亚稳态能级分裂为塞曼子能级，当圆偏振光将粒子数由亚稳态激发到激发态，激发态的原子只能跃迁回亚稳态23S1的mF1的塞曼子能级上，形成最大极化，此时氦原子不再吸收泵浦光，泵浦光的透过率最高。通过引入与亚稳态塞曼子能级差能量匹配的射频信号，产生磁共振作用，极化原子在亚稳态重新成为非极化状态，氦原子重新开始吸收泵浦光，且吸收最强。吸收变化最大时刻对应的射频场频率，即为外磁场引起的塞曼子能级频移。由于磁场和泵浦光方向垂直时光泵作用消失，光泵原子磁力仪存在盲区，不能全向测量。另外，光泵原子磁力仪不能测量弱磁场，已有产品的绝对精度比质子磁力仪低一个数量级。激光氦光泵磁力仪已实现了很高的灵敏度，美国P2000型氦光泵磁力仪的灵敏度达到了0。1pTHz12。中国国土资源部航空物探遥感中心研制的HC2000型航空氦光泵原子磁力仪灵敏度达到0。3pTHz12。北京大学研制的光泵原子磁力仪灵敏度也达到0。1pTHz12。中国船舶重工集团公司第715所研制的光泵原子磁力仪用于地磁台站和海洋磁测量，并将盲区减小了30。另外，吉林大学、浙江大学、哈尔滨工程大学和中国计量科学研究院等也都开展了光泵原子磁力仪的研究工作。
　　1。4相干布居囚禁（CoherentPopulationTrapping，CPT）原子磁力仪
　　CPT原子磁力仪是基于相干布居囚禁效应和原子精细结构能级在磁场中的塞曼分裂现象的磁力仪。原子的精细结构能级在外磁场作用下的塞曼分裂大小正比于外磁场。以铷原子（87Rb）作工作介质为例，未加外磁场情况下，两个相干场在87Rb原子的D1线两个基态与激发态之间形成一个模型系统，如图1（a）所示，外磁场导致原子精细能级分裂后的一种模型系统如图1（b）所示。两个跃迁通道之间干涉引起的透射光谱中会出现一个共振信号，共振信号的频率间距与磁场强度成正比。只需测得频率间距变化量，即可计算出磁场强度，表示为
　　式中，为待测外磁场的磁场强度，为图1（b）中能级分裂后子能级（mF0和mF1）能量差对应的频率差，为原子的旋磁比。
　　图1CPT原子磁力仪模型原理图
　　CPT原子磁力仪的噪声表示为
　　式中，fBW为带宽，正比于弛豫时间的倒数；为原子的旋磁比；SNR为信号的信噪比。根据式（3）可知，降低噪声或提高灵敏度需要增加原子的弛豫时间、提高信号的信噪比。信噪比受到磁共振信号线宽和参与磁共振原子数的影响，因此需要选取合适的光源参数以减小磁共振信号线宽，通过给气室加热以提高参与磁共振的原子数。另外，通过差分探测可抑制光路其他噪声。为了增加原子的弛豫时间，需要在气室内加入缓冲气体减小原子之间以及原子和内壁的碰撞几率。引入缓冲气体后，原子的频移表示为
　　式中，p为缓冲气体压强，为参考温度点的压强系数，为压强随温度变化的一阶系数，k为压强随温度变化的二阶系数，为温度变化。通常需要充入一定比例的两种气体，使两者的频移相反，从而将气体压强随温度变化引入的总频移控制为0。
　　1992年德国马克斯普朗克研究所提出CPT磁力仪方案，并理论预测其灵敏度可达到0。1fTHz12。此后，多个国家开展了CPT磁力仪研究。2004年美国研究了芯片级CPT原子磁力仪。2011年美国Cox等利用电磁感应透明现象开展了矢量测磁研究。2010年奥地利科学院空间研究所研制了耦合暗态磁力仪（CoupledDarkStateMagnetometer，CDSM），实现了闭环控制，该技术2018年用于张衡一号01星。北京航天控制仪器研究所研制了用于张衡一号02星的CPT原子磁力仪，2020年进一步研究了弱磁场下的测量性能和影响因素。
　　1。5无自旋交换弛豫（SpinExchangeRelaxationFree，SERF）原子磁力仪
