7)自由下落到应力传感器（6)上后，重置延时器（12)的延时，CCD(10)重 新接收到从第二分束器（9)反射过来的反射光束，形成第二信号，符合测量逻辑模块（11) 的符合测量逻辑单元记录该第二信号； 调整延时器的延时，再次将新的光场调制矩阵储存至符合测量逻辑模块（11)的符合 测量逻辑单元，符合测量逻辑模块（11)的符合测量逻辑单元将储存的新的光场调制矩阵 信号和记录的第二信号，进行时间符合测量逻辑计算，具体为通过设定一个时间阈值，如果 光场调制矩阵信号和记录的第二信号差大于或等于该阈值，就计数，如果小于该阈值，就舍 弃不计数，得到一个时间关联计数结果，同时将时间关联计数结果发送至计算单元； 多次调整延时器（12)的延时，并且将该多个延时结果发送到计算单元，符合测量逻辑 单元将储存的多个新的光场调制矩阵信号和记录的多个新的第二信号，多次进行时间符合 测量逻辑计算，得到多个新的时间关联计数结果，同时将该多个新的时间关联计数结果发 送至计算单元； 计算单元将接收到的多对延时器（12)延时和对应的时间关联计数结果，绘成第二关 联结果曲线，其中横坐标为记录的多个延时器（12)的延时时间，纵坐标为多个时间关联计 数结果，将每个延时器（12)记录的多个延时所对应的多个时间关联计数结果连接成一条 曲线，寻找第二关联结果峰值所对应的延时器（12)延时τ 2，并记录该延时τ2; 计算单元将记录的^和τ 2做差计算得到延时差A τ = τ 2-T1，原子钟（13)记录 的心和12做差计算得到待下落棱镜（7)下落时间差At = t2_ti，根据该延时差△ τ和待 下落棱镜（7)下落时间差△ t，解算出重力加速度-，式中c为真空中光速。2. 根据权利要求1所述的一种时间关联计算重力仪，其特征在于：所述光场调制矩阵 为Hadamard矩阵，Hadamard矩阵编码原则为Hadamard矩阵行与行、列与列之间满足正交 归一关系H*H T= I，I为对角单位矩阵，其每一行（或列）元素之和相等，将该光场调制矩 阵加载到数字微镜阵列DMD(2)上，使多个微镜阵列发生不同角度的偏转，微镜阵列反射光 源（1)照射的光束形成调制光场，用来模拟热光源。3. 根据权利要求1所述的一种时间关联计算重力仪，其特征在于：所述数字微镜阵列 DMD (2)放置于透镜（3)的焦平面上。4. 根据权利要求1所述的一种时间关联计算重力仪，其特征在于：所述应力传感器（6) 放置于待下落棱镜（7)的下方偏右，一方面用于支撑待下落棱镜（7)，一方面用于应力传 感，当待下落棱镜（7)下落到应力传感器（6)上时，应力传感器（6)将应力信号转化为电信 号，直接控制原子钟（13)计时。5. -种时间关联计算重力仪的测量方法，其特征在于步骤如下： (1)数字微镜阵列DMD (2)包括多个微镜阵列，光源（1)照射在数字微镜阵列DMD (2)的 多个微镜阵列上，控制器（4)产生光场调制矩阵信号，一路输出将光场调制矩阵信号发送 到延时器（12)，调整延时器（12)延时，经延时器（12)延时后将光场调制矩阵信号存至符合 测量逻辑模块（11)的符合测量逻辑单元，另一路输出将该光场调制矩阵信号加载到数字 微镜阵列DMD⑵上，控制多个微镜阵列发生不同角度的偏转，微镜阵列反射光源⑴照射 的光束形成调制光场，将该调制光场入射至透镜（3)，数字微镜阵列DMD (2)放置于透镜（3) 的焦平面上，经透镜（3)的调制光场变成平行光束，照射到第一分束器（5)上； (2) 第一分束器（5)将入射的平行光束分光成两路分别是透射光束和反射光束，将第 一分束器（5)分光得到的透射光束舍弃，将第一分束器（5)分光得到的反射光束沿竖直向 上方向入射至应力传感器（6)，应力传感器（6)上设置有透光通孔，将第一分束器（5)分光 得到的沿竖直向上方向传输的反射光束透过，入射到待下落棱镜（7)上，应力传感器（6)放 置于待下落棱镜（7)的正下方，经过应力传感器（6)竖直向上传播的光束在待下落棱镜（7) 中发生回射，沿竖直向下方向传播，再次入射至应力传感器（6)，应力传感器（6)将在待下 落棱镜（7)中发生回射的光束经过应力传感器（6)入射到参考棱镜（8)上，参考棱镜（8) 放置于第一分束器（5)的下方偏右，参考棱镜（8)和下落棱镜一样用于回射光束，将入射到 参考棱镜（8)上的光束平行回射； (3) 经参考棱镜（8)回射后的回射光束照射到第二分束器（9)上，第二分束器（9)将入 