[發(fā)明專利]基于北斗空間銣原子鐘的高精度信號(hào)頻率控制方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110660234.9
• 申請(qǐng)日: 2021-06-15
• 公開（公告）號(hào): CN113341679B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜保強(qiáng);田二林;耿鑫;張建偉;梁樹軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鄭州輕大產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司
• 主分類號(hào): G04F5/14
• 分類號(hào): G04F5/14
• 代理公司: 鄭州聯(lián)科專利事務(wù)所(普通合伙) 41104
• 代理人: 王聚才

1.一種基于北斗空間銣原子鐘的高精度信號(hào)頻率控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：利用環(huán)境溫度探測(cè)模塊對(duì)空間銣原子鐘內(nèi)部的板卡進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)采集，并將環(huán)境溫度探測(cè)模塊獲得的數(shù)字化溫度測(cè)量信號(hào)以單總線通信方式送入FPGA；

步驟2：構(gòu)建FPGA可編程模塊與DDS頻率合成模塊之間的通信協(xié)議，使DDS頻率合成模塊能夠識(shí)別來自FPGA可編程模塊的基本信息；

步驟3：利用FPGA可編程模塊內(nèi)部的MCU對(duì)來自環(huán)境溫度探測(cè)模塊的數(shù)字化溫度測(cè)量信號(hào)依據(jù)銣原子鐘的溫度-頻率關(guān)系模型實(shí)時(shí)計(jì)算出空間銣原子鐘的實(shí)際輸出頻率，并通過DDS頻率合成模塊“頻率字”轉(zhuǎn)換算法，將空間銣原子鐘的實(shí)際輸出頻率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的“頻率字”，“頻率字”產(chǎn)生后被保存在FPGA可編程模塊內(nèi)部的存儲(chǔ)器中；

步驟4：利用FPGA可編程模塊根據(jù)空間銣原子鐘的實(shí)際輸出頻率和標(biāo)準(zhǔn)頻率計(jì)算出頻差即頻率偏差值或頻率漂移大小，獲得頻率漂移信號(hào)并送入銣原子鐘物理模塊；

步驟5：將空間銣原子鐘的標(biāo)準(zhǔn)頻率倍頻后與DDS頻率合成模塊的輸出頻率進(jìn)行混頻，獲得空間銣原子鐘的激勵(lì)信號(hào)，將激勵(lì)信號(hào)和頻率漂移信號(hào)送入銣原子鐘物理模塊進(jìn)行放大；

步驟6：將銣原子鐘物理模塊放大后的激勵(lì)信號(hào)和頻率漂移信號(hào)送入異頻相位處理模塊產(chǎn)生誤差電壓信號(hào)，即壓控晶體振蕩器模塊的輸出頻率控制信號(hào)，壓控晶體振蕩器模塊的輸出頻率即空間銣原子鐘的信號(hào)頻率；在誤差電壓信號(hào)的控制下，將由溫度引起的頻率漂移實(shí)時(shí)補(bǔ)償，最終獲得空間銣原子鐘的高長(zhǎng)期準(zhǔn)確度信號(hào)頻率。

2.一種基于北斗空間銣原子鐘的高精度信號(hào)頻率控制系統(tǒng)，其特征在于：包括環(huán)境溫度探測(cè)模塊、FPGA可編程模塊、DDS頻率合成模塊、銣原子鐘物理模塊、異頻相位處理模塊、壓控晶體振蕩器模塊、顯示模塊和電源模塊；所述的環(huán)境溫度探測(cè)模塊、FPGA可編程模塊、銣原子鐘物理模塊、異頻相位處理模塊、壓控晶體振蕩器模塊和顯示模塊依次連接，所述的DDS頻率合成模塊與FPGA可編程模塊通信連接；所述的電源模塊用于為所述的環(huán)境溫度探測(cè)模塊、FPGA可編程模塊、DDS頻率合成模塊、銣原子鐘物理模塊、異頻相位處理模塊、壓控晶體振蕩器模塊和顯示模塊供電；

所述的環(huán)境溫度探測(cè)模塊用于采集空間銣原子鐘內(nèi)部的板卡溫度數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)字化溫度測(cè)量信號(hào)以單總線通信方式送入FPGA可編程模塊；

所述的FPGA可編程模塊用于利用FPGA內(nèi)部的MCU對(duì)來自所述的環(huán)境溫度探測(cè)模塊的數(shù)字化溫度測(cè)量信號(hào)依據(jù)銣原子鐘的溫度-頻率關(guān)系模型實(shí)時(shí)計(jì)算出空間銣原子鐘的實(shí)際輸出頻率；并將所述的DDS頻率合成模塊依據(jù)空間銣原子鐘的實(shí)際輸出頻率轉(zhuǎn)換出的相應(yīng)的“頻率字”，保存在FPGA內(nèi)部的存儲(chǔ)器中；并根據(jù)空間銣原子鐘的實(shí)際輸出頻率和標(biāo)準(zhǔn)頻率計(jì)算出頻差即頻率偏差值或頻率漂移大小，將獲得頻率漂移信號(hào)并送入所述的銣原子鐘物理模塊；并將空間銣原子鐘的標(biāo)準(zhǔn)頻率倍頻后與所述的DDS頻率合成模塊的輸出頻率進(jìn)行混頻，獲得空間銣原子鐘的激勵(lì)信號(hào)，將激勵(lì)信號(hào)和頻率漂移信號(hào)送入所述的銣原子鐘物理模塊進(jìn)行放大；

所述的DDS頻率合成模塊用于將空間銣原