冷原子重力仪研究进展综述

白金海马慧娟胡 栋王 宇

（航空工业北京长城计量测试技术研究所，北京 100095）

1 引言

重力加速度是描述地球重力场的关键参数，对其进行实时实地的高精度测量具有重要意义和应用［1-3］。在计量和基础科学领域，可用于建立质量基准、检验后牛顿引力理论等；在地球物理领域，可用于地球动力学和地震等；在地质测绘领域，对重力异常数据进行反演归算，可以得到地下质量体的密度和分布信息；在军事国防领域，可以用于导弹制导重力修正、无源惯性导航等。

重力仪可分为相对重力仪和绝对重力仪两类。相对重力仪用于重力随时间和空间变化的测量，主要有弹簧重力仪和超导重力仪两种。弹簧重力仪的测量精度可达1 μGal，但存在因弹性疲劳引起的零点漂移问题［4］，CG5 型重力仪漂移在20 μGal／天，GT-2海空重力仪漂移在1 mGal／月；超导重力仪的精度高达0.001 μGal［5］，漂移在0.5 μGal／月，因振动会造成超导磁通跳跃，使其无法用于动平台环境。

绝对重力仪可以为相对重力仪提供绝对重力参考标准，是保证所有重力测量结果准确可靠的前提。目前，激光干涉绝对重力仪和冷原子干涉绝对重力仪是主要的两种绝对重力测量仪器。其中美国Microg-Lacoste 公司生产的激光干涉绝对重力仪FG5-X［6］，在绝对重力测量及其相关行业占据垄断地位，在历次绝对重力国际比对中也占据主导地位。FG5-X 通过迈克尔逊干涉实时测量落体角锥自由下落时刻和位置并解算重力，在实验室环境下，重力测量灵敏度为15 μGal／Hz1／2，不确定度为1.8 μGal（k＝1）。

与之对比，自上世纪90 年代发展起来的冷原子干涉绝对重力仪［7］，其不确定度与FG5-X 相当，测量灵敏度更高［8］，具有测量速度快、可实现长期连续测量等优点。经过发展，其在小型化、工程化、环境适应性等方面得到改善；通过参加重力比对，其测量性能得到验证；通过野外环境试验，其长期稳定性和可靠性性得以证实；通过船载、机载等动平台环境试验，其动态测量能力得到证实。越来越多证据表明，冷原子重力仪有望成为下一代高精度绝对重力仪，在重力基准维护、地球物理、无源惯性导航等领域得到广泛应用。

对冷原子重力仪的原理和技术优势进行了分析，介绍了冷原子重力仪的系统组成和关键技术，简述了冷原子重力仪的研究进展和发展趋势。最后对冷原子重力仪的研究方向，特别是在动态应用场景下的要点进行了分析和梳理。

2 冷原子重力仪的原理和优势

Steven Chu 小组发明的拉曼脉冲干涉原理冷原子重力仪［7］，是目前为止测量精度最高、技术最成熟的量子干涉重力测量方案。冷原子重力仪可以细分为喷泉上抛式和自由下落式两种具体实施路径，喷泉方案可以提升自由演化时间，同时原子运动路径基本对称，有利于抑制各项系统误差，但配套激光系统、真空系统的复杂性更高，一般应用于原理探索和基础科学研究；自由下落方案使原子在重力作用下释放并进行干涉操控，装置的复杂性显著降低，原子干涉尺度为20 cm 左右，可以实现1 μGal量级的重力测量精度，是目前应用最为广泛的测量方法。

测量装置示意图如图1 所示［9］：使用二维磁光阱技术提供冷原子源，并输送到三维磁光阱中，进一步使原子冷却，原子数在108量级，温度在2 μK左右；之后关闭磁光阱使原子自由释放，在原子下落过程中，经过原子的选态、干涉和探测后，原子布居数分布信息用条纹表征，从中可以推算出重力值。

