[發明專利]一種原子干涉重力儀振動噪聲及波前畸變誤差雙補償方法及裝置

有效

• 申請號: 202110456603.2
• 申請日: 2021-04-26
• 公開（公告）號: CN113219545B
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發明（設計）人: 胡青青;鄺文俊;萬伏彬;羅玉昆;叢楠;舒暢;徐馥芳;汪杰;易騰
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍軍事科學院國防科技創新研究院
• 主分類號: G01V7/00
• 分類號: G01V7/00;G01H9/00
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 周長清

1.一種原子干涉重力儀振動噪聲及波前畸變誤差雙補償方法，其特征在于，步驟包括：

步驟S1：靜態激光波前畸變測量：對原子干涉重力儀系統，測量靜態時拉曼光路中的激光波前畸變分布函數

步驟S2：動態振動噪聲及激光波前畸變測量：測量拉曼光反射鏡振動信號S(x,y,z,t)并進行濾波處理，同時實時測量動態拉曼激光波前畸變

步驟S3：振動噪聲及激光波前畸變實時補償：利用自適應PID反饋控制算法驅動可變形鏡變形，實時補償振動噪聲及激光波前畸變；

所述步驟S1的流程包括：

步驟S101：求解出靜態時與原子作用的一對拉曼光的激光波前畸變分布函數

步驟S102：以拉曼光豎直向上傳播方向為z方向，測量向下傳播的拉曼激光波前分布和向上傳播的拉曼激光波前分布

步驟S103：根據波前疊加關系式：

得到：和

所述為僅經過真空腔頂部和底部玻璃窗、1/4波片后向下傳播的拉曼激光波前分布；所述為過拉曼光反射鏡后向上傳播的拉曼激光波前分布；所述分別為真空腔頂部玻璃窗、真空腔底部玻璃窗、1/4波片，以及拉曼光反射鏡引起的靜態激光波前畸變。

2.根據權利要求1所述的原子干涉重力儀振動噪聲及波前畸變誤差雙補償方法，其特征在于，所述步驟S2的流程包括：

步驟S201：測量地面或載體平臺3個方向的振動；

步驟S202：對測得的三維振動信號分別進行高頻噪聲濾除及由于測量帶寬有限導致的相頻和幅頻畸變濾波處理；

步驟S203：對測得的三維振動信號以模擬電壓的方式進行實時采集獲得S(x,y,z,t)并實時輸出到微處理器中；

步驟S204：實時測量僅經過真空腔頂部和底部玻璃窗、1/4波片后向下傳播的拉曼激光波前分布以及經過拉曼光反射鏡后向上傳播的拉曼激光波前分布并將波前分布實時輸出到微處理器中。

3.根據權利要求1或2所述的原子干涉重力儀振動噪聲及波前畸變誤差雙補償方法，其特征在于，所述步驟S3的流程包括：

步驟S301：確定可變形鏡響應矩陣A；

步驟S302：驅動電壓的計算：根據濾波處理后的動態反射鏡振動噪聲信號、總實時激光波前畸變分布及可變形鏡的響應矩陣A，利用自適應PID方法計算使可變形鏡產生形變以補償反射鏡振動和激光波前畸變所需的驅動電壓矩陣K；

步驟S303：可變形鏡的驅動：將計算所得的驅動電壓矩陣信號K反饋給高壓放大器，高壓放大器輸出相應通道的電流信號驅動可變形鏡產生變形，以實時補償振動噪聲引起的拉曼光反射鏡振動和拉曼激光波前畸變。

4.根據權利要求1或2所述的原子干涉重力儀振動噪聲及波前畸變誤差雙補償方法，其特征在于，還包括步驟S4：振動噪聲及激光波前畸變補償效果評估；即利用原子干涉信號進行振動噪聲及激光波前畸變補償效果評估，并為可變形鏡所施加的驅動電壓提供實時修正。

5.根據權利要求4所述的原子干涉重力儀振動噪聲及波前畸變誤差雙補償方法，其特征在于，所述步驟S4的流程包括：

步驟S401：制備冷原子團；

步驟S402：實現原子干涉；

步驟S403：原子躍遷概率探測：通過探測光-回泵光-探測光及壓電倍增管PMT歸一化探測原子干涉儀中冷原子團的躍遷概率

步驟S404：振動噪聲補償效果評估：通過長時間記錄拉曼激光脈沖相位與冷原子躍遷概率之間的對應關系，使用可變形鏡補償振動噪聲后，特定拉曼激光相位下的原子躍遷概率抖動變小；計算原子躍遷概率抖動的Allan方差，以此來評估可變形鏡使用前和使用后的振動噪聲補償效果；

步驟S405：可變形鏡驅動電壓的實時修正。

6.根據權利要求5所述的原子干涉重力儀振動噪聲及波前畸變誤差雙補償方法，其特征在于，所述步驟S401中，在t＝0時刻運行冷原子干涉重力儀，對第i個M-Z型原子干涉重力測量循環，通過磁光阱冷卻并囚禁原子，使原子團溫度≤10μk，原子數目≥10⁷個；利用微波和拉曼光對原子速度與原子態進行選擇，獲得縱向溫度≤400nk的冷原子團，并將原子團制備到特定內態。