我国新一代冷原子重力仪WAG-H5-2在国内首次公开比对中性能媲美国际主流激光重力仪

绝对重力仪能够以极高精度测量地球表面某点的重力加速度，是大地测量、资源勘探、地震研究以及国家和国际重力基准网建设的重要基础设备。长期以来，该领域主要由FG5X、A10等激光干涉式绝对重力仪主导，其原理是通过激光跟踪自由下落的角锥棱镜来测量重力。这类仪器性能可靠，但存在机械运动部件，长期使用会产生磨损，限制了其在无人值守、连续监测场景中的应用。

冷原子重力仪提供了另一种解决方案。它不依赖实体物体的自由落体运动，而是在真空腔中将激光冷却的铷原子云向上抛射，通过测量原子在重力作用下自由下落过程中量子态的干涉条纹变化来获取重力值。由于不存在机械自由落体机构，该类仪器理论上可以实现长时间无人值守连续运行，且不存在机械磨损问题。

中科酷原科技（武汉）有限公司的研究团队研制了第二代可移动原子重力仪WAG-H5-2，采用高度集成化设计，其物理单元尺寸仅为0.50 m × 0.23 m × 1.34 m，集成了主动隔振模块和磁屏蔽系统；光学单元与电子控制单元则采用四个3U机箱进行模块化集成。为验证该仪器的实际性能，WAG-H5-2#2508样机参加了2026年1月至3月在武汉举行的CMONOC绝对重力仪比对活动，与来自多家单位的8台仪器同场测量，其中包括5台FG5X、两台A10激光重力仪以及一台IGG-03B激光重力仪。

在两个测量阶段中，9台重力仪先后在九峰山两个大地测量台站的5个重力测点上开展观测。1台超导重力仪对其中1个测点进行了不间断连续监测，用以将不同时段完成的各项测量统一归算至同一参考时刻。团队还使用2台相对重力仪精确测定了各测点重力值随高度变化的梯度，从而将各仪器的测量结果统一转换至同一参考高度，以保证比对结果的公平性。研究人员采用两种独立的最小二乘平差方案——一种仅使用绝对重力数据，另一种同时结合绝对与相对重力数据——分别计算出各测点的比对基准值及每台仪器的等效度。

比对结果表明，包括原子重力仪在内的9台仪器的测量结果，在其各自声明的不确定度范围内均与比对基准值相符，各仪器偏差介于-4.3至6.1 μGal之间（1 μGal约为地球表面重力加速度的十亿分之一）。其中WAG-H5-2#2508的偏差仅为1.4 μGal，与标称的约3 μGal精度指标相符。

除比对结果外，研究团队还对该仪器的短期灵敏度、测量精度、重复性及长期稳定性进行了单独评估。结果显示，该仪器短期灵敏度达到16.2 μGal/Hz1/2，接近成熟激光重力仪的水平；经1000 s积分平均后，测量精度优于1.0 μGal。仪器重启后进行的多次24 h连续测量结果彼此偏差在1.5 μGal以内；在从武汉运输1125 km至天津后，仪器连续开展了半个月的潮汐重力监测，残差保持在10 μGal以内，表明运输与重启并未影响仪器性能。

作者指出，由于原子重力仪无需像弹簧式相对重力仪那样进行标度因子标定，也不存在激光式绝对重力仪因自由落体机械运动带来的磨损问题，因此非常适合用于标定其他重力传感器，并支持野外条件下的连续长期绝对重力监测。研究团队建议，将原子重力仪、超导重力仪与相对重力仪相结合，构建其所称的“3G混合重力测量”一体化观测网络，有望成为未来重力基准体系建设的重要发展方向。

研究详情请见原文：

Performance evaluation of the cold atom gravimeter WAG-H5-2#2508

https://doi.org/10.26464/epp2026058

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