图1 冷原子重力仪示意图Fig.1 Schematic diagram of cold atomic gravimeter

原子干涉操控过程构成了马赫-曾德尔干涉仪，干涉序列由π／2 -π -π／2 三个拉曼子脉冲组成，使波函数发生分束、反射和合束，实现原子的物质波干涉。原子末态布居数比例P为：

式中：C——干涉条纹对比度；ΔΦ——干涉仪相移。

如果不考虑重力梯度的影响，相移ΔΦ 的表达式为：

具体实验上，可以通过改变α调制干涉仪相位，扫描出整个干涉条纹，对条纹拟合就可以得到重力值。利用原子的量子干涉实现重力测量，相比于使用宏观质量体作为敏感单元的方法，具有如下优点：

1）溯源性好。利用原子能级跃迁频率与被测物理量对应关系进行重力测量，具有自校准、易复现等特性。操控激光始终与原子谱线锁定，不会随设备的工作而漂移；

2）分辨力高。由于冷原子物质波波长短，可以达到极高干涉测量精度，目前冷原子重力测量技术在实验室实现的分辨力最高可达10-12量级，远超现有重力最高计量标准；

3）小型化潜力大。原子尺度微小，可实现高度集成化。原子芯片、新型磁光阱真空等技术的发展使背包级原子干涉系统的实现成为可能；

4）具备动态测量能力。近几年来，冷原子绝对重力仪的动平台测量可行性得到验证，其在测量精度、准确度以及动态测量方面推进重力测量技术的提升，将对传统海空重力测量技术体系产生颠覆性变革，具有广泛应用。

3 冷原子重力仪的系统组成和发展趋势

冷原子重力仪是量子精密测量技术领域的代表，涉及诸多关键技术，包含激光产生和控制、超高真空制备与维护、磁场精密控制、精密电子电路等。冷原子重力测量系统的框架和组成如图2 所示［10，11］：冷原子的产生、操控和探测均需在超高真空环境中进行，对真空度和剩磁提出要求；原子制备操控均需要用激光实现，对激光的波长、功率、偏振、光斑以及开关速度和关断比等提出要求［12］；控制系统用于提供各个子系统、仪器、外设的运转和通信，以期实现无人值守测量；振动抑制系统是核心部分，用来抑制外界环境振动噪音对高精度重力测量的影响，是决定重力测量性能的关键；最后，为了修正系统误差，保证测量准确性，并监测系统运转状态，还需要用到气压计、倾斜仪等多种辅助设备。

3.1 真空系统

冷原子重力仪的测量在真空系统中实现，真空系统由主真空腔、磁屏蔽、线圈等组成。真空度要达到10-7Pa 甚至10-9Pa 的超高真空，以减小对原子寿命和拉曼光波前的影响。实验室冷原子重力仪的代表是斯坦福大学［13］和中科院数物所［14］的10 m喷泉冷原子测量装置，斯坦福大学研制的装置如图3 所示，最大自由演化时间达秒量级，惯性物理量测量精度得到数量级的提升。

图3 斯坦福大学10 m 喷泉原子干涉测量装置图Fig.3 Stanford University's 10 m fountain atomic interference measuring device

之后，为满足可搬运测量需求，各个研究小组开展集成化真空系统研究，里程碑工作有两个：第一个工作是从喷泉式冷原子重力仪发展到自由下落式［15］，真空腔体积得以缩小，重力敏感探头尺寸降低，仪器可靠性和稳定性得以提升。同时激光功率要求最高的冷却激光可以由同一个声光调制器产生，相应激光光路系统和配套电控系统得以简化。

