原子干涉型重力儀的共模噪聲抑制研究.pdf

1、自發(fā)明至今，原子干涉儀的歷史已有二十余年。作為一種精密測量的手段，如今原子干涉儀在科研和工程領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，發(fā)展迅猛。原子干涉型重力儀是基于原子干涉儀發(fā)展起來的重力測量儀器，可應(yīng)用于地理測繪、地質(zhì)勘探、導(dǎo)航以及基礎(chǔ)物理研究等領(lǐng)域。比起單套的重力儀，多套重力儀的同步測量有更廣泛的應(yīng)用，可以研究重力梯度變化，以及進(jìn)行一些基礎(chǔ)物理研究如測量萬有引力常數(shù)等。
　　本實(shí)驗(yàn)小組自2005年開始研制原子干涉型重力儀，目前已研制出多套重力儀，

2、并且實(shí)現(xiàn)了兩套重力儀的協(xié)同工作。本文的主要工作是研究多套原子干涉型重力儀協(xié)同工作時(shí)的共模噪聲抑制，包括同步工作的實(shí)現(xiàn)，噪聲來源研究，以及共模噪聲抑制的手段。
　　第一章是緒論部分，包括精密重力測量的應(yīng)用前景，國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，冷原子干涉型重力儀的發(fā)展。另外，簡單羅列了本文的主要工作。
　　第二章介紹了冷原子干涉型重力儀的理論及實(shí)驗(yàn)。理論部分主要是原子干涉部分的理論，包括原子在光場中的演化，以及最終測量重力的相關(guān)理論;實(shí)驗(yàn)部分介

3、紹了本實(shí)驗(yàn)組的兩套冷原子干涉型重力儀的實(shí)驗(yàn)裝置，以及相關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
　　第三章闡述了冷原子干涉型重力儀的控制系統(tǒng)，包括控制時(shí)序，控制硬件和控制軟件，還介紹了主控程序的其他拓展功能，以及未來待完善的功能。
　　第四章是噪聲模型的歸類，以及對共模噪聲的相關(guān)分析，其中包括相位噪聲對干涉儀相位的影響和主要共模噪聲來源的分析，此外還簡單介紹了實(shí)驗(yàn)中主要的非共模噪聲的來源。
　　第五章是針對最主要的共模噪聲源之一振動(dòng)噪聲的抑制研

4、究。該章介紹了兩種常規(guī)的振動(dòng)抑制方案:被動(dòng)隔振法和主動(dòng)隔振法。此外，著重介紹了單純用振動(dòng)補(bǔ)償法進(jìn)行振動(dòng)抑制的技術(shù)，包括基于控制平臺(tái)的數(shù)據(jù)振動(dòng)采集補(bǔ)償方案和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
　　第六章介紹了在兩臺(tái)重力儀同步工作的時(shí)候，對共模噪聲免疫的算法研究，其核心是橢圓擬合的方法得出兩臺(tái)重力儀測量到的重力值之差。針對原子干涉型重力儀的應(yīng)用，本文提出了差模噪聲最小來作為橢圓擬合的依據(jù)。最后展示了在不同噪聲環(huán)境下的仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以及和傳統(tǒng)的條紋擬合方法的

5、對照。
　　第七章是總結(jié)以及對未來工作的展望。
　　本文的主要研究內(nèi)容是基于兩套同步性卓越的冷原子干涉型重力儀的共模噪聲抑制。目前本實(shí)驗(yàn)組的兩套重力儀單點(diǎn)測量時(shí)間為450ms，重復(fù)率達(dá)到2.2Hz，在基于被動(dòng)隔振的條件下，靈敏度分別達(dá)到1.9×10-7g/√Hz和2.1×10-7g/√Hz。我們?nèi)绻麊渭冞\(yùn)用振動(dòng)補(bǔ)償法，可以讓單臺(tái)重力儀獲得與被動(dòng)隔振的條件下接近的靈敏度，并且在振動(dòng)環(huán)境惡劣的情形下仍然能獲得較好的結(jié)果。進(jìn)一步，