　　SERF原子磁力仪是基于原子自旋SERF态效应，利用光探测磁共振方法实现弱磁场精密测量的磁力仪。SERF原子磁力仪具有超高灵敏度、小体积和低功耗等优点。原子工作在SERF态时，原子的外磁场必须是极弱磁场，因此测量较大磁场时，必须利用线圈外加磁场来抵消环境磁场，使原子气室处于极弱磁场环境，根据3个正交线圈的反馈信号获得外界磁场矢量。SERF原子磁力仪性能主要受到原子气室性能和碱金属原子SERF态控制方法的影响。SERF原子磁力仪灵敏度极限受到散粒噪声的限制，表示为
　　式中，为碱金属原子旋磁比，n为原子密度，t为原子气室的碱金属原子自旋弛豫时间，V为原子气室体积，T为测量时间，t表示为
　　式中，Rex为碱金属原子间的自旋交换弛豫，Rsd为碱金属和缓冲气体原子之间的碰撞弛豫，Rgrd为磁场梯度引起的自旋弛豫，Rwall为碱金属原子与气室内壁碰撞导致的自旋弛豫。2010年美国普林斯顿大学研发的SERF原子磁力仪，其钾原子气室的温度加热到200，实现了0。16fTHz12的测量灵敏度，超过超导量子干涉磁力仪。对于体积为7cm3、工作温度为190的钾原子气室，SERF原子磁力仪的理论灵敏度可达到21018THz12。美国已开发出测量范围5nT，灵敏度15fTHz12的产品。国内仍处于技术研究阶段，其中北京航空航天大学的SERF原子磁力仪装置灵敏度达到8。89fTHz12。2019年北京航天控制仪器研究所研制的SERF原子磁力仪样机灵敏度达到50fTHz12，探头体积55cm3。华中科技大学、吉林大学等也开展了SERF原子磁力仪的研究。
　　1。6金刚石氮空位色心原子磁力仪
　　金刚石氮空位色心原子磁力仪的基本原理是将氮空位色心基态电子自旋制备到两个本征态的等幅叠加态上，待测磁场导致两个本征态相位的差异，再转化为粒子数分布读取出来，即可获得待测磁场。这种磁力仪具有较高的灵敏度，基于单个色心测量磁场灵敏度可达nT量级，而基于色心系综的磁场测量灵敏度可达到0。1pT量级，其突出优点是磁场测量空间分辨率可达到亚纳米。
　　2hr原子磁力仪应用现状
　　2。1原子磁力仪在空间测量地球和行星磁场的应用
　　空间磁场探测一直是空间科学探测的主要领域之一。从1958年开始，国外陆续开展了地球和其他行星的空间磁场探测。
　　2。1。1地球磁场探测
　　相对于传统的基站磁测、地表移动磁测和航空磁测，卫星磁测具有数据连贯性好、测量范围广等优点。通过卫星磁测，在很短的时间内，就可以获得整个地球磁场的资料。国内外相继发射了多颗电磁探测卫星，获取了地球中低轨道的地磁数据，建立了地球磁场模型。1958年苏联发射了世界上第一颗测量地磁场的卫星（人造地球卫星3号），获得了地磁总强度。
　　1979年10月美国成功发射一颗地磁卫星MAGSAT。载荷包括磁通门矢量磁力仪和铯光泵标量磁力仪，每秒分别采样16次和8次。磁场分量的测量精度为6nT，总磁场的测量精度为2nT。
　　1999年2月丹麦发射了奥斯特（Osrted）卫星，主要科学载荷为一台欧弗豪泽磁力仪和一台磁通门磁力仪，欧弗豪泽磁力仪的精度优于0。5nT。Osrted卫星的科学研究结果证实了地球磁极的漂移。
　　2000年7月德国发射了挑战性小卫星有效载荷（CHAMP）卫星，可估算地球及地壳磁场及其随时间、空间的变化，测量得到的地磁异常图如图2所示。载荷中质子磁力仪测量范围1600064000nT，分辨率0。1nT，绝对精度0。5nT，采样速率1Hz。
　　图2根据CHAMP卫星测量结果绘制的400km高度地磁异常图（标量）
