[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

说明书

本发明公开了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，该方法的步骤包括：步骤S1：静态激光波前畸变测量：对原子干涉重力仪系统，测量静态时与原子作用的一对拉曼光的波前畸变分布步骤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。该装置用来实施上述方法。本发明具有能够提高测量灵敏度、精度、稳定度和便携性等优点。

技术领域

本发明主要涉及到高精度绝对重力测量技术领域，特指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。

背景技术

高精度绝对重力信息在基础科学研究、国防建设、地球信息监测、工业应用、资源开采和考古学等众多领域都具有广泛的应用前景。冷原子干涉仪是以原子物质波代替光波作为测量介质的新一代高精度测量仪器，以冷原子干涉为核心的量子绝对重力仪的测量性能已经超越最先进的FG5X型商品化激光干涉绝对重力仪，是下一代高精度绝对重力仪的发展方向。为了进一步提升原子干涉重力仪的测量灵敏度、精度、长期稳定性等性能指标，拉曼光的波前畸变补偿和反射镜振动噪声的抑制是必须解决的两大难题。

对于原子干涉重力仪反射镜振动噪声的抑制，目前主要有三种方法，包括：利用笨重的被动隔振平台降低振动噪声对原子干涉重力仪的影响程度(A.Peters，K.Y.Chung，S.Chu，Nature，1999，400(6747)：849-852.)；利用地震仪或加速度计等惯性仪表测量拉曼光反射镜的振动噪声，反馈给音圈电机，利用音圈电机对被动隔振平台进行改造形成主动隔振系统(B.Tang，L.Zhou，Z.Xiong，J.Wang，M.Zhan，Rev.Sci.Instrum.，2014，85(9)：093109，及专利CN106054615B)；利用地震仪或加速度计等惯性仪表测量拉曼光反射镜的振动噪声功率谱密度，通过原子干涉仪的灵敏度函数和积分运算求解出振动引起的相移并在总干涉相移中进行数据修正(S.Merlet，J.Le Gouet，Q.Bodart，A.Clairon，A.Landragin，F.P.DosSantos，P.Rouchon，Gravity，Geoid and Earth Observation，2010，135，115，及专利CN110596785B、CN109298457B)。在以上三种方法中，前两种方法需要额外增加被动隔振平台，第三种方法补偿精度有限，因而均难以满足野外、车载、船载等小型化、便携式、高动态、高实时场景测量的需求。

对于拉曼光波前畸变的补偿，已有研究小组测量了在不同探测光直径下拉曼激光波前畸变对原子干涉重力仪测量误差的影响(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径下拉曼激光波前畸变对原子干涉重力仪测量误差的影响(M.-k.Zhou，Q.Luo，L.-1.Chen，X.-c.Duan，Z.-k.Hu，Phys.Rev.A，2016，93(4)：043610)，发现激光波前畸变最大可以产生600nm/s²的重力测量误差。也有研究组利用可变形镜控制拉曼激光波前证明了激光波前畸变最大可以产生5μm/s²的重力测量误差(A.Trimeche，M.Langlois，S.Merlet，F.PereiraDos Santos，Phys.Rev.Applied，2017，7(3)：034016.)。

据调查，目前还未有能够同时有效补偿拉曼光波前畸变和的反射镜振动噪声的技术或方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种能够提高测量灵敏度、精度、稳定度和便携性的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。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：