第二个工作是使用新型磁光阱技术研制小型真空腔。为替代传统结构磁光阱，发明了金字塔磁光阱技术［16］和光栅磁光阱技术［17］。金字塔磁光阱仅使用一束冷却光就可以构成三维冷却激光束缚配置，且通过巧妙设计使激光偏振自动满足要求，使真空腔结构复杂性显著降低。另外，由于提升了激光利用率，激光功率需求降低，Berkely 使用一台240 mW 的DBR 激光器提供了全部激光，对工程应用极为有利。金字塔重力仪如图4 所示，冷却光、回泵光和拉曼光用同一根光纤传输进真空腔中，构成“单激光束”冷原子重力仪［18］，Landragin 小组实现了6 μGal 的重力测量分辨率，受限于环境振动。

图4 金字塔重力仪示意图Fig.4 Schemetic diagram of pyramid structure atomic gravimeter

真空系统工程应用的最大障碍是加工周期长。针对此，美国斯坦福大学开展了微晶玻璃真空系统制备技术研究［19］，使用可大规模加工、成熟可靠的微晶玻璃材料替代传统金属材料，用胶黏方法替代传统机加工，使周期显著缩短，具有重要实用价值。斯坦福大学研发的多轴冷原子干涉仪就是用微晶玻璃结合特别的胶黏工艺实现的，真空度达到10-7Pa，加工周期短至1 个月，相比于传统真空腔技术，还具有无涡流、光学通道丰富、低成本等优点。

3.2 激光系统

利用冷原子的量子干涉实现重力测量，对激光性能要求极高，比如激光功率波动小于0.5%，频率稳定性好于10-9、具备频率功率快速调谐能力，超低激光相噪以及同步控制等，这需要巧妙设计和高超手段配合实现。

受大功率激光技术和光电器件发展水平限制，在早期研究阶段，激光系统一般使用多台激光器和放大器实现，利用空间光分束合束、平台耦合等方式完成功率分配、开关控制和频率调谐，整个系统平铺在10 m2大小、一两吨重的光学平台上，基本上没有现场测量的能力。

激光系统的第一个突破是从平台光路升级到小型化“平板式”光路，整个光路被集成在一个可搬运光学平板上。综合考虑激光移频、锁频及激光传输分配方案，并利用激光分时复用技术，使激光器和光纤数量减少；研发小型器件替代传统光学器件；光路结构紧凑以减小系统尺寸。中科院数物所冷原子干涉测量装置的平板式激光系统如图5 所示［20，21］，整个激光光路安装在0.4 m2的光学平板上，光电控制机柜总重100 kg。这种小型化平板光路使冷原子重力仪的体积、重量等指标得以有效提升，但是没有脱离传统光路的范畴，仍存在易受外界振动和温漂等因素影响导致无法长期测量问题，需要定期维护，不利于冷原子重力仪的实际应用。

图5 小型化激光系统实物图Fig.5 Physical picture of miniaturized laser system

第二个突破是光纤激光技术的使用。得益于光纤激光器和光纤器件的发展，目前利用光纤激光器倍频产生大功率780 nm 激光输出的技术趋于成熟，并在冷原子重力仪中得到应用［22］。具体方案如下：使用光纤激光器输出种子光，具有调谐范围大、抗干扰能力强等优点，且其波长反馈模型单一，利于自动化锁频技术的应用，有助于无人值守重力测量的实现；种子光经过多级光纤放大后，用倍频晶体倍频，效率在30%左右，激光输出功率在2 W 以上，单台激光器即可满足整个重力仪使用。配合成熟的光纤器件，包括光纤调制器、光纤开关、光纤耦合器等，有望实现基于全光纤器件的激光系统，这将大幅度提升系统的环境适应性和可靠性，加速冷原子重力仪的实际应用进程。

4 冷原子重力仪的研究现状

4.1 国内外现状

1991 年，美国斯坦福大学Steven Chu 团队利用钠原子作为测量介质进行绝对重力测量，实现了第一台冷原子重力仪。1999 年，Peters 等人使重力测量精度大幅提升［28］，并与FG5 进行比对，表明原子系统的测量不确定度可达到7 μGal。冷原子干涉技术也拓展到重力梯度测量领域，于2008 年实现了测量样机，重力梯度测量灵敏度达到30 E／Hz1／2，是目前冷原子重力梯度仪的最高水平。