　　2013年欧洲航天局完成空间气象先进研究任务（SWARM）卫星群3颗卫星发射。星载磁场测量设备中标量磁力仪（包括氦光泵原子磁力仪和质子磁力仪）精度为0。3nT，分辨率0。1nT。
　　2018年2月中国发射了张衡一号电磁监测试验卫星01星，在国内首次实现在轨精确磁场探测，第一次获取了十分宝贵的全球地磁场数据。张衡一号01星标量原子磁力仪由奥地利空间技术研究院提供，如图3所示，采用耦合暗态方案，噪声优于30pTHz12，采样率为30Hz。张衡一号卫星数据已用于地震预报研究。
　　图3用于张衡一号01星的CDSM
　　2。1。2其他行星磁场探测
　　1972年3月美国发射了先驱者10号行星探测器，并于1973年首次探测了木星，发现了木星磁层伸展出的巨大磁尾，探测磁场的有效载荷是氦光泵磁力仪，磁力仪的测量范围达到140000nT。
　　由上述可知，星载高精度磁强计系统一般由矢量磁通门磁力仪和高精度标量原子磁力仪组成。矢量磁通门磁力仪可以实现磁场三分量的测量，但由于零位、正交度存在长期漂移等问题，需要标量磁力仪对其进行校准。标量原子磁力仪具有长期绝对精度高、灵敏度高等特点，但只能实现地磁场的标量测量，无法实现磁场三分量测量。两者共同使用，通过数据融合可以完成地磁场或行星磁场高精度测绘任务。表1为主要空间磁场测量任务所用原子磁力仪情况。
　　表1主要空间磁场测量任务所用原子磁力仪情况
　　卫星搭载的标量原子磁力仪直接决定了磁场的总场测量精度，用于标定矢量磁力仪的总场测量结果。由上述及表1可知，超导量子干涉磁力仪绝对精度高，但是体积较大，功耗较高，适合地面应用。光泵原子磁力仪存在盲区，为实现全球观测，在轨应用时一般需采用多探头组合方式消除测量盲区。CPT原子磁力仪具有体积小、准确度高、尤其是长期工作的准确度高、无方向盲区和采样率高等特点，在空间磁测量领域具有更大的优势。SERF原子磁力仪是目前灵敏度最高的矢量磁力仪，在几个nT磁场下灵敏度可达fT量级，而在地磁场强度下应用精度还有待解决。
　　2。2原子磁力仪在水下地下目标探测方面的应用
　　水下和地下目标的探测一直是一个研究热点。水下和地下目标有明显磁性时，会在水面和地面以上产生磁异常信号，因此通过高性能磁力仪对水下潜艇、地下未爆弹的定位也正成为磁探测的一个研究和应用方向。
　　较早用于探测潜艇的是氦光泵原子磁力仪，低频至216Hz范围内的灵敏度为3pTHz12，能够对处于一定速度下的典型目标产生的极低频（15mHz）信号进行稳定探测。美国Polatomic公司还开发了更先进的ANASQ233A激光氦光泵磁探仪，如图4所示，其灵敏度优于0。3pTHz12，探测距离达千米级。
　　图4ANASQ233A激光氦光泵磁探仪
　　加拿大CAE公司的铯自激式自定向光泵磁探仪ANASQ504及其改进型ANASQ508磁探仪灵敏度都在pT级水平，后者探测距离可达1200m。MADXR型产品尺寸、重量和功耗都显著减小，能够扩展到更小的平台，如无人机系统、直升机和小型固定翼飞机，用于陆地未爆弹探测。
　　2。3原子磁力仪的其他应用
　　原子磁力仪用于地磁台站的高精度测量，通常要求标量地磁观测仪器技术指标达到分辨率0。1nT，采样率0。033Hz，精度1nT。目前国内多采用质子磁力仪和光泵磁力仪，未来CPT原子磁力仪有望可以得到应用。原子磁力仪在航空物探中也发挥着重要作用，尤其是在寻找矿产中具有重要作用。在心脑磁测量方面，原子磁力仪的高灵敏度可用于脑梗塞、脑溢血、精神障碍、心肌缺血、冠心病和心律失常等疾病的检测。SERF原子磁力仪在这一领域得到越来越多的研究，金刚石氮空位色心原子磁力仪则可进一步提高空间分辨率。
