用于原子重力仪的自动重力测量方法、系统及介质技术方案

本发明专利技术公开了一种用于原子重力仪的自动重力测量方法、系统及介质，其方法包括以下步骤：控制原子重力仪进行预处理、以满足待测原子的重力测量环境要求；在不同的原子重力仪预设参数配置条件下对待测原子作用拉曼光，对应获取待测原子不同的微波共振频率，调整拉曼光的功率使不同的微波共振频率满足预设条件时获取拉曼光参数；根据所述拉曼光参数，在预设迭代测量次数条件下基于迭代拟合函数对待测原子进行迭代测量，获取最终原子干涉条纹；根据最终原子干涉条纹，计算待测原子的重力加速度测量值；将测量过程中的数据处理过程由手动改为软件自动处理，缩短了单次重力测量时间，也减小了不同操作人员在测量过程中的操作失误导致的测量结果偏差。误导致的测量结果偏差。误导致的测量结果偏差。

【技术实现步骤摘要】
用于原子重力仪的自动重力测量方法、系统及介质


[0001]本专利技术涉及原子重力仪
，特别涉及一种用于原子重力仪的自动重力测量方法、系统及介质。

技术介绍

[0002]近三十年来，基于激光冷却和物质波干涉的冷原子干涉仪技术发展迅速，已经应用到精密测量领域的许多方向，表现出很强的应用性和广阔的前景。其中尤其以原子重力仪发展最为瞩目，它已经正式从实验室内走出到实验室外，在民用领域和军事领域都开始崭露头角。目前，国内外多家企业和单位已经研发和生产了原子重力仪产品，正逐渐向市场推广。
[0003]然而，原子重力仪系统过于复杂，涉及光学、机械、电子、计算、控制和量子等领域，一般人员需要很长的学习和调试时间才能掌握原子重力仪。在使用原子重力仪时，需要经历启动外设、激光锁频、系统状态判断、参数标定、参数配置等复杂过程后，才能开始重力测量过程。这大大限制了原子重力仪的产品化进程，操作和使用难度太高。目前绝大多数原子重力仪采用基于LabVIEW的控制和测量方法，原子重力仪的测量步骤由操作人员一个个步骤单独手动完成，并独立进行数据处理，因此只能由具有多年原子领域经验的专业人员对诸多中间结果进行分析、判断及设置相应参数后，才能完成原子重力测量。

