基于先验场跟踪的预cessing 自旋的优化高效推断工具

精确、实时的磁场演化监测在磁导向导航及寻找标准模型之外物理等应用中至关重要。自旋预cession 磁力计（SPM）作为主要场监测技术，观测电子、原子、颜色中心或μ子自旋在响应局部磁场时的预cession 行为。本文聚焦于 SPMs 在自由诱导衰减（FID）模式下的贝叶斯信号恢复方法。我们特别研究了在自旋系统相干时间内（因此远超响应带宽）跟踪场变化的情况。我们推导了用于估计 Larmor 频率的最终精度的贝叶斯 Cramér-Rao 界，并指出该界由计算开销较大的预测误差方法（PEM）可达到。相较于此基准，扩展卡尔曼滤波器（EKF）和 cubature 卡尔曼滤波器（CKF）提供了接近最优的跟踪效果，同时计算高效，其中后者仅在自旋数较大时能获得更好结果。基于 EKF，我们证明其足以准确跟踪波动且未知的瞬态信号。这些方法可轻易适用于其他类型在非线性耗散动力学中且具有内在类高斯随机噪声的传感器。