　　3hr存在的问题
　　国内原子磁力仪研究比国外整体起步较晚，国外质子磁力仪和光泵磁力仪已是很成熟的产品，国内也有产品但是成熟度略低。国内CPT原子磁力仪和SERF原子磁力仪起步也晚，现在正在迎头赶上。总体来说，中国在原子磁力仪研制方面还存在以下问题。
　　1）环境条件下的误差机理和抑制方法研究不足
　　原子磁力仪具有潜在精度高的优点，若在工程应用上获得高精度，还需解决不同应用场合时多约束条件下的综合性能问题。环境条件下，温度（空间应用时为热真空）、力学等引入误差的机理还不透彻，抑制方法研究不深入。例如，CPT原子磁力仪的理论灵敏度可达到优于1fTHz12，而实际应用中还有几个数量级差距，对于不同泵浦方式、泵浦和探测光参数、外界磁场梯度等的影响，不同探测和解调方式对使用性能的影响研究还不够透彻；在力学条件下，CPT原子磁力仪必须解决光路功率急剧变化以及磁场急剧变化引起的失锁问题；光泵原子磁力仪和CPT原子磁力仪转向差的来源和抑制方法有待研究；SERF原子磁力仪中在小型化约束条件下对SERF态的控制还达不到高灵敏度的测量要求，在较大磁场，如地磁环境下如何实现三轴磁场分量的大范围高精度高灵敏度测量，即在大范围和环境条件下实现SERF态的精准控制，还需要深入研究。
　　2）原子气室性能还不能满足要求
　　光泵、CPT和SERF等原子磁力仪通过磁场、光子与原子精细能级的相互作用来敏感磁场，碱金属原子工作在蒸汽状态，装载碱金属原子的原子气室是原子磁力仪的核心敏感器件。碱金属原子自旋弛豫时间影响灵敏度和测量噪声，而影响碱金属原子自旋弛豫时间的因素包括原子气室尺寸及玻璃材料、内壁处理和镀膜、充入碱金属的数量、缓冲气体及其比例、高压强的实现等，这些设计和制造工艺还不能满足高精度的需要。对于SERF原子磁力仪，碱金属原子SERF态的保持受气室性能影响很大，仍需深入研究。
　　3）标定测试方法和精度还需研究提高
　　质子磁力仪是根据拉莫尔频率测量来获得绝对精度的，由于频率测量方法的精度很高，因此其绝对精度的标定相对容易。CPT原子磁力仪的绝对精度目前已达到0。2nT，绝对精度测量方法是和欧弗豪泽质子磁力仪进行比对，由于质子磁力仪本身的误差（0。1nT）是测量误差的很大一部分，因而这种测量方法本身误差较大。通常标准仪器的精度应该比待标定仪器的精度高出5倍，因此现有的方法不能满足要求。随着一些应用对原子磁力仪精度要求的进一步提高，必须研究更高精度的测试方法，获得更准确的原子磁力仪绝对精度。
　　4）轻小型化与应用要求有明显差距
　　多数应用对磁力仪的轻小型化提出了较高要求。例如空间应用，卫星需要伸出一个伸杆以安装磁力仪，降低卫星主体部分剩磁对磁力仪性能的影响。因为卫星内部大部分设备都不可避免地会有剩磁，同时部分大电流工作的部件如磁力矩器则影响更大。伸杆越长，卫星主体部分对磁力仪的影响就越小，磁力仪探头部分需要轻小型化，尤其是对于卫星本身不断小型化的趋势。其他搭载平台，如旋翼无人机、无人艇等由于自身质量和质心控制的需要，通常要求磁力仪探头轻小型化。用于地磁匹配导航时，整个导航组件的大小限制意味着磁力仪整体必须轻小型化。心脑磁测量的高空间分辨率则对磁力仪小型化的要求则更高。
　　4hr宇航用原子磁力仪发展建议
　　1）进一步提高精度和灵敏度
