[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

本發明公開了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，該方法的步驟包括：步驟S1：靜態激光波前畸變測量：對原子干涉重力儀系統，測量靜態時與原子作用的一對拉曼光的波前畸變分布步驟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。該裝置用來實施上述方法。本發明具有能夠提高測量靈敏度、精度、穩定度和便攜性等優點。

技術領域

本發明主要涉及到高精度絕對重力測量技術領域，特指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。

背景技術

高精度絕對重力信息在基礎科學研究、國防建設、地球信息監測、工業應用、資源開采和考古學等眾多領域都具有廣泛的應用前景。冷原子干涉儀是以原子物質波代替光波作為測量介質的新一代高精度測量儀器，以冷原子干涉為核心的量子絕對重力儀的測量性能已經超越最先進的FG5X型商品化激光干涉絕對重力儀，是下一代高精度絕對重力儀的發展方向。為了進一步提升原子干涉重力儀的測量靈敏度、精度、長期穩定性等性能指標，拉曼光的波前畸變補償和反射鏡振動噪聲的抑制是必須解決的兩大難題。

對于原子干涉重力儀反射鏡振動噪聲的抑制，目前主要有三種方法，包括：利用笨重的被動隔振平臺降低振動噪聲對原子干涉重力儀的影響程度(A.Peters，K.Y.Chung，S.Chu，Nature，1999，400(6747)：849-852.)；利用地震儀或加速度計等慣性儀表測量拉曼光反射鏡的振動噪聲，反饋給音圈電機，利用音圈電機對被動隔振平臺進行改造形成主動隔振系統(B.Tang，L.Zhou，Z.Xiong，J.Wang，M.Zhan，Rev.Sci.Instrum.，2014，85(9)：093109，及專利CN106054615B)；利用地震儀或加速度計等慣性儀表測量拉曼光反射鏡的振動噪聲功率譜密度，通過原子干涉儀的靈敏度函數和積分運算求解出振動引起的相移并在總干涉相移中進行數據修正(S.Merlet，J.Le Gouet，Q.Bodart，A.Clairon，A.Landragin，F.P.DosSantos，P.Rouchon，Gravity，Geoid and Earth Observation，2010，135，115，及專利CN110596785B、CN109298457B)。在以上三種方法中，前兩種方法需要額外增加被動隔振平臺，第三種方法補償精度有限，因而均難以滿足野外、車載、船載等小型化、便攜式、高動態、高實時場景測量的需求。

對于拉曼光波前畸變的補償，已有研究小組測量了在不同探測光直徑下拉曼激光波前畸變對原子干涉重力儀測量誤差的影響(V.Schkolnik，B.Leykauf，M.Hauth，C.Freier，A.Peters，Appl.Phys.B，2015，120(2)：311-316.)，以及在不同拉曼光直徑下拉曼激光波前畸變對原子干涉重力儀測量誤差的影響(M.-k.Zhou，Q.Luo，L.-1.Chen，X.-c.Duan，Z.-k.Hu，Phys.Rev.A，2016，93(4)：043610)，發現激光波前畸變最大可以產生600nm/s²的重力測量誤差。也有研究組利用可變形鏡控制拉曼激光波前證明了激光波前畸變最大可以產生5μm/s²的重力測量誤差(A.Trimeche，M.Langlois，S.Merlet，F.PereiraDos Santos，Phys.Rev.Applied，2017，7(3)：034016.)。

據調查，目前還未有能夠同時有效補償拉曼光波前畸變和的反射鏡振動噪聲的技術或方法。

發明內容

本發明要解決的技術問題就在于：針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一種能夠提高測量靈敏度、精度、穩定度和便攜性的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。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：