[發(fā)明專利]基于相位群處理的原子鐘頻率信號鏈接控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310294518.6
• 申請日: 2013-07-12
• 公開（公告）號: CN103338036A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周渭;苗苗;李智奇;宣宗強;于建國;張雪萍
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: H03L7/07
• 分類號: H03L7/07
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于相位群處理的原子鐘頻率信號鏈接控制方法，其特征在于，所述基于相位群處理的原子鐘頻率信號鏈接控制方法，分兩路閉環(huán)控制完成：

第一路為內(nèi)環(huán)閉環(huán)控制，用于銫原子鐘中激勵信號的產(chǎn)生并使晶體振蕩器輸出準(zhǔn)確和穩(wěn)定的信號；

第二路為外環(huán)閉環(huán)控制，利用信號的分頻輸出與高穩(wěn)晶振的信號進行群相位同步和連續(xù)的處理實現(xiàn)最終的振蕩器信號輸出。

2.如權(quán)利要求1所述基于相位群處理的原子鐘頻率信號鏈接控制方法，其特征在于，第一路為內(nèi)環(huán)閉環(huán)控制，用于銫原子鐘中9192631770Hz激勵信號的產(chǎn)生并使14.591479MHz晶體振蕩器輸出準(zhǔn)確和穩(wěn)定的信號；

第二路為外環(huán)閉環(huán)控制，利用10MHz信號的分頻輸出與14.591479MHz高穩(wěn)晶振的信號進行群相位同步和連續(xù)的處理實現(xiàn)最終的10MHz振蕩器信號輸出。

3.如權(quán)利要求2所述基于相位群處理的原子鐘頻率信號鏈接控制方法，其特征在于，銫原子鐘物理部分的激勵信號的產(chǎn)生，只是直接倍頻；所以引起的附加噪聲很小；所述第一路內(nèi)環(huán)閉環(huán)控制的實現(xiàn)方法如下：

14.591479MHz壓控晶體振蕩器輸出信號經(jīng)過630倍倍頻和調(diào)相后得到銫原子的特定的能級躍遷頻率的激勵信號，即9192631770Hz的激勵信號；

在9192631770Hz的激勵信號激勵下，銫束管內(nèi)的銫原子產(chǎn)生相應(yīng)的能級躍遷，該躍遷信號的頻率與激勵信號的頻率完全相等時有最大輸出信號；否則，在探測器收到的躍遷信號偏離最大值時，會有一個誤差電壓輸出給14.591479MHz壓控晶體振蕩器，調(diào)節(jié)其振蕩頻率至出現(xiàn)躍遷信號的最大值，使14.591479MHz晶體振蕩器輸出一個穩(wěn)定的頻率。

4.如權(quán)利要求2所述基于相位群處理的原子鐘頻率信號鏈接控制方法，其特征在于，14.591479MHz晶體振蕩器輸出信號與10MHz壓控晶體振蕩器信號之間的鎖相控制采用的是不同頻率信號之間的不經(jīng)過復(fù)雜頻率變換的直接鎖相控制；所述第二路外環(huán)閉環(huán)控制的實現(xiàn)方法如下：

壓控晶體振蕩器經(jīng)過1/10000分頻后作為開門信號與晶體振蕩器輸出關(guān)門信號進行相位群同步，實現(xiàn)了異頻檢相；這兩個信號間的最小公倍數(shù)周期Tminc為1s，并以相關(guān)的1s信號作為測量時間標(biāo)記,最后測量信息被送入CPU。

5.如權(quán)利要求4所述基于相位群處理的原子鐘頻率信號鏈接控制方法，其特征在于，CPU計算出對壓控晶體振蕩器的壓控電壓，達(dá)到對其調(diào)整和鎖定的結(jié)果，具體實施方法為：

在1秒內(nèi)有1000次對信號間的相位差進行測量，每次測量和1秒后的那一次測量間的間隔為1秒；這1000個成組的數(shù)據(jù)中有一些數(shù)據(jù)可能超出時間測量模塊的測量范圍，按照每一個Tminc根據(jù)相位差采集的結(jié)果用公式算出壓控晶體振蕩器相對于其標(biāo)稱值的相對平均頻率變化偏差為Δf/f=ΔT/T，其中ΔT是每組對應(yīng)數(shù)據(jù)間隔τ的相位差的變化值，T是Tminc或者其倍數(shù)值；在測量結(jié)果中剔除那些超出可測范圍的、測量過程出現(xiàn)局部滿周期交替的情況、以及噪聲引起的起伏數(shù)值太大的情況；將其他有效的測量數(shù)據(jù)先按照式Δf/f=ΔT/T分別計算出各個相對頻差，然后按照需要的平均時間值求得對應(yīng)的頻差；從這個頻差值和10MHzVCOCXO的壓控靈敏度，計算出對該振蕩器的壓控電壓，達(dá)到對其調(diào)整和鎖定的結(jié)果。

6.如權(quán)利要求5所述基于相位群處理的原子鐘頻率信號鏈接控制方法，其特征在于，對CPU的輸出進行D/A轉(zhuǎn)換，成為電壓信號以調(diào)節(jié)10MHz壓控晶體振蕩器的輸出。

7.如權(quán)利要求2所述基于相位群處理的原子鐘頻率信號鏈接控制方法，其特征在于，內(nèi)環(huán)采用了對14.591479MHz高穩(wěn)定度晶體振蕩器的鎖定環(huán)路，對其輸出信號進行630倍頻輸出9192.631770MHz的信號，它用作為銫束管的激勵信號，銫束管產(chǎn)生的檢測信號控制14.591479MHz高穩(wěn)定度晶體振蕩器的輸出，將其鎖定在銫原子能級躍遷對應(yīng)信號的高穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度上；

外環(huán)則是用被銫原子躍遷信號準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度鎖定的14.591479MHz振蕩器信號來鎖定10MHz振蕩器信號，10MHz信號經(jīng)1/10000分頻后為1ms信號與14.591479MHz進行比對，測量其群相位差的變化，每秒測量1000次；1ms信號再經(jīng)過1/1000分頻之后，得到1s信號，以此1s信號作為時間標(biāo)記控制CPU對其內(nèi)的1000個相位差測量數(shù)據(jù)進行處理；

按照每一個Tminc內(nèi)相位差的出現(xiàn)規(guī)律用公式算出壓控晶體振蕩器相對于其標(biāo)稱值的相對平均頻率變化偏差為Δf/f=ΔT/T；其中ΔT是每組對應(yīng)數(shù)據(jù)間隔T的相位差的變化值，T是Tminc或者其倍數(shù)值；其中在測量結(jié)果中剔除那些超出時間測量模塊可測范圍的、局部滿周期交替的情況以及噪聲引起的起伏數(shù)值太大的情況；將其他有效的測量數(shù)據(jù)先按照式Δf/f=ΔT/T分別計算出各個相對頻差，然后按照需要的平均時間值求得對應(yīng)的頻差；從這個頻差值和10MHz?VCOCXO的壓控靈敏度，計算出對該振蕩器的壓控電壓，達(dá)到對其調(diào)整和鎖定的結(jié)果；其中，Tminc為最小公倍數(shù)周期，若fx=Afmacx，fref=Bfmacx，則，Tminc=1/fmacx.將Tminc定義為一個群周期，在Tminc內(nèi)包含多個比對的相位差。