[发明专利]一种原子干涉重力仪振动噪声及波前畸变误差双补偿方法及装置

权利要求书

1.一种原子干涉重力仪振动噪声及波前畸变误差双补偿方法，其特征在于，步骤包括：

步骤S1：静态激光波前畸变测量：对原子干涉重力仪系统，测量静态时拉曼光路中的激光波前畸变分布函数

步骤S2：动态振动噪声及激光波前畸变测量：测量拉曼光反射镜振动信号S(x,y,z,t)并进行滤波处理，同时实时测量动态拉曼激光波前畸变

步骤S3：振动噪声及激光波前畸变实时补偿：利用自适应PID反馈控制算法驱动可变形镜变形，实时补偿振动噪声及激光波前畸变；

所述步骤S1的流程包括：

步骤S101：求解出静态时与原子作用的一对拉曼光的激光波前畸变分布函数

步骤S102：以拉曼光竖直向上传播方向为z方向，测量向下传播的拉曼激光波前分布和向上传播的拉曼激光波前分布

步骤S103：根据波前叠加关系式：

得到：和

所述为仅经过真空腔顶部和底部玻璃窗、1/4波片后向下传播的拉曼激光波前分布；所述为过拉曼光反射镜后向上传播的拉曼激光波前分布；所述分别为真空腔顶部玻璃窗、真空腔底部玻璃窗、1/4波片，以及拉曼光反射镜引起的静态激光波前畸变。

2.根据权利要求1所述的原子干涉重力仪振动噪声及波前畸变误差双补偿方法，其特征在于，所述步骤S2的流程包括：

步骤S201：测量地面或载体平台3个方向的振动；

步骤S202：对测得的三维振动信号分别进行高频噪声滤除及由于测量带宽有限导致的相频和幅频畸变滤波处理；

步骤S203：对测得的三维振动信号以模拟电压的方式进行实时采集获得S(x,y,z,t)并实时输出到微处理器中；

步骤S204：实时测量仅经过真空腔顶部和底部玻璃窗、1/4波片后向下传播的拉曼激光波前分布以及经过拉曼光反射镜后向上传播的拉曼激光波前分布并将波前分布实时输出到微处理器中。

3.根据权利要求1或2所述的原子干涉重力仪振动噪声及波前畸变误差双补偿方法，其特征在于，所述步骤S3的流程包括：

步骤S301：确定可变形镜响应矩阵A；

步骤S302：驱动电压的计算：根据滤波处理后的动态反射镜振动噪声信号、总实时激光波前畸变分布及可变形镜的响应矩阵A，利用自适应PID方法计算使可变形镜产生形变以补偿反射镜振动和激光波前畸变所需的驱动电压矩阵K；

步骤S303：可变形镜的驱动：将计算所得的驱动电压矩阵信号K反馈给高压放大器，高压放大器输出相应通道的电流信号驱动可变形镜产生变形，以实时补偿振动噪声引起的拉曼光反射镜振动和拉曼激光波前畸变。

4.根据权利要求1或2所述的原子干涉重力仪振动噪声及波前畸变误差双补偿方法，其特征在于，还包括步骤S4：振动噪声及激光波前畸变补偿效果评估；即利用原子干涉信号进行振动噪声及激光波前畸变补偿效果评估，并为可变形镜所施加的驱动电压提供实时修正。

5.根据权利要求4所述的原子干涉重力仪振动噪声及波前畸变误差双补偿方法，其特征在于，所述步骤S4的流程包括：

步骤S401：制备冷原子团；

步骤S402：实现原子干涉；

步骤S403：原子跃迁概率探测：通过探测光-回泵光-探测光及压电倍增管PMT归一化探测原子干涉仪中冷原子团的跃迁概率

步骤S404：振动噪声补偿效果评估：通过长时间记录拉曼激光脉冲相位与冷原子跃迁概率之间的对应关系，使用可变形镜补偿振动噪声后，特定拉曼激光相位下的原子跃迁概率抖动变小；计算原子跃迁概率抖动的Allan方差，以此来评估可变形镜使用前和使用后的振动噪声补偿效果；

步骤S405：可变形镜驱动电压的实时修正。

6.根据权利要求5所述的原子干涉重力仪振动噪声及波前畸变误差双补偿方法，其特征在于，所述步骤S401中，在t＝0时刻运行冷原子干涉重力仪，对第i个M-Z型原子干涉重力测量循环，通过磁光阱冷却并囚禁原子，使原子团温度≤10μk，原子数目≥10⁷个；利用微波和拉曼光对原子速度与原子态进行选择，获得纵向温度≤400nk的冷原子团，并将原子团制备到特定内态。