国际上众多研究机构也积极开展冷原子重力测量技术研究，包括德国洪堡大学、法国LNESYRTE、法国宇航局、美国Berkeley 等。

作为BNM 瓦特天平计划的一部分，LNESYRTE 小组基于其已有的原子钟技术，利用自由下落Rb 原子进行绝对重力测量［29］。2009 年，第八届国际绝对重力关键比对中，LNE-SYRTE 的CAG-1是第一个参加重力国际对比的冷原子重力仪，开启了冷原子重力计量领域的先河。德国洪堡大学研制的GAIN，控制系统集成在19 英寸机柜中［30］，可以装载在小型卡车上，运输到不同的测量位，实现可搬运测量。美国Berkely 的Müller 小组研制的冷原子重力仪采用了新型单激光金字塔结构［18，31］，同时研制了小型化光路，仅使用一台激光器就提供全部激光。

2004 年，美国斯坦福大学成立了AOSense 公司，研发并销售冷原子重力仪及相关器件，其在2010 年交付国际上第一台商业冷原子重力仪，因AOSense 主要服务于美国军方，其仪器指标不公开。法国Muquans 公司于2011 年成立，并在2018 年交付重力仪产品，采用金字塔真空腔以及光纤光路设计，并使用补偿隔振技术抑制环境振动，在实验室环境实现了50 μGal／Hz1／2的重力测量灵敏度，测量稳定性达到微伽量级，装置总体积约为0.5 m3，总重量120 kg，是目前成熟度最高的冷原子重力仪，仪器由光电控制系统和重力测量探头组成，如图7 所示。最近，Muquans 公司利用最新产品展示了量子重力仪在世界上第一个用于监测和研究火山的应用，进行了为期四个月的连续测量。

图7 Muquans 公司重力仪装置图Fig.7 Atomic gravimeter device diagram developed by Muquans

国内冷原子重力仪主要研究机构有华中科技大学、中国计量院、浙江工业大学、中科院武汉数物所、国防科技大学、船舶集团717 所、北京长城计量测试技术研究所等。其中，华科采用原子上抛方案［8］，使用性能优异的隔振系统，重力测量灵敏度达到4.2 μGal／Hz1／2，测量不确定度达到3 μGal。计量院重力基准实验室的NIM-AGRb-1［9，32］，采用原子下落方案，测量灵敏度达到44 μGal／Hz1／2，测量不确定度达到5.2 μGal。浙工大更注重工程化应用和动态测量领域［33］，是国内首次开展船载动态重力仪验证试验的单位，该小组的原子重力仪先后多次进行搬运实验，系统稳定性较好，测量不确定度达到19 μGal。数物所比较注重系统的小型化和集成化［34］，其抽屉式光学系统集成度较高，重力测量不确定度达到7.6 μGal。国防科大采用原子喷泉方案搭建样机［35］，测量灵敏度达到51 μGal／Hz1／2，其在自动锁频和拉曼光强比控制等方面开展了实验研究。船舶集团717 所采用自由下落方案，使用补偿隔振技术抑制振动噪音的影响，其在工程化、环境适应性等方面具有优势。航空工业计量所研制了CIMM-G1 喷泉式冷原子重力仪样机，长期稳定性测量结果如图8 所示，黑色曲线为潮汐引起的重力变化，红色曲线为修正重力值，同时注重小型化和工程化技术积累，研制了可搬运重力仪样机，并已经服务于重力计量。

图8 长期稳定性测量数据图Fig.8 Long term stability measurement data graph

国内外主要研究机构冷原子重力仪技术指标进行了对比，如表1 所示。与国际最高水平相比，国内存在的问题和差距如下：

表1 国内外主要研究机构的冷原子重力仪指标对比Tab.1 Comparison of indicators of cold atomic gravimeters from major research institutions

