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域都有廣泛的應用，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，可應用于地理測繪、地質(zhì)勘探、導航以及基礎物理研究等領域。比起單套的重力儀，多套重力儀的同步測量有更廣泛的應用，可以研究重力梯度變化，以及進行一些基礎物理研究如測量萬有引力常數(shù)等。
　　本實驗小組自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)同工作時的共模噪聲抑制，包括同步工作的實現(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驗。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理論;實驗部分介

3、紹了本實驗組的兩套冷原子干涉型重力儀的實驗裝置，以及相關的實驗結果。
　　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驗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噪聲的抑制研

4、究。該章介紹了兩種常規(guī)的振動抑制方案:被動隔振法和主動隔振法。此外，著重介紹了單純用振動補償法進行振動抑制的技術，包括基于控制平臺的數(shù)據(jù)振動采集補償方案和實驗結果。
　　第六章介紹了在兩臺重力儀同步工作的時候，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重力儀測量到的重力值之差。針對原子干涉型重力儀的應用，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)境下的仿真和實驗結果，以及和傳統(tǒng)的條紋擬合方法的

5、對照。
　　第七章是總結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。目前本實驗組的兩套重力儀單點測量時間為450ms，重復率達到2.2Hz，在基于被動隔振的條件下，靈敏度分別達到1.9×10-7g/√Hz和2.1×10-7g/√Hz。我們?nèi)绻麊渭冞\用振動補償法，可以讓單臺重力儀獲得與被動隔振的條件下接近的靈敏度，并且在振動環(huán)境惡劣的情形下仍然能獲得較好的結果。進一步，