[發明專利]一種被動型原子鐘物理部分快速測試評估系統與方法

有效

• 申請號: 201910764555.6
• 申請日: 2019-08-19
• 公開（公告）號: CN110554262B
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發明（設計）人: 趙春勃;張榮彥;楊濤;程敏;許風;黃劍;杜二旺;賀玉玲;蒙艷松
• 申請（專利權）人: 西安空間無線電技術研究所
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00;G01R23/12;H03L7/26
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 龐靜

1.一種被動型原子鐘物理部分快速測試評估系統，其特征在于：包括信號源、參考源、被動型原子鐘物理部分、頻譜儀、鎖相放大器；所述的被動型原子鐘包括被動型氫鐘、銣鐘以及銫鐘；

參考源為信號源提供外頻率參考，由信號源輸出帶有調制的相應原子躍遷中心頻率的微波探尋信號至原子鐘物理部分諧振腔饋入端口，經過與原子鐘物理部分鑒頻作用后產生帶有頻率誤差的輸出信號；

當原子鐘為銣鐘或銫鐘時，原子鐘物理部分產生的輸出信號直接輸入鎖相放大器實現同步解調，此時掃描微波探尋信號的中心頻率解調信號即為誤差“S”曲線；將微波中心頻率固定在“S”曲線過零點出，撤掉參考源，將同步解調后的誤差信號經過PID控制反饋給信號源頻率控制端口實現系統的閉環；

當原子鐘為被動型氫鐘時，通過頻譜儀將原子鐘物理部分產生的輸出信號轉換為頻率為調制頻率的低頻誤差信號，將該誤差信號輸入鎖相放大器實現同步解調；當被動型氫鐘諧振腔調諧電壓固定時掃描微波探尋信號的中心頻率，通過鎖相放大器輸出氫原子色散誤差曲線；當微波探尋信號頻率固定時掃描氫鐘物理部分腔調諧電壓，調節鎖相放大器的相位同步檢波獲得腔頻誤差信號。

2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于：當原子鐘為被動型氫鐘時，通過鎖相放大器輸出一直流電壓，使諧振腔的調諧電壓固定。

3.根據權利要求1所述的系統，其特征在于：當原子鐘為被動型氫鐘時，信號源的頻率設定為獲取氫原子色散誤差曲線時的過零頻率值。

4.根據權利要求1或2或3所述的系統，其特征在于：當原子鐘為被動型氫鐘時，先將被動型氫鐘的腔調諧電壓固定在得到腔頻誤差信號的過零點電壓處，再將氫原子色散誤差曲線通過PID控制器處理后反饋至信號源頻率控制端口實現晶振環路鎖定。

5.根據權利要求1或2或3所述的系統，其特征在于：當原子鐘為被動型氫鐘時，先將被動型氫鐘的腔調諧電壓固定在得到腔頻誤差信號的過零點電壓處，再將氫原子色散誤差曲線通過PID控制器處理后反饋至信號源頻率控制端口實現晶振環路鎖定；

斷開上述固定的過零點電壓，將腔頻誤差信號經過PID控制器處理后反饋至腔調諧電壓端口實現腔頻環路的鎖定。

6.根據權利要求1所述的系統，其特征在于：所述頻譜儀的掃頻寬度SPAN設置為零作為外差接收機功能實現原子鐘物理部分誤差信號的接收，濾波器設置為FLAT TOP類型，利用頻譜儀線性視頻輸出功能，并且把輸出信號單位改成V，得到頻率為調制頻率的低頻誤差信號。

7.根據權利要求1所述的系統，其特征在于：所述的參考源為主動型氫鐘。

8.根據權利要求1所述的系統，其特征在于：所述的微波探尋信號為調相微波信號或者調頻微波信號，信號的調制頻率根據諧振腔的半高寬設置。

9.一種利用權利要求1所述系統進行被動型氫鐘整機穩定度評估方法，其特征在于通過下述方式實現：

(1)利用權利要求1所述的系統獲取氫原子色散誤差曲線及過零頻率值；

(2)將信號源頻率根據步驟(1)獲得的過零頻率值進行設定，然后掃描被動型氫原子鐘物理部分腔調諧電壓，調節鎖相放大器的相位同步檢波獲取腔誤差信號及過零電壓；

(3)固定在步驟(2)中得到的腔頻誤差過零電壓，通過PID控制器把鎖相放大器輸出的色散誤差信號經過比例放大與積分處理后反饋至信號源的頻率控制EFC端口，實現晶振環路的鎖定；

(4)斷開腔固定電壓，通過PID控制器把鎖相放大器輸出的腔頻誤差信號經過比例放大與積分處理后反饋至腔調諧電壓端口，實現腔頻環路的鎖定；

(5)優化頻譜儀、鎖相放大器、信號源以及PID控制器環路參數，使兩個環路穩定鎖定，信號源后面板輸出信號即為閉環后的被動型氫鐘頻率輸出值，利用穩定度測試儀對該值進行評估表征。