[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(jì)）人: 周渭;苗苗;李智奇;宣宗強(qiáng);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

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于頻率信號鏈接技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于相位群處理的原子鐘頻率信號鏈接控制方法。

背景技術(shù)

頻率鏈接主要研究的是差異很大的頻率信號之間實(shí)現(xiàn)相位或頻率的準(zhǔn)確和穩(wěn)定的傳遞，所體現(xiàn)出的是利用相位群同步現(xiàn)象和相位群連續(xù)的特點(diǎn)，通過相位群處理實(shí)現(xiàn)頻率信號之間的精密鏈接。目前這種頻率鏈接已經(jīng)在原子鐘性能改進(jìn)中得到了實(shí)現(xiàn)。能通過廣義相位處理的頻率鏈接方法來改造鐘的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并且改善其性能指標(biāo)。目前，無論是主動(dòng)型原子鐘還是被動(dòng)型原子鐘，都是在頻率處理的基礎(chǔ)上，采用頻率歸一化進(jìn)行處理的。

現(xiàn)有技術(shù)復(fù)雜的頻率變換導(dǎo)致了噪聲的增加，無法既保留原子鐘本身的高穩(wěn)定度指標(biāo)，又充分發(fā)揮晶振的優(yōu)良指標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于相位群處理的原子鐘頻率信號鏈接控制方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)因頻率變換復(fù)雜而導(dǎo)致的噪聲增加和某些指標(biāo)下降的問題。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種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(lì)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(jìn)行群相位同步和連續(xù)的處理實(shí)現(xiàn)最終的振蕩器信號輸出。

進(jìn)一步，第一路為內(nèi)環(huán)閉環(huán)控制，用于銫原子鐘中9192631770Hz激勵(lì)信號的產(chǎn)生并使晶體振蕩器輸出穩(wěn)定的信號；

第二路為外環(huán)閉環(huán)控制，用于實(shí)現(xiàn)最終的高精度10MHz振蕩器信號輸出。

進(jìn)一步，第一路內(nèi)環(huán)閉環(huán)控制的實(shí)現(xiàn)方法如下：

14.591479MHz壓控晶體振蕩器（14.591479MHzVCOCXO）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(lì)信號，即9192631770Hz的激勵(lì)信號；

在9192631770Hz的激勵(lì)信號激勵(lì)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(lì)信號的頻率完全相等時(shí)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(shí)，會有一個(gè)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(gè)穩(wěn)定的頻率。

進(jìn)一步，第二路外環(huán)閉環(huán)控制的實(shí)現(xiàn)方法如下：

10MHz壓控晶體振蕩器（10MHzVCOCXO）經(jīng)過1/10000分頻的信號與14.591479MHz的晶體振蕩器輸出進(jìn)行相位群同步，實(shí)現(xiàn)了異頻檢相。這兩個(gè)信號間的最小公倍數(shù)周期Tminc為1秒，在這一秒內(nèi)測量1000次的相位信息，將這個(gè)信息被送入CPU；

CPU計(jì)算出對10MHz壓控晶體振蕩器的壓控電壓，達(dá)到對其調(diào)整和鎖定的目的，具體實(shí)施方法為：

在1秒內(nèi)有1000次對信號間的相位差進(jìn)行測量，每次測量和1秒后的那一次測量間的間隔為一個(gè)最小公倍數(shù)周期，即1秒。這1000個(gè)成組的數(shù)據(jù)中有一些數(shù)據(jù)可能超出時(shí)間測量模塊的測量范圍，按照每一個(gè)Tminc根據(jù)相位差采集的結(jié)果用公式算出10MHz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。在所有的測量結(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)值太大的情況等。將其他有效的測量數(shù)據(jù)先按照式Δf/f=ΔT/T分別計(jì)算出各個(gè)相對頻差，然后按照需要的平均時(shí)間值求得對應(yīng)的頻差。從這個(gè)頻差值和10MHzVCOCXO的壓控靈敏度等，計(jì)算出對該振蕩器的壓控電壓，達(dá)到對其調(diào)整和鎖定的目的。

CPU的輸出進(jìn)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。

進(jìn)一步，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(jìn)行630倍頻輸出9192.631770MHz的信號；它用作為銫束管的激勵(lì)信號，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；