本发明属于弱磁测量，涉及一种基于cpt磁力仪有辅助线圈磁场矢量测量系统及方法，用于测量空间中磁场的矢量信息。
背景技术：
1、现阶段广泛使用的cpt磁力仪是基于塞曼效应和cpt效应对磁场的标量信息进行准确测量，相较于磁通门磁力仪及其他原子磁力仪，具有绝对精度高、灵敏度高、可小型化、无测量盲区等优点。对于基于cpt效应的磁场矢量测量，国内先前已有其他采用的辅助线圈的方式，是通过建立磁场矢量三角形来解算外界磁场与坐标系的角度问题，解算过程复杂。而基于cpt效应无线圈辅助磁场矢量测量由于对系统硬件的要求较高，可操作性不强。
技术实现思路
1、本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，为了能够实现对于磁场矢量信息的测量，提供了一种基于cpt磁力仪有辅助线圈磁场矢量测量系统及方法，不需要对cpt磁力仪做大幅度系统硬件变动，仅需加入三轴亥姆霍兹线圈及电脑端所组成的反馈控制回路。整体方法可操作性强，思路简单，易于理解。
2、本发明的技术解决方案是：
3、第一方面，
4、一种基于cpt磁力仪有辅助线圈磁场矢量测量系统，包括：激光器、线偏振光起偏器件、四分之一波片、原子气室、三轴亥姆霍兹线圈、光电探测器和信号处理模块；
5、激光器出射激光依次通过线偏振光起偏器件、四分之一波片和原子气室后，入射到光电探测器上；
6、原子气室外缠绕有三轴亥姆霍兹线圈；
7、信号处理模块用于调整三轴亥姆霍兹线圈产生的线圈磁场b2，使得三轴亥姆霍兹线圈产生与待测磁场b1大小相等且方向相反的磁场。
8、优选地，线偏振光起偏器件为格陵兰棱镜或1/2波片；
9、激光器的激光频率能够调节，采用vcsel激光器实现。
10、优选地，原子气室内部充有碱金属原子气体及缓冲气体。
11、优选地，三轴亥姆霍兹线圈的绕组保持对称，即三轴亥姆霍兹线圈的三轴绕组匝数相同，且三轴绕组导线种类保持一致。
12、第二方面，
13、一种基于cpt磁力仪有辅助线圈磁场矢量测量方法利用如第一方面所述的一种基于cpt磁力仪有辅助线圈磁场矢量测量系统实现，包括：
14、步骤1)激光器产生激光后，通过线偏振光起偏器件形成线偏振光，再通过四分之一波片转变为圆偏振光后入射原子气室；同时，令原子气室整体处于叠加磁场b中，以透射过原子气室的透射光信号作为观察信号，光电探测器接收获得观察信号；其中，叠加磁场b包括：外界的待测磁场b1和由三轴亥姆霍兹线圈产生的线圈磁场b2；
15、步骤2)光电探测器探测到原子气室利用cpt效应产生cpt信号峰，测量相邻cpt信号峰之间的频率间距，进而得到叠加磁场b的磁场大小；此时，三轴亥姆霍兹线圈不通电工作；
16、步骤3)仅将z轴方向上三轴亥姆霍兹线圈通电工作，调节z轴方向上三轴亥姆霍兹线圈产生的磁场，令cpt信号峰仅存在4个峰后，得到线圈磁场b2在z轴方向上的分量，并进入步骤4)；其中，建立系统坐标系具体为：令原子气室的光敏感轴为z轴，穿过原子气室的光束的传播方向为z轴正方向，zoy面平行于水平面，x轴正向竖直向上，原点o位于原子气室的几何中心点，系统坐标系满足右手定则；
17、步骤4)仅将z轴、x轴方向上三轴亥姆霍兹线圈通电工作，保持z轴方向的三轴亥姆霍兹线圈的电流大小不变(与步骤3)的相同)，调节x轴方向上三轴亥姆霍兹线圈产生的磁场，令cpt信号峰的幅度值为最小后，得到线圈磁场b2在x轴方向上的分量，并进入步骤5)；
18、步骤5)将z轴、x轴和y轴方向上三轴亥姆霍兹线圈通电工作，保持x轴、z轴方向的三轴亥姆霍兹线圈的电流大小不变(保持与步骤3)、4)的相同)，调节y轴方向上三轴亥姆霍兹线圈产生的磁场，令cpt信号峰仅保留一个峰后，得到线圈磁场b2在y轴方向上的分量，并进入步骤6)；
19、步骤6)通过线圈磁场b2的三轴分量，并通过步骤2)得到的叠加磁场b的磁场大小，获取外界待测磁场b1大小及方向信息，完成磁场矢量测量方法。
20、优选地，步骤2)中得到叠加磁场b的磁场大小b的方法，具体为：
