[发明专利]一种量子重力梯度仪的重力加速度重力梯度同步解算方法

说明书

本发明提供一种量子重力梯度仪的重力加速度重力梯度同步解算方法，该方法包括：采集上、下两个干涉仪输出的原子干涉信号，利用椭圆拟合得出两干涉信号相位差；根据两干涉信号相位差，计算竖直方向重力梯度；采集拉曼光反射镜的振动信号，并计算振动相移历经的2π周期数，再结合两个原子干涉信号求解椭圆参数方程，计算干涉条纹相移；根据干涉条纹相移解算重力加速度测量值。通过该方案可以同步解算输出重力加速度和重力梯度，并避免了重力测量灵敏度受限于加速度计本底噪声的问题，保障重力加速度和重力梯度测量的准确性、可靠性。

技术领域

本发明属于冷原子干涉精密测量领域，尤其涉及一种量子重力梯度仪的重力加速度重力梯度同步解算方法。

背景技术

重力场是地球的固有物理特性，可反映地球表层及内部的物质分布和运动规律，高精度重力场信息是研究地质构造、矿产资源分布规律等不可或缺的基础资料，为快速准确勘探石油、矿石等国家战略资源提供强力技术支撑，还可用于基础科学研究及地质灾害预报。重力场信息包含重力梯度与重力加速度。重力梯度反映重力场的细节信息，空间分辨率高。因此重力梯度仪常用于大比例尺度的重力场测量，能够给出优良的重力场高频信息。重力仪则用于小比例尺度的重力场测量，提供重力场低频信息。将二者结合则能够得到精准的广谱重力场描述。

近年来随着冷原子干涉技术的发展，量子重力梯度仪因其理论精度高、低漂移、自校准、无机械磨损等优势，受到了广泛的关注。量子重力梯度仪的基本工作原理为：两团冷原子团在同一拉曼激光脉冲序列的作用下发生干涉，在不考虑环境振动的条件下，两团原子的干涉条纹相移分别反应了其所处位置的重力加速度值，利用重力加速度值对位置的差分运算即可得到该方向上的重力梯度值。目前的绝大多数量子重力梯度仪仅可用于输出重力梯度值，并且传统的基于振动相位解算的重力加速度提取方法测量灵敏度受限与加速度计自身本底噪声。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种量子重力梯度仪的重力加速度重力梯度同步解算方法，用于解决现有重力加速度解算方案中重力测量灵敏度受限于加速度计本底噪声的问题，并且还可使得量子重力梯度仪在输出重力梯度的同时输出重力加速度。

在本发明实施例的第一方面，提供了一种用于量子重力梯度仪的重力加速度重力梯度同步解算方法，包括：

采集上、下两个原子干涉仪输出的干涉信号，利用椭圆拟合方法拟合两个原子干涉信号，解算竖直方向上重力梯度给两个干涉仪干涉条纹带来的相位差；

根据拉曼光有效波矢、两个拉曼脉冲的间隔时间、上下两个干涉仪的竖直距离和两干涉条纹间的相位差，计算竖直方向重力梯度；

采集拉曼光反射镜的振动信号，并计算振动相移所历经的2π周期数，再结合两个原子干涉信号求解椭圆参数方程，计算振动和重力加速度所带来的干涉条纹相移；

根据振动和重力加速度所带来的干涉条纹相移、拉曼激光有效波矢和相邻两拉曼脉冲的间隔时间，解算重力加速度测量值。

本发明实施例中，根据上、下两个干涉仪输出的原子干涉信号以及拉曼光反射镜的振动信号，可以同步解算得到重力梯度和重力加速度，避免了重力加速度测量灵敏度受限于加速度计本底噪声的问题，能保障重力加速度和重力梯度解算的准确性、可靠性，并对干涉条纹幅度、偏置噪声不敏感。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取其他附图。

图1为本发明一个实施例提供的一种量子重力梯度仪的重力加速度重力梯度同步解算方法的流程示意图；

图2为本发明一个实施例提供的一种重力梯度仪的结构示意图；