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1、原子干涉测量技术在大地测量领域中的应用分析第26卷第4期2006年12月测绘科学与工程Vo1.26,No.4GeomaticScienceandEngineeringDec.2006原子干涉测量技术在大地测量领域中的应用分析翟振和①卜毅博吴娟【摘要】随着冷原子光学的发展尤其是原子干涉技术的发展,在测量重力场和定位定向等方面产生了新的方法手段,这将对大地测量领域产生很大的影响.本文首先论述了原子干涉技术的基本原理,进而阐述了原子重力梯度仪和原子干涉陀螺仪的设计结构,在此基础上分析了它在卫星重力梯度测量和惯性导航中的
2、应用,指出利用原子干涉技术可以大大提高在上述方面的精度和可靠性.最后论述了现有原子干涉测量技术的不足和未来发展方向.【关键词】原子干涉测最;原子重力梯度仪;卫星重力梯度测量;原子干涉陀螺仪;惯性导航【分类号】P22ZhaiZhenheBuYiboWuJuanAbstractWiththedevelopmentofcoldatomoptics,especiallytheatominterferometry(AI),anewmethodfordeterminingthegravityfieldandpositionh
3、asbeenformed,whichmayhaveabigimpactongeodesy.ThispaperfirstlydescribesthebasicprincipleofatominterferometryanddepictsthestructureofAIgradiometerandAIgyroscope,andthenanalysestheapplicationsoftheseinstrumentsininertialnavigationandsatellitegravitygradiometry.B
4、asedthea_nalysis,atconclusionisputforwardthattheaccuracyandreliabilityCanbeimpwv~greatlybyusingtheabovetech-niques.Finally.thedisadvantagesandthefuturedevelopmentofAIaredisscussed.Keywordsatominterferometry(AI);AIgravitygradiometer;satellitegravitygradiometry
5、;AIgyroscope;iner-tialnavigation1引言大地测量领域技术和方法的更新在一定程度上取决于其它科学技术的发展,高性能原子钟和伪随机码测距技术的出现使全球卫星导航定位成为可能;精密测量仪器和卫星技术的发展使得卫星测高,卫星重力测量逐步发展起来.伴随着这些新技术,相应的理论和应用研究也随之发展起来,我们对地理空间信息(包括地理位置和重力场)的获取和应用达到了新的层次,使大地测量的研究深度和广度达到了新的水平.然而现有的导航定位与重力场测量技术并非十分完善,在精度,可靠性,安全性,适用范围等方
6、面仍然存在不①西安测绘研究所助理工程师足,如卫星导航,由于各种因素的影响,其信号和卫星本身易受到干扰或损坏(在未来战争中危险更大);在使用范围方面,卫星导航在地下或水下无法发挥其优势.这些限制将不能满足未来的发展需要,必须利用新的理论和技术来解决.近二十多年发展起来的冷原子光学技术,特别是原子干涉技术给我们带来了新的启示,这种量子物理技术的发展将在时间频率,重力场,定位定向等方面产生一些高精度的测量手段和方法,对大地测量产生重大的影响.本文主要以导航定位和重力场测量为例分析了原子干涉技术在大地测量中的应用,以期作
7、为未来深入研究的铺垫.第4期翟振和,卜毅博,吴娟:原子干涉测量技术在大地测量领域中的应用分析552原子干涉技术的基本原理和发展现状原子干涉技术是伴随着冷原子光学发展起来的,早在1924年,LouisdeBroglie就预言物质粒子具有波粒二重性,而且这一特性也被后来的实验得到证实.1991年第一次实现了氦原子的德布罗意波干涉,但是原子在常温下运动速度超过声速,其波动性不明显,因此很难操控,只有在极低温度下,原子的运动速度变得只有几厘米/秒,这样我们就可能对原子的光学现象进行描述,1997年朱棣文等三位科学家第一次
8、实现了激光冷却原子技术,冷却温度达到10绝对零度,三位科学家也因此获得当年的诺贝尔物理学奖.随着激光冷却技术的成熟,冷原子光学逐渐从理论走向实验室研究,原子干涉技术应运而生,原子干涉技术主要是在超低温下对原子的光学干涉现象进行的相关研究,原子在超低温下表现出一定的物理特性即原子的波粒二重性以及原子与其它场(空间物质结构,静电场,光场)相互作用产生的有规律的运动…,在这种状