射的回射光束分成两路分别是透射光束和反射光束，将第二分束器（9)分光得到的透射光 束舍弃，将第二分束器（9)分光得到的反射光束反射到CCD (10)上，形成第一信号送至符合 测量逻辑模块（11)的符合测量逻辑单元，符合测量逻辑模块（11)的符合测量逻辑单元记 录该第一信号； (4) 符合测量逻辑模块（11)的符合测量逻辑单元将储存的光场调制矩阵信号和记录 的第一信号，进行时间符合测量逻辑计算，具体为通过设定一个时间阈值，如果光场调制矩 阵信号和记录的第一信号差大于或等于该阈值，就计数，如果小于该阈值，就舍弃不计数， 得到一个时间关联计数结果； (5) 调整延时器（12)的延时，并且将该延时结果发送到计算单元，返回步骤（1)、（2)和 (3)，符合测量逻辑单元将储存的新的光场调制矩阵信号和记录的新的第一信号，再次进行 时间符合测量逻辑计算，得到一个新的时间关联计数结果，同时将该新的时间关联计数结 果发送至计算单元； (6) 重复步骤（5)N次，计算单元将接收到的N对延时和对应的时间关联计数结果描绘 成第一关联结果曲线，其中横坐标为记录的N个延时器（12)的延时时间，纵坐标为N个时 间关联计数结果，将每个延时器（12)记录的N个延时所对应的N个时间关联计数结果连接 成一条曲线，寻找第一关联结果峰值所对应的延时器（12)延时T 1，并记录该延时τ1; (7) 控制待下落棱镜（7)开始做自由落体运动，同时原子钟（13)记录控制待下落棱镜 (7)下落的初位置时刻h，待下落棱镜（7)沿竖直向下下落到应力传感器（6)，应力传感器 (6)将信号传递到原子钟（13)，同时原子钟（13)记录下末位置时刻t 2; (8) 待下落棱镜（7)自由下落到应力传感器（6)上后，重新开始步骤（1)和（2)，经参 考棱镜（8)回射后的回射光束照射到第二分束器（9)上，第二分束器（9)将入射的回射光 束分光成两路分别是透射光束和反射光束，将分束器（9)分光后的透射光束舍弃，将分束 器（9)分光后的反射光束反射到CCD(IO)上，形成第二信号，符合测量逻辑模块（11)的符 合测量逻辑单元记录该第二信号； (9) 符合测量逻辑模块（11)的符合测量逻辑单元将储存的光场调制矩阵信号和记录 的第二信号，进行时间符合测量逻辑计算，得到一个时间关联计数结果，同时将延时器（12) 延时和对应的时间关联计数结果发送至计算单元； (10) 调整延时器（12)的延时，返回步骤（8)，符合测量逻辑单元将储存的新的光场调 制矩阵信号和记录的新的第二信号，再次进行时间符合测量逻辑计算，得到一个新的时间 关联计数结果，同时将延时器（12)延时和对应的新的时间关联计数结果发送至计算单元； (11) 多次调整延时器（12)的延时，并且将该N个延时结果发送到计算单元，重复步骤 (IO)N次，符合测量逻辑单元将储存的N个新的光场调制矩阵信号和记录的N个新的第二信 号，多次进行时间符合测量逻辑计算，得到N个新的时间关联计数结果，同时将该N个新的 时间关联计数结果发送至计算单元；计算单元将接收到的N对延时和对应的时间关联计数 结果绘成第二关联结果曲线，寻找第二关联结果峰值所对应的延时τ 2，并记录该延时τ2; (12) 计算单元将步骤（6)和步骤（11)记录的τ JP τ 2做差计算得到延时差△ τ = τ 2_ τ i，步骤（7)记录的心和12做差计算得到待下落棱镜（7)下落时间差Δ t = t根 据该延时差△ τ和待下落棱镜（7)下落时间差At，解算出重力加速度式中c 为真空中光速。
【专利摘要】一种时间关联计算重力仪及测量方法，包括：光源、数字微镜阵列DMD、透镜、控制器、第一分束器、应力传感器、待下落棱镜、参考棱镜、第二分束器、CCD(或点探测器)、符合测量逻辑模块、延时器和原子钟，符合测量逻辑模块包括符合测量逻辑单元和计算单元。通过调整延时器延时，符合测量逻辑单元对两路信号做时间符合测量逻辑计算，得到延时差值，结合原子钟记录的初末位置处时刻，计算得到重力加速度g。本发明重力仪能有效减小空气扰动因素引起的测量误差，具有结构设计简单，可实现性较强等优点。
【IPC分类】G01V7/14, G01V7/04
【公开号】CN105182433
【申请号】CN201510293261
【发明人】赵连洁, 李明飞, 霍娟, 杨然, 张安宁, 刘院省, 莫小范
【申请人】北京航天控制仪器研究所
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年6月1日