一种原子重力仪科里奥利力误差修正方法技术

本发明专利技术公开的一种原子重力仪科里奥利力误差修正方法，属于精密重力测量和量子精密测量领域。本发明专利技术实现方法为：采用标定原子重力仪测量所处位置的科里奥利力误差函数的参数值，通过当前位置的纬度和原子重力仪所处的方位角确定科氏力正弦函数关系。在原子重力仪的科氏力评估过程中，通过调节原子重力仪俯仰至给定参考角度，记录所处位置的纬度和重力仪的参考角度，将所处位置的纬度和重力仪的参考角度代入科氏力正弦函数关系，即得到此时重力仪的科氏力误差，实现原子重力仪科里奥利力误差修正。本发明专利技术无需重复进行旋转测量修正，具有修正效率高、精度高、操作方便的优点。本发明专利技术解决了科里奥利力误差对可搬运原子重力测量的限制，适合动态应用。适合动态应用。适合动态应用。

【技术实现步骤摘要】
一种原子重力仪科里奥利力误差修正方法


[0001]本专利技术涉及一种原子重力仪科里奥利力误差修正方法，属于精密重力测量和量子精密测量领域。

技术介绍

[0002]重力加速度g是描述地球重力场的关键参数，实现高精度的重力测量在地球物理、资源勘探、基础物理研究、军事国防等领域有着重要的意义和广阔的应用前景。基于原子干涉原理的重力测量装置相比于传统激光干涉原理重力仪，具有测量灵敏度更高、可长期不间断测量等优点，测量不确定度也与激光干涉重力仪相当，是量子精密测量领域的代表性研究方向，也是精密重力测量仪器的重点发展方向，目前原子重力仪已经逐渐从走出实验室，开始面向工程化发展，已经获得了国内外几十家科研机构或公司的广泛关注。
[0003]原子重力仪是一种绝对重力加速度测量装置，有多种因素可能会影响重力加速度测量的准确性，包括科里奥利力效应、波前畸变效应、光频移效应、倾斜误差、自引力效应等等，其中，科里奥利力效应产生的重力加速度测量偏差的在1E
‑
8g至1E
‑
7g水平，主要来源是原子团在东西方向的水平速度、探测器与原子团中心位置的对准等，是限制原子重力仪实际应用的主要因素之一，与之对比，传统激光干涉重力仪的科里奥利力效应可以忽略不计。
[0004]已有的科里奥利力误差修正方法和问题如下：
[0005]1.旋转测量修正法：基于科里奥利力效应产生的原理，以竖直方向为轴将重力仪旋转180度，旋转前后的重力测量值的平均值即为修正科里奥利力误差后的重力，此方法的缺点是重力仪每次测量均需要重复旋转过程，而旋转可能会导致仪器自身状态发生其他变化(比如光纤耦合效率变化、导致额外的系统误差等)，旋转测量修正法对装置的稳定性要求较高，更不利的是，旋转、调节、测量等每一个测量循环都会花费较长的时间，严重影响了在线测量的效率。
[0006]2.旋转反射镜法：可以逆着地球自转的反向旋转拉曼激光反射镜，达到消除科里奥利力误差的效果，缺点是旋转反射镜的同时会带来反射镜的平动，在消除科里奥利力误差的同时会引入反射镜平动重力测量偏差，国际上最好的旋转反射镜方法的修正效果在1E
‑
8g水平，不满足1E
‑
9g重力仪的要求。
[0007]3.调节激光功率比方法：可以通过调节激光功率比的方法来消除科里奥利力误差，但是一方面是否消除了科里奥利力误差还需要用其他修正方法来判断，另一方面这种方法仅适用于静态测量，一但改动重力仪的位置时就需要重新调节激光功率比。