1）重要设备依赖进口，制约了基础学科发展，还有受制于人的可能；

2）关键技术诸如基于单光源的重力探头设计制作、全光纤器件光路集成技术等掌握不足，目前已有的小型化样机与国外先进技术差距较大；

3）技术创新能力不足，虽然在具体技术应用和重力测量精度上取得了较大进展，但在测量技术路线和测量方案上，相比国外缺乏大的创新。

国内的冷原子重力测量技术研究相比于欧美主流发达国家起步较晚，面向实际应用研究的发展也较为落后，目前工程化样机离国际最高水平尚有较大差距，但是冷原子重力仪整体水平和技术指标已经处于世界第一梯队，需要在加强国产化设备应用、加快关键技术突破、加速工程技术积累、加强方案创新等多方面发展，为实现国际最高水平的冷原子重力仪奠定基础。

4.2 动态绝对重力仪现状

4.2.1 车载绝对重力仪

Müller 小组［31］和林强小组［36］开展了车载冷原子重力测量试验。Müller 小组的冷原子重力仪的静态稳定性为2 μGal 左右，车载实验测量路线全长约7.6 km、高度变化约400 m。林强小组的车载平坦测量路线如图9（a）所示，单次测线约2 km，内符合精度约30 μGal，重力测量现场如图9（b）所示。遗憾的是，Berkeley 和浙工大的车载重力测量实验均采用间断测量方式，并未给出移动测量时的性能指标。2021 年，林强小组将重力仪安装在稳定平台上，模拟车载动态环境，实现了动态重力测量［37］，分析了垂向振动对条纹对比度的影响，在最大牵引速度5.5 cm／s、最大振动幅度0.1 m／s2情况下，仍能恢复原子干涉条纹。

图9 林强小组车载重力测量试验图Fig.9 Lin Qiang group's in vehicle gravity measurement experiment

4.2.2 船载绝对重力仪

2015 年，法国Bidel 小组率先使用六维位移台模拟了海况，随后在真实海上航行环境开展了绝对重力测量试验，这是冷原子重力仪迈向实际工程应用的里程碑突破［38］。其在实验室条件的测量灵敏度为0.8 mGal／Hz1／2，主要受振动补偿石英加速度计性能限制，测量分辨率可以达到60 μGal，利用玻璃真空腔丰富的光学通道、快速装载技术等，使单次测量时间缩短到0.1 s。测绘船航速为8～11 海里／h，将冷原子重力仪与航海重力仪KSS-32M 进行对比，发现即使在恶劣的6 级海况条件下，二者的差异也小于1 mGal，试验装置如图10 所示。2020 年，浙工大林强小组开展了船载系泊条件下的动态重力测量试验［39］，整个系统安装在集装箱内部，方便运输、并提供适宜环境。将集装箱吊装到轮船上，船只处于系泊状态，重力测量灵敏度为16.6 mGal／Hz1／2，2 周连续测量的重力值变化在0.5 mGal。2022 年，林强小组开展了海上航行条件下的动态绝对重力测量试验［40］，最大航速为22.6 km／h，瞬时最大振动噪音接近0.2 m／s2，为了抑制恶劣环境对测量的影响，引入扩展卡尔曼滤波算法，使测量灵敏度相比于传统方法获得成倍提高。

图10 法国的船载原子重力测量试验图Fig.10 Shipborne atomic gravity measurement experiment in France

4.2.3 机载绝对重力仪

2011 年，法国将冷原子加速度计装载到Airbus飞机上，如图11 所示，在标准重力和微重力两种状态进行了原子加速度测量试验，是冷原子干涉仪首次在机载动态条件下开展研究的工作［26］，受限于机载强振动条件，原子加速度测量灵敏度为20 mGal／Hz1／2。2020 年，Bidel 小组在北大西洋冰岛使用双水獭飞机完成了国际上首次机载冷原子绝对重力测量试验［41］，重力探头高约半米，安装在惯性稳定平台上，并安装减震器以降低高频振动、转动。飞行速度为76 m／s 以减小振动和Eötvös 误差，通过多次重复测绘飞行，并与地面重力数据对比，内符合精度为3.9 mGal，外符合精度为6.2 mGal。法国的机载动态测量试验表明了其替代航空相对重力仪的潜力。机载绝对重力仪的实现难度很高，到目前，法国仍然是唯一掌握机载冷原子绝对重力测量技术的国家。