技术实现思路

[0004]本专利技术的提供一种用于原子重力仪的自动重力测量方法、系统及介质，将测量过程中的数据处理过程由手动改为软件自动处理，缩短了单次重力测量时间，也减小了不同操作人员在测量过程中的操作失误导致的测量结果偏差。
[0005]第一方面，提供一种用于原子重力仪的自动重力测量方法，包括以下步骤：
[0006]控制原子重力仪进行预处理、以满足待测原子的重力测量环境要求；
[0007]在不同的原子重力仪预设参数配置条件下对待测原子作用拉曼光，对应获取待测原子不同的微波共振频率，调整拉曼光的功率使不同的微波共振频率满足预设条件时获取拉曼光参数；
[0008]根据所述拉曼光参数，在预设迭代测量次数条件下基于迭代拟合函数对待测原子进行迭代测量，获取最终原子干涉条纹；
[0009]根据所述最终原子干涉条纹，计算待测原子的重力加速度测量值。
[0010]根据第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述“控制原子重力仪进行预处理、以满足待测原子的重力测量环境要求”步骤，具体包括以下步骤：
[0011]控制离子泵、激光器、预热装置、参数配置装置启动；
[0012]当检测到预热时间达到预设时间后，控制重力敏感单元调平；
[0013]获取激光器激光锁频的误差信号，优化所述误差信号、计算目标锁频点并发送至激光器。
[0014]根据第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述“获取激光器激光锁频的误差信号，优化所述误差信号、计算目标锁频点”步骤，具体包括以下步骤：
[0015]获取大于第一预设阈值的激光器激光锁频的最大误差值及最小误差值；获取所述最大误差值及所述最小误差值对应的激光器扫描反馈第一电压及第二电压；
[0016]计算所述最大误差值与所述最小误差值的差值对应的相位值；
[0017]根据所述第一电压及所述第二电压，计算目标锁频点。
[0018]根据第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述“根据所述第一电压及所述第二电压，计算目标锁频点”步骤，具体包括以下步骤：
[0019]按照如下公式，计算目标锁频点V0：
[0020]V0＝|V1+V2|/2。
[0021]根据第一方面，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述“调整拉曼光的功率使不同的微波共振频率满足预设条件时获取拉曼光参数”步骤，具体包括以下步骤：
[0022]设置不同的微波共振频率的数量为2；
[0023]当检测到两个微波共振频率之间的差值绝对值小于第二预设阈值时获取此时的拉曼光参数。
[0024]根据第一方面，在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述“根据所述拉曼光参数，在预设迭代测量次数条件下基于迭代拟合函数对待测原子进行迭代测量，获取最终原子干涉条纹”步骤，具体包括以下步骤：
[0025]迭代拟合函数如下：
[0026][0027]当检测到预设迭代测量次数完成后，获取最终原子干涉条纹，所述最终原子干涉条纹为最后一次迭代测量次数时的最终拉曼光扫频斜率对应的最终原子跃迁概率；
[0028]式中，P为纵轴原子跃迁概率；A为跃迁概率偏置；C为干涉条纹对比度；α为横轴拉曼光扫频斜率；α0
n+1
为第n次迭代测量次数时条纹谷底对应的拉曼光扫频斜率；Tn为第n次迭代测量次数时拉曼光脉冲时间间隔。
[0029]根据第一方面的第五种可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，所述“根据所述最终原子干涉条纹，计算待测原子的重力加速度测量值”步骤，具体包括以下步骤：
[0030]根据所述最终原子跃迁概率P
终
，计算待测原子的干涉相位Φ：
[0031][0032]根据所述最终拉曼光扫频斜率α0，计算待测原子的重力加速度测量值g
m
：
[0033]g
m
＝α0/k
eff
‑
Φ/k
eff
T2[0034]式中，k
eff
为拉曼光有效波矢；T为最后一次迭代测量次数时拉曼光脉冲时间间隔。
[0035]根据第一方面，在第一方面的第七种可能的实现方式中，所述“在不同的原子重力仪预设参数配置条件下对待测原子作用拉曼光，对应获取待测原子不同的微波共振频率，调整拉曼光的功率使不同的微波共振频率满足预设条件时获取拉曼光参数”步骤之前，具
体包括以下步骤：控制原子重力仪对待测原子进行冷却囚禁处理、及原子初态制备至预设状态。
[0036]第二方面，提供一种用于原子重力仪的自动重力测量系统，包括以下步骤：
[0037]环境配置模块，用于控制原子重力仪进行预处理、以满足所述待测原子的重力测量环境要求；
[0038]拉曼光参数获取模块，与所述环境配置模块通信连接，在不同的原子重力仪预设参数配置条件下对所述待测原子作用拉曼光，对应获取待测原子不同的微波共振频率，调整拉曼光的功率使不同的微波共振频率满足预设条件时获取拉曼光参数；
[0039]原子干涉条纹获取模块，与所述拉曼光参数获取模块通信连接，用于根据所述拉曼光参数，在预设迭代测量次数条件下基于迭代拟合函数对待测原子进行迭代测量，获取最终原子干涉条纹；
[0040]重力计算模块，与所述原子干涉条纹获取模块通信连接，用于根据所述最终原子干涉条纹，计算待测原子的重力加速度测量值。
[0041]第三方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述的用于原子重力仪的自动重力测量方法。
[0042]与现有技术相比，本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于原子重力仪的自动重力测量方法，其特征在于，包括以下步骤：控制原子重力仪进行预处理、以满足待测原子的重力测量环境要求；在不同的原子重力仪预设参数配置条件下对待测原子作用拉曼光，对应获取待测原子不同的微波共振频率，调整拉曼光的功率使不同的微波共振频率满足预设条件时获取拉曼光参数；根据所述拉曼光参数，在预设迭代测量次数条件下基于迭代拟合函数对待测原子进行迭代测量，获取最终原子干涉条纹；根据所述最终原子干涉条纹，计算待测原子的重力加速度测量值。2.如权利要求1所述的用于原子重力仪的自动重力测量方法，其特征在于，所述“控制原子重力仪进行预处理、以满足待测原子的重力测量环境要求”步骤，具体包括以下步骤：控制离子泵、激光器、预热装置、参数配置装置启动；当检测到预热时间达到预设时间后，控制重力敏感单元调平；获取激光器激光锁频的误差信号，优化所述误差信号、计算目标锁频点并发送至激光器。3.如权利要求2所述的用于原子重力仪的自动重力测量方法，其特征在于，所述“获取激光器激光锁频的误差信号，优化所述误差信号、计算目标锁频点”步骤，具体包括以下步骤：获取大于第一预设阈值的激光器激光锁频的最大误差值及最小误差值；获取所述最大误差值及所述最小误差值对应的激光器扫描反馈第一电压及第二电压；计算所述最大误差值与所述最小误差值的差值对应的相位值；根据所述第一电压及所述第二电压，计算目标锁频点。4.如权利要求3所述的用于原子重力仪的自动重力测量方法，其特征在于，所述“根据所述第一电压及所述第二电压，计算目标锁频点”步骤，具体包括以下步骤：按照如下公式，计算目标锁频点V0：V0＝|V1+V2|/2。5.如权利要求1所述的用于原子重力仪的自动重力测量方法，其特征在于，所述“调整拉曼光的功率使不同的微波共振频率满足预设条件时获取拉曼光参数”步骤，具体包括以下步骤：设置不同的微波共振频率的数量为2；当检测到两个微波共振频率之间的差值绝对值小于第二预设阈值时获取此时的拉曼光参数。6.如权利要求1所述的用于原子重力仪的自动重力测量方法，其特征在于，所述“根据所述拉曼光参数，在预设迭代测量次数条件下基于迭代拟合函数对待测原子进行迭代测量，获取最终原子干涉条纹”步骤，具体包括以下步骤：迭代拟合函数如下：当检测到预设迭代测量次数完成后，获取最终原子干涉条纹，所述最终原子干涉条纹为最后一次迭代测量次数时的最终...

【专利技术属性】
技术研发人员：张柯，毛海岑，栾广建，邱金峰，周超，
申请(专利权)人：华中光电技术研究所中国船舶集团有限公司第七一七研究所，
类型：发明
国别省市：