技术实现思路

[0008]为了解决修正原子干涉重力仪科氏力误差时，需要对原子干涉重力仪科氏力误差重复进行旋转测量修正，比较浪费时间、效率并且会引入额外的系统误差的问题，本专利技术的主要目的是提供一种原子重力仪科里奥利力误差修正方法，采用标定原子重力仪测量所处位置的科里奥利力误差函数的参数值，根据标定得到科氏力正弦函数关系实现原子重力仪
科里奥利力误差修正。本专利技术无需重复进行旋转测量修正，具有修正效率高、精度高、操作方便的优点。
[0009]本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。
[0010]本专利技术公开的一种原子重力仪科里奥利力误差修正方法，采用标定原子重力仪测量所处位置的科里奥利力误差函数的参数值，通过当前位置的纬度和原子重力仪所处的方位角确定科氏力正弦函数关系。在后续原子重力仪的科氏力评估过程中，通过调节原子重力仪俯仰至给定参考角度，记录所处位置的纬度和重力仪的参考角度，并将所处位置的纬度和重力仪的参考角度代入科氏力正弦函数关系，即得到此时重力仪的科氏力误差，实现原子重力仪科里奥利力误差修正。
[0011]本专利技术公开的一种原子重力仪科里奥利力误差修正方法，包括如下步骤：
[0012]步骤一、将原子重力仪在稳定的实验环境下开机，测量所处位置的纬度lat
A
，装置稳定后进行重力测量，读取重力仪俯仰方向上的倾角传感器数值α0并记录，并且读取固定在重力仪上的寻北仪的角度θ，根据重力仪测量的已经修正其他系统误差的绝对重力值g0计算实际重力值g
m
[0013]g
m
＝g
cor
+g0[0014]其中：g
cor
表示科里奥利力重力修正值大小
[0015]g
cor
＝g
A
sin(θ+θ0)
[0016]其中：g
A
表示拟合出的正弦曲线的振幅，θ表示寻北仪的角度，θ0表示寻北仪的倾角补偿。得到科氏力误差函数f(g，θ，lat)的一组点f(g
A
，θ，lat
A
)；
[0017]步骤二、转动原子重力仪预定角度，调整重力仪俯仰方向上的倾角传感器示数保持α0，待装置稳定后，重复步骤一，得到第二组点，并记录新的重力仪测量的已修正其他系统误差的绝对重力值g2，根据g2计算实际重力值，进而得到科氏力误差函数的一组新的点；重复上述步骤直至θ+360
°
角度处；旋转N次得到N+1组数据点；
[0018]步骤三、重力仪的俯仰方向的倾角传感器示数保持α0，并得到此时的已修正其他系统误差绝对重力值，根据N+1组数据点拟合出科里奥利力误差的正弦函数图像曲线，并得到正弦函数的函数关系，即实现科里奥利力误差函数标定，标定后得到θ0，以及正弦曲线的振幅g
A
。
[0019]步骤四、当重力仪的装置环境发生变化后，调整重力仪俯仰至之前的给定的角度α0，装置稳定后测量已修正其他系统误差绝对重力值，无需旋转整个原子干涉重力仪，读取当前位置的纬度lat，寻北仪的示数θ，代入科氏力正弦函数关系式中：
[0020][0021][0022]其中g
A
表示拟合出的科里奥利力误差函数正弦曲线的振幅，θ0表示标定后的寻北仪的倾角补偿，所述两个数值在步骤三中已经得出。
[0023]根据所述科氏力正弦函数关系式得到当前位置的重力仪科氏力误差值g
cor
(θ，lat)以及实际重力值g
m
(θ，lat)，其中g
t
为当前时刻的重力仪实时测量的已修正其他系统误差的绝对重力值，即实现原子重力仪科里奥利力误差修正。
[0024]有益效果：
[0025]1、本专利技术公开的一种原子重力仪科里奥利力误差修正方法，只需进行一次参数标定，之后测量中根据纬度和方位角可以得到重力仪科氏力误差，不需要转180度等复杂操作，大幅度简化操作。使用过程中，无论重力仪装置朝向如何，根据寻北仪示数，带入重力仪科氏力正弦函数关系式都能够快速得到重力仪科氏力误差，即节约时间又使用方便。
[0026]2、本专利技术公开的一种原子重力仪科里奥利力误差修正方法，根据多组方位角/重力测量值对标定参数进行拟合，精度高，相比旋转重力仪装置180
°
的方法测量结果更精确，得到的重力仪科氏力误差更准确。此外，标定重力仪科氏力误差函数工作时数据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原子重力仪科里奥利力误差修正方法，其特征在于：采用标定原子重力仪测量所处位置的科里奥利力误差函数的参数值，通过当前位置的纬度和原子重力仪所处的方位角确定科氏力正弦函数关系；在后续原子重力仪的科氏力评估过程中，通过调节原子重力仪俯仰至给定参考角度，记录所处位置的纬度和重力仪的参考角度，并将所处位置的纬度和重力仪的参考角度代入科氏力正弦函数关系，即得到此时重力仪的科氏力误差，实现原子重力仪科里奥利力误差修正。2.如权利要求1所述的一种原子重力仪科里奥利力误差修正方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一、将原子重力仪在稳定的实验环境下开机，测量所处位置的纬度lat
A
，装置稳定后进行重力测量，读取重力仪俯仰方向上的倾角传感器数值α0并记录，并且读取固定在重力仪上的寻北仪的角度θ，根据重力仪测量的已经修正其他系统误差的绝对重力值g0计算实际重力值g
m
g
m
＝g
cor
+g0其中：g
cor
表示科里奥利力重力修正值大小g
cor
＝g
A
sin(θ+θ0)其中：g
A
表示拟合出的正弦曲线的振幅，θ表示寻北仪的角度，θ0表示寻北仪的倾角补偿；得到科氏力误差函数f(g，θ，lat)的一组点f(g
A
，θ，lat
A
)；步骤二、转动原子重力仪预定角度...

【专利技术属性】
技术研发人员：贡昊，白金海，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所，
类型：发明
国别省市：