本文關鍵詞：原子干涉型重力儀的共模噪聲抑制研究

  更多相關文章： 原子干涉儀 原子重力儀 共模噪聲 振動補償方案 橢圓擬合

【摘要】：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,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-g/√HZ和2.1×10-7/√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,我們運用橢圓擬合法,獲得了對共模噪聲免疫的重力差分信號結果,并在振動環(huán)境惡劣的情形下仍然測量到重力差分結果,其靈敏度優(yōu)于兩套重力儀相位直接相減。
【關鍵詞】：原子干涉儀 原子重力儀 共模噪聲 振動補償方案 橢圓擬合
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH744.3
【目錄】：

• 致謝5-7
• 摘要7-9
• Abstract9-14
• 1. 緒論14-22
• 1.1. 重力場及其梯度精密測量的意義14-15
• 1.2. 精密重力測量與重力差分測量15-18
• 1.2.1. 機械重力儀16
• 1.2.2. 超導重力儀16-17
• 1.2.3. 激光干涉型重力儀17-18
• 1.2.4. 原子干涉型重力儀18
• 1.3. 冷原子干涉型重力儀的歷史與現(xiàn)狀18-20
• 1.4. 冷原子干涉型重力儀的噪聲抑制20-21
• 1.5. 本文的主要工作21-22
• 2. 冷原子干涉型重力儀的理論及實驗22-37
• 2.1. 相關理論22-28
• 2.1.1. 原子在輻射場中的演化22-27
• 2.1.2. 重力測量理論27-28
• 2.2. 實驗裝置28-34
• 2.2.1. 本實驗小組的重力儀28-30
• 2.2.2. 兩套重力儀的協(xié)同工作30-34
• 2.3. 實驗結果34-35
• 2.3.1. 條紋及Allan方差結果34-35
• 2.4. 本章小結35-37
• 3. 冷原子干涉儀的控制系統(tǒng)37-53
• 3.1. 時序過程37-38
• 3.2. 控制硬件38-40
• 3.2.1. 采集卡的相關配置39-40
• 3.2.2. 其他控件的配置要求40
• 3.3. 控制軟件40-52
• 3.3.1. 配置與數(shù)據(jù)管理41-44
• 3.3.2. 執(zhí)行方式44-50
• 3.3.3. 其他功能50-52
• 3.4. 本章小結52-53
• 4. 噪聲來源53-63
• 4.1. 本底噪聲、幅度噪聲與相位噪聲的關系53-54
• 4.2. 相位噪聲對干涉儀相位的貢獻54-56
• 4.3. 共模噪聲56-61
• 4.3.1. 拉曼光相噪56-59
• 4.3.2. 振動噪聲59-60
• 4.3.3. 其他共模噪聲60-61
• 4.4. 除共模噪聲以外的噪聲61-62
• 4.5. 本章小結62-63
• 5. 單臺重力儀的振動噪聲抑制63-83
• 5.1. 被動隔振法63-64
• 5.2. 主動隔振法64-65
• 5.3. 振動補償法65-79
• 5.3.1. 補償原理65-66
• 5.3.2. 探頭與拉曼反射鏡之間的振動傳遞函數(shù)66-72
• 5.3.3. 振動補償方案的可行性評估72-77
• 5.3.4. 軟硬件實現(xiàn)77-79
• 5.4. 實驗結果79-81
• 5.5. 本章小結81-83
• 6. 兩臺重力儀的共模噪聲抑制83-93
• 6.1. 方法介紹83-84
• 6.2. 仿真測試84-90
• 6.2.1. 共模噪聲與差模噪聲84-85
• 6.2.2. 不同判據(jù)的橢圓擬合模型85-87
• 6.2.3. 擬合結果比較87-90
• 6.3. 對兩套重力儀結果的分析90-92
• 6.3.1. 與條紋擬合方法的對照90-91
• 6.3.2. 在大振動環(huán)境下的結果91-92
• 6.4. 本章小結92-93
• 7. 總結與展望93-96
• 7.1. 本文總結93-94
• 7.2. 展望94-96
• 7.2.1. 單套重力儀的共模噪聲抑制94-95
• 7.2.2. 兩套重力儀的共模噪聲抑制算法95-96
• 8. 參考文獻96-105
• 作者簡介及博士期間的科研成果105-106

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