图11 法国机载冷原子绝对重力测量试验现场图Fig.11 Airborne atomic interference measurement experiment in France

4.2.4 星载绝对重力仪的可能性

目前，常用的重力测量方法有地面固定基站、船载、机载以及星载等。其中卫星重力探测是近年来发展起来的新型重力探测技术，其发展和应用是大地测量领域继全球定位系统发明后的巨大成功。NASA 和DLR 联合研制的GRACE 地球重力卫星的主要研究课题之一是检测出全球海洋及其环流等伴随质量随时间变化对重力场的影响，基于这种思想，地球上发生的任何质量迁移所产生的各种物理现象，原则上都可以通过重力变化检测出来，这对地球科学将带来革命性影响［42］。

从技术发展趋势上看，卫星跟踪卫星（SST）星间测距系统是卫星重力探测的主要方向。SST 根据卫星的星间距离、距离变化速度和加速度，并使用高精度静电加速度计排除非重力加速度，就可以解算出两个卫星所处位置重力势的差而获得重力图。当前限制SST 重力卫星的最重要因素是加速度计载荷的性能，静电加速度计虽然有较高的短程灵敏度，并能适应发射和太空环境，但它是一种相对测量方式，存在不可控的热漂移和标度因子变化，限制了重力信号探测精度［43］。

冷原子重力仪已经实现了地表和机载条件下的高精度重力测量，地面测量灵敏度已达到0.1 μGal／Hz1／2。当应用于空间微重力环境，对应测量灵敏度可提升100 倍以上。冷原子干涉仪是一种绝对测量方式，可以避免传统加速度计的热漂移和标度因子变化问题，是未来重力卫星发展的重要方向。2019 年，德国Petro 小组探讨了冷原子传感器在GRACE 式重力卫星上的应用方案并对其性能进行仿真评估［44］，采用冷原子加速度计对静电加速度计进行校准，具有不随时间漂移的观测稳定性，对GRACE 和Bender 卫星重力平台情形进行了噪声分析评估，结果表明，使用混合加速度计，可以大幅度降低重力的解算误差。

4.2.5 发展分析

实时实地的进行动态重力测量对地球物理和惯性导航都有着重要意义，目前占主导地位的动态重力仪是相对重力仪，存在长期漂移，需要定期在静态条件下使用绝对重力仪校准维护，并规划复杂的交叠航路归算系统漂移，以确保测量信号可信，这对测量效率和测量准确性造成严重限制。为解决上述问题，基于冷原子干涉原理的动态绝对重力测量技术逐渐发展起来。

冷原子动态重力测量的早期工作主要是可搬运静态测量或者准动态测量，比如最早的车载试验采用‘stop go’测量方式，即运输时不测量，停车静止后测量，或者使用极低的车速进行准动态测量［45］。对于航空或者海洋应用［46］，机舱或船舱内的振动噪声可到（1～5）m／s2，其中机载环境下的位移和角度变化如图12 所示，气流、海浪等环境因素导致载体姿态变化高达5（°）／s，在恶劣海况下，海浪高度高达几米，而载体的高度、姿态和运动状态会造成显著的Eötvös 效应，导致高达100 mGal 量级的重力测量偏差，此外，载体环境对电磁兼容性的要求更高，且温湿度条件一般不能保证，比如冬季机载环境温度可低至-20 ℃，海洋高湿度环境可能会对仪器造成腐蚀等，这些因素均对冷原子重力仪由实验室环境迈向动态应用造成极大障碍。