21、
22、其中，δν表示相邻的cpt信号峰之间的频率间隔，δmf表示两相邻的cpt信号峰之间的磁量子数差，γ0为原子气室内所充碱金属原子气体的旋磁比。
23、优选地，步骤3)令cpt信号峰仅存在4个峰的方法，具体为：
24、通过信号处理模块控制z轴方向的三轴亥姆霍兹线圈中电流的大小，通过观测cpt信号峰的变化，调节z轴方向的三轴亥姆霍兹线圈应加电流的方向及大小，令z轴方向的三轴亥姆霍兹线圈中产生与待测磁场b1在z轴方向分量大小相等、方向相反的磁场，此时观测的cpt信号峰仅存在4个峰。
25、优选地，步骤4)令cpt信号峰的幅度值为最小的方法，具体为：
26、通过信号处理模块控制x轴方向的三轴亥姆霍兹线圈中电流的大小，通过观测cpt信号峰的变化，调节x轴方向的三轴亥姆霍兹线圈应加电流的方向及大小，当x轴方向的三轴亥姆霍兹线圈中产生与待测磁场b1在x轴方向分量大小相等方向相反的磁场时，此时观测的cpt信号峰的4个峰的幅度值为最小时。
27、优选地，步骤5)令cpt信号峰仅保留一个峰的方法，具体为：
28、通过信号处理模块控制y轴方向的三轴亥姆霍兹线圈中电流的大小，通过观测cpt信号峰的有无，调节y轴方向的三轴亥姆霍兹线圈应加电流的方向及大小，当y轴方向的三轴亥姆霍兹线圈中产生与待测磁场b1在y轴方向分量大小相等方向相反的磁场时，此时观测的cpt信号峰仅保留一个峰。
29、优选地，步骤6)获取外界待测磁场b1大小及方向信息的方法，具体为：
30、通过信号处理模块得知三轴亥姆霍兹线圈中的电流值，从而反推得到线圈磁场b2三轴的分量大小，令外界的待测磁场b1的方向与三轴亥姆霍兹线圈产生线圈磁场b2的方向相反，且外界待测磁场b1的磁场大小等于步骤2)得到的叠加磁场b的磁场大小。
31、本发明与现有技术相比的优点在于：
32、本发明通过观测cpt信号峰的数值及幅度变化，依次调节三个方向的三轴亥姆霍兹线圈中电流大小与方向，分别与外界被测磁场在三轴方向的分量相抵消，最终通过读取三圈中的电流值获得产生磁场的大小，进一步反推出被测磁场的大小与方向信息。
1.一种基于cpt磁力仪有辅助线圈磁场矢量测量系统，其特征在于，包括：激光器(1)、线偏振光起偏器件(2)、四分之一波片(3)、原子气室(4)、三轴亥姆霍兹线圈(5)、光电探测器(6)和信号处理模块(7)；
2.根据权利要求1所述的一种基于cpt磁力仪有辅助线圈磁场矢量测量系统，其特征在于，线偏振光起偏器件(2)为格陵兰棱镜或1/2波片；
3.根据权利要求1所述的一种基于cpt磁力仪有辅助线圈磁场矢量测量系统，其特征在于，原子气室(4)内部充有碱金属原子气体及缓冲气体。
4.根据权利要求1所述的一种基于cpt磁力仪有辅助线圈磁场矢量测量系统，其特征在于，三轴亥姆霍兹线圈(5)的绕组保持对称，即三轴亥姆霍兹线圈(5)的三轴绕组匝数相同，且三轴绕组导线种类保持一致。
5.一种基于cpt磁力仪有辅助线圈磁场矢量测量方法利用如权利要求1～4任意之一所述的一种基于cpt磁力仪有辅助线圈磁场矢量测量系统实现，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的一种基于cpt磁力仪有辅助线圈磁场矢量测量方法，其特征在于，步骤2)中得到叠加磁场b的磁场大小b的方法，具体为：
7.根据权利要求6所述的一种基于cpt磁力仪有辅助线圈磁场矢量测量方法，其特征在于，步骤3)令cpt信号峰仅存在4个峰的方法，具体为：
8.根据权利要求7所述的一种基于cpt磁力仪有辅助线圈磁场矢量测量方法，其特征在于，步骤4)令cpt信号峰的幅度值为最小的方法，具体为：
9.根据权利要求8所述的一种基于cpt磁力仪有辅助线圈磁场矢量测量方法，其特征在于，步骤5)令cpt信号峰仅保留一个峰的方法，具体为：
10.根据权利要求9所述的一种基于cpt磁力仪有辅助线圈磁场矢量测量方法，其特征在于，步骤6)获取外界待测磁场b1大小及方向信息的方法，具体为：
