[發明專利]一種備份式集成共振式授時系統校準方法

在審

• 申請號: 201710459094.2
• 申請日: 2017-06-16
• 公開（公告）號: CN107272394A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 葉楊婷
• 申請（專利權）人: 江漢大學
• 主分類號: G04F5/14
• 分類號: G04F5/14;H03L7/26
• 代理公司: 深圳市合道英聯專利事務所(普通合伙)44309
• 代理人: 廉紅果,譚雪婷

技術領域

本發明涉及時間校準領域，尤其涉及一種備份式集成共振式授時系統校準方法。

背景技術

隨著現代時間校準科技技術與制造工藝的加速提升，使得時間校準的應用更加民用化、普及化，而且性能指標也得到提升。即便這樣，但對于運行于衛星上的時間校準而言，我們還關心它的一個性能參數，即壽命。用于空間站或衛星上的時間校準因為承擔了長期的跟精密時間相關的工作，如果由于時間校準內部物理系統部分的堿金屬原子消耗待盡而繼續無法服役，我們只能夠從地面上重新換一臺時間校準上天才能維持它所承擔工作的延續性，這顯然對連續精密時間任務是非常不利的，而且會給我們帶來換鐘的麻煩。

基于以上原因，需要一種備份式集成共振式授時系統校準方法被設計出來，通過在物理系統中本專利設置了兩個性能完全一致的集成濾光共振吸收泡，并構建了兩組微波激勵結構，結合外圍兩組電路實現整個時間校準系統的閉環鎖定。這相當于在一個體系中提供了兩個完全一樣的時間校準，所以當外界環境變化，諸如溫度的變化，電磁輻射干擾等這兩個系統都應該得到一樣的反映，我們正是利用這一點，來完成一臺時間校準的長壽命工作備份，即一種備份式集成共振式授時系統校準方法。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術的不足，提供了一種備份式集成共振式授時系統校準方法。

本發明是通過以下技術方案實現：

一種備份式集成共振式授時系統校準方法，包括相互信號連通的光抽運譜燈、共振探測部分、壓控晶體振蕩器VCXO和伺服電路。

所述光抽運譜燈是一個無極放電的銣燈，燈泡內除了充有銣外，還充有激發電位低的惰性啟輝氣體。常用的啟輝氣體為Kr或Ar。整個燈由射頻源激勵發光。

所述壓控晶體振蕩器VCXO是激勵微波場的初始信號源，并提供標準頻率輸出，其振蕩頻率受伺服糾偏電壓控制，對時間校準而言，它的相位噪聲決定了伺服環路帶寬以外的輸出信號的相噪特性。

所述伺服電路將物理系統輸出的量子鑒頻信號轉變為直流糾偏電壓，來控制壓控晶體振蕩器的輸出頻率，從而完成環路的鎖定。

所述共振探測部分由微波腔、C場、集成濾光共振泡、光電池等組成。

進一步地，所述微波腔的主要作用是為原子的微波共振提供合適的微波場，通過耦合環將外部電子線路的微波引入腔體中。同時受恒溫控制，為集成濾光共振泡提供溫度恒定的工作環境。

進一步地，所述C場線圈的作用是產生一個和微波磁場方向相平行的弱靜磁場，使原子基態超精細結構發生塞曼分裂，并為原子躍遷提供量子化軸，同時通過調節Ｃ場電流的大小，改變磁場的強度，微調系統的輸出頻率。

進一步地，所述光電池，作為集成濾光共振泡透射光的探測器。

進一步地，所述集成濾光共振泡是整個物理系統的關鍵部件，在集成濾光共振泡中為進行濾光和原子共振，除需要充入適量的87Rb及85Rb外，還需充入適當壓力的混合緩沖氣體，以進行熒光焠滅、能級混雜和減小多譜勒頻移。集成濾光共振泡中的87Rb原子的基態超精細躍遷頻率即是銣時間校準的量子鑒頻參考頻率。本專利擬用兩個集成濾光共振泡組成，中間用金屬屏蔽層隔離因微波輻射干擾引起的影響。

進一步地，在物理系統中本專利設置了兩個性能完全一致的集成濾光共振吸收泡，并構建了兩組微波激勵結構，結合外圍兩組電路實現整個時間校準系統的閉環鎖定。這相當于在一個體系中提供了兩個完全一樣的時間校準，所以當外界環境變化，諸如溫度的變化，電磁輻射干擾等這兩個系統都應該得到一樣的反映。我們正是利用這一點，來完成一臺時間校準的長壽命工作備份。如圖2所示，平時左邊的集成濾光共振泡按照傳統時間校準原理參與正常的光抽運、光檢測，即有微波信號通過耦合環1作用到系統中，而此時右邊的泡并沒有微波場能量的饋入，隨著時間的流逝，左邊集成濾光共振泡中的堿金屬元素將逐漸消耗，而右邊的由于沒有消耗，比如說在5年后中，左邊的泡將成為廢泡，這時系統將啟用右邊的泡進行長壽命的工作延續，此時微波信號通過耦合環2饋入到右邊的腔泡系統中。

具體方案如圖3所示。圖3中光電池1包含兩塊同一廠商、同一型號的兩塊光電池1A、1B，并分別服務于同步鑒相1和同步鑒相2模塊。而光電池2處只含有一個光電池，選擇上與上述1A、1B一致。