图12 机载环境下位移和角度变化曲线图Fig.12 Translations and rotations magnitude under airborne conditions

对载体动态环境下的振动噪声处理是动态重力测量的难点和重点。在实验室静态条件，可采用主被动隔振技术抑制地面振动影响，但是都难以推广到动态测量。对此，法国巴黎天文台研究组提出了一种振动噪音修正技术，可以满足动态环境使用需求，机载冷原子重力测量使用了此技术：首先对原子干涉信号测量结果进行分析，解算出条纹的偏振和幅度信息，后根据传统加速度计粗测拉曼反射镜的加速度，得到原子中心相位大小；最后根据加速度计测量结果的积分和传函变换，对外界振动干扰相位进行修正，形成传统加速度计和原子加速度相结合的“混合”测量，此时载体的运动加速度从复合测量结果中可以直接导出。

提升仪器的测量频率也是实现动态绝对重力测量难点和重点，可以用冷原子重力仪与传统加计结合的方式减少测量死区；通过优化磁光阱参数等降低原子俘获时间；设计合理的真空腔和线圈结构，降低磁场关断延迟的影响；使用竖直探测替代水平探测，降低探测时间等。此外，测量单次循环极限时间为2 倍自由演化时间，为了应对载体振动和转动对干涉条纹的影响，还需要在测量精度和单次测量时间两个方面进行取舍。

目前已经实现了亚毫伽精度的船载、机载冷原子绝对重力测量，已经优于常用的相对重力仪，但还未实现真正的车载冷原子绝对重力测量，这与人们认为车载环境更好、动态试验验证更容易的直觉相违背。已有的车载动态试验仅在1 cm／s 的极低速度下取得了可用测量数据，根据相关文献，车载、船载、机载条件下的振动大小分别在0.01 m／s2，0.1 m／s2，1 m／s2量级，机载振动环境最为恶劣，船载次之，所以振动噪音不是导致车载动态试验难以实现的主因。航空工业计量所使用组合惯导系统测量了车载条件下的振动大小和姿态变化，发现车载姿态变化频率较高，而现有姿态稳定平台不容易满足车载条件下姿态维持需求，根据文献中的分析［47］，原子干涉仪感受到的角速度变化会导致物质波干涉的退相干，使干涉条纹对比度降低，所以车载环境下的剧烈姿态变化可能是导致车载动态重力测量无法实现的主要因素，需要进一步探索。

4 结束语

在使用激光冷却与陷俘技术实现冷原子后，先后有两次诺贝尔物理学奖授予在冷原子物理研究领域，基于冷原子物理的基础科学和应用研究飞速发展，其中冷原子重力仪是最具代表意义的工作之一。冷原子重力仪是一种基于量子干涉原理的新型绝对重力仪，具有自校准和精度高的特性，相比于传统激光干涉绝对重力仪具有测量速度快、无机械磨损等优点，经过30 余年的理论创新和技术积累，冷原子重力仪已经从原理样机研制迈入到实际工程应用阶段，测量方案、激光产生和操控、电子电路和自动化控制、真空制备和维护、姿态稳定和控制等相关技术方法的成熟度逐渐提高，目前已经开展了大量的可搬运测量试验，参加了国际绝对重力比对，并在动平台条件下实现了应用。

冷原子重力仪是一种绝对重力测量装置，基于冷原子干涉原理方案的灵活性，以及小型化真空技术、全光纤激光技术和嵌入式控制技术的发展，冷原子重力仪在测量精度、空间分辨力、环境适应性、动态测量等方面的测量性能稳步提升，有望成为下一代高精度绝对重力测量仪器，变革当前重力测量技术体系，在重力基准维护、地球物理研究、资源勘探、军事侦查、无源惯性导航等多个领域，在研究实验室、重力台站、车载、船载、机载乃至星载等多个场景得到广泛应用。