[发明专利]一种原子干涉重力仪动态误差监测补偿系统及方法

权利要求书

1.一种原子干涉重力仪动态误差监测补偿系统，其特征在于，包括原子干涉重力仪和非破坏性成像单元；其中：

所述非破坏性成像单元设置于原子干涉重力仪的磁光阱单元下方，用于对经过原子干涉重力仪干涉腔的冷原子团进行非破坏性成像，从而获取衍射图像；

所述原子干涉重力仪的计算机处理单元用于根据所述衍射图像得到冷原子团分布参数，根据所述冷原子团分布参数进行各周期重力加速度测量值的动态误差补偿和修正，同时对系统控制参数进行反馈，调整所述原子干涉重力仪的工作状态；

所述非破坏性成像单元的成像光的频率和冷原子团跃迁频率的频率差值大于预设第一阈值，所述成像光的光强小于预设第二阈值，从而避免所述成像光对冷原子团的加热效应，所述成像光的色散效应仍然存在，从而在不破坏冷原子团的情况下，利用色散信号完成冷原子团成像测量。

2.根据权利要求1所述的原子干涉重力仪动态误差监测补偿系统，其特征在于，所述非破坏性成像单元包括光路上依次布置的光纤耦合头、准直透镜、成像透镜和CMOS探测器；其中，所述光纤耦合头和所述准直透镜设置于所述原子干涉重力仪的干涉腔的一侧，所述成像透镜和所述CMOS探测器设置于所述干涉腔的相对另一侧；所述光纤耦合头用于输出成像光，所述准直透镜用于将所述成像光准直成平行光，所述平行光经过所述干涉腔的一个端面照在经过的冷原子团上，再从所述干涉腔的另一个端面射出，经过所述成像透镜后照射到所述CMOS探测器的靶面上，完成所述衍射图像的采集。

3.根据权利要求2所述的原子干涉重力仪动态误差监测补偿系统，其特征在于，所述非破坏性成像单元在不同高度重复布置，构成非破坏性成像单元阵列，实现不同位置冷原子团的分时成像；

和/或，通过所述成像透镜的放大倍数和所述CMOS探测器的靶面的选择，利用同一成像光路实现不同位置冷原子团的分时成像。

4.根据权利要求2所述的原子干涉重力仪动态误差监测补偿系统，其特征在于，所述非破坏性成像单元还包括分束模块，所述分束模块在光路上设置于所述准直透镜后方，经所述准直透镜准直后的平行光经过所述分束模块分束后分为N束，然后射向所述干涉腔；相应地，所述成像透镜和CMOS探测器也对应设置为N个；其中，所述分束模块包括顺次平行设置的N-1个分束器和1个反射镜。

5.根据权利要求2所述的原子干涉重力仪动态误差监测补偿系统，其特征在于，所述成像透镜采用单成像透镜结构或多透镜组合结构。

6.根据权利要求1所述的原子干涉重力仪动态误差监测补偿系统，其特征在于，以冷原子团竖直下落方向为z轴，所述非破坏性成像单元设置于xOz平面和/或yOz平面。

7.根据权利要求1所述的原子干涉重力仪动态误差监测补偿系统，其特征在于，所述非破坏性成像单元采用暗场成像系统、相衬法成像系统、法拉第旋转成像系统、离焦成像系统、空间外差干涉法成像系统中的任意一种。

8.一种基于权利要求1至7任一所述系统的原子干涉重力仪动态误差监测补偿方法，其特征在于，包括：

在每个测量周期，进行冷原子团制备与速度选择后释放冷原子团；

释放后的冷原子团经过所述非破坏性成像单元得到所述衍射图像；通过拟合冷原子团在不同高度得到的所述衍射图像得到所述冷原子团分布参数，根据所述冷原子团分布参数进行动态误差的分项评估，得到动态误差分项评估结果；

冷原子团经过与拉曼光作用形成干涉序列，并通过冷原子团末态探测，计算得到重力加速度测量值；

利用所述动态误差分项评估结果，对所述重力加速度测量值进行动态误差补偿和修正，同时对系统控制参数进行反馈，调整所述原子干涉重力仪的工作状态，然后开始下一测量周期。

9.根据权利要求8所述的原子干涉重力仪动态误差监测补偿方法，其特征在于，所述冷原子团分布参数包括初始尺寸、横向温度和横向速度；所述动态误差包括交流斯塔克相移误差、科里奥利力相移误差及拉曼光波前相移误差中的至少一种。