[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

本發明公開一種被動型原子鐘物理部分快速測試評估系統及方法，所述的系統包括信號源、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；本發明的系統與方法不僅能夠方便地研究被動型氫鐘的物理部分波譜信號觀測、腔頻誤差曲線研究以及銣鐘、銫鐘吸收曲線、“S”鑒頻曲線的測量與評估等，還可以實現環路的閉環鎖定、動態實時調整優化接收機(被動型氫鐘)、同步檢波相位差、環路增益等多變量參數，快速驗證評估被動型原子鐘穩定度與各個參數之間的關系，現有方法很難實現多樣化的參數實時驗證。

技術領域

本發明屬于原子頻標技術領域，開發出了一種通用的被動型原子頻標物理部分快速測試評估裝置與方法。

背景技術

被動型原子鐘是利用原子(或分子)的某一對能級的躍遷譜線對激勵信號進行鑒頻，再經鎖頻環路將激勵信號頻率(例如壓控振晶體振蕩器)鎖定于躍遷中心頻率而成。

被動型原子頻標作為一種高精度的時間頻率基準，相較于自激型原子頻標具有體積小、重量輕的特點，廣泛應用于導航定位、深孔探測、通訊技術等軍事科研領域。美國的GPS、中國的BD、俄羅斯的GLONASS及歐盟伽利略全球衛星導航系統空間段所搭載的原子鐘均為傳統的被動型原子鐘如銣鐘、銫鐘和被動型氫鐘。

傳統銣鐘、銫鐘和被動型氫鐘作為應用最廣泛的頻率源基準，本質上為鎖頻環路系統，其主要組成部分為物理部分與電子線路部分，如圖1所示。物理部分在鎖頻環路中的功能為鑒頻器，而電子線路則用于產生微波激勵信號、為物理部分提供適當工作電壓及將物理部分輸出信號處理為控制信號實現環路的閉環鎖定。

隨著被動型原子鐘技術的不斷發展，迫切需要快速驗證不同的物理部分參數設置，整機穩定度指標等參數，甚至需要快速建立系統實時仿真平臺進行電路參數調試以及穩定度評估等。但目前的研究方法仍然基于各自獨立的電路模塊，并且也沒有通用性和擴展性，嚴重制約新型原子鐘及新技術的研究與驗證。我們對被動型原子鐘的系統原理進行深入分析與了解，發現基于通用儀器和被研究的被動型原子鐘物理部分，能夠建立一種通用性強的適應于被動型銣鐘、銫鐘以及被動型氫鐘的全物理仿真系統與方法。

由于被動型氫鐘相對于銣鐘、銫鐘系統而言，被動型氫鐘較為復雜，增加了一級信號處理步驟，如圖2中的虛線框的射頻檢測部分，其余部分一樣。因此，本申請主要以被動型氫鐘為例進行說明，但系統與方法適用于銣鐘、銫鐘的研究。

被動型氫鐘的物理部分相當于窄帶放大器，誤差信號的檢測原理和被動型銫鐘、銣鐘類似，利用氫原子的能級躍遷譜線對激勵信號進行鑒頻，再經過鎖頻環路將壓控振蕩器的頻率鎖定在譜線中心頻率上。但由于被動型氫鐘微波腔的有載品質因數高，存在的腔牽引效應，所以被動型氫鐘在控制壓控晶體振蕩器的同時需要控制微波腔的中心頻率。因此，被動型氫鐘需要兩個鎖頻環路，一個鎖頻環路將壓控晶體振蕩器的頻率鎖定在原子躍遷頻率上，一個鎖頻環路將微波腔的頻率鎖定在壓控晶體振蕩器的頻率上。

國內方面，專利“一種用于被動型小氫鐘快速調制鎖定的數字移相裝置”(專利號：CN 201010237152.5)，給出了一種用于被動型小氫鐘快速調制鎖定的數字移相裝置，采用編程控制芯片來實現信號的相位鑒相與誤差信號分離。專利“被動型氫原子鐘快速調制鎖定的數字調制方法及環路系統”(專利號：CN201010237148.9)提出采用可編程控制芯片對微波探尋信號進行FSK調制及方法等。

可以看到，上述專利通常都是基于被動型氫鐘特定的技術難點進行研究，目前對單頻方法研究并不完善系統，研究方法還非常有限復雜并不通用，研究工具系統還無法滿足被動型氫鐘的快速發展的需要，嚴重影響被動型氫鐘技術的進一步發展。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種被動型原子鐘物理部分快速測試評估系統與方法。