　　原子磁力仪性能提高，一方面需要提高精度，另一方面需要提高灵敏度。宇航应用要求原子磁力仪具有高精度，例如地磁场的空间测量需要原子磁力仪具有高的准确度，以便获得更高精度的磁场分布。CPT原子磁力仪的精度包括准确度、转向差和非线性，综合精度在0。30。5nT；灵敏度方面，现有产品在1020pTHz12。为实现对远距离目标的高精度和高灵敏度探测，需要通过减小电磁感应透明（ElectromagneticallyInducedTransparency，EIT）线宽、延长原子气室弛豫时间、提升信噪比等措施进一步提高CPT原子磁力仪的精度和灵敏度。小范围高灵敏度SERF原子磁力仪已有产品，但是不能在大磁场范围条件下实现三轴分量的高精度测量。通过三轴外加磁场抵消环境磁场，使原子气室工作于零磁场附近，结合长弛豫时间原子气室和精密的SERF态制备与控制，实现大磁场范围内的高精度测量、满足空间地磁测量要求，是SERF原子磁力仪的发展方向。
　　2）发展轻小型原子磁力仪
　　轻小型化是宇航应用对载荷的普遍要求，原子磁力仪在卫星上测量地磁、在其他星球轨道或表面的探测器都有轻小型化的要求。轻小型化可以进一步扩展原子磁力仪的应用范围。原子磁力仪探头体积的减小还有利于实现高灵敏度的磁场梯度仪，提高对测量平台剩磁的补偿精度。通常的CPT原子磁力仪探头体积数百立方厘米，减小探头的体积需要采用微光机电（MicroOpticalElectroMechicalSystem，MOEMS）技术，将光源芯片、起偏器、波片、原子气室、光电探测器等集成在一起，实现几个立方厘米的原子磁力仪探头。SERF原子磁力仪也可以采用类似的方法减小原子气室的尺寸进而使探头轻小型化。
　　3）研究新的标定测试方法并提高测试精度
　　针对精度的标定测试方法进行专门研究，并研究测试设备和环境对标定性能的影响，将标定方法和设备误差降低一个数量级，从而可在地磁场范围内对0。1nT或更高精度的标量和矢量原子磁力仪进行标定。针对三轴矢量原子磁力仪，还需要提高三轴分量及其正交性的标定精度，尤其是温度变化环境下的正交性标定精度。
　　4）研究基于SERF原子磁力仪的张量测量和剩磁补偿
　　磁异常的表征参数主要有磁场标量、矢量和张量。在所获取的磁异常信息方面，磁场张量比矢量的信息丰富，磁场矢量比标量的信息丰富。光泵原子磁力仪和CPT原子磁力仪产品目前只能测量标量，也有一些研究工作通过其他额外技术途径实现光泵原子磁力仪或CPT原子磁力仪的矢量测量，但是这些方法要么在原理上性能不高，要么实用性差距较大。SERF原子磁力仪可测量磁场的三轴分量，进而实现磁异常的张量测量，更好地描述磁源的磁化方向和几何形态，提高磁源的空间分辨率，这一方面可减小卫星剩磁的干扰，另一方面可提高地磁测量的空间分辨率。已有测磁卫星中磁场测量设备的配置通常采用两个磁通门磁力仪和一个高精度标量原子磁力仪，以减小卫星剩磁影响和提高地磁测量精度。采用SERF原子磁力仪则有望通过两个磁力仪的配置实现这一目标，同时实现更高的测量性能。
　　5hr结束语
　　磁力仪在科学研究、防灾减灾、资源勘探和国防建设等方面都有重要的作用。随着科技发展，原子磁力仪由于精度高、灵敏度高、作用大，越来越受重视。中国在该领域研究总体上是跟随国外的发展而发展的。文章在叙述原子磁力仪的研究和应用现状基础上，论述了存在的问题，具体说明在误差机理和抑制方法、原子气室性能、标定测试方法和精度以及轻小型化方面的不足，给出进一步提高精度和灵敏度、发展轻小型原子磁力仪、研究高精度标定测试方法和基于SERF原子磁力仪的张量测量等发展建议。
　　END
　　引用本文
　　王学锋，邓意成，徐强锋，李明阳，卢向东，李建军，刘院省。宇航用原子磁力仪研究与应用进展〔J〕。前瞻科技，2022，1（1）：159168；
　　doi：10。3981j。issn。20970781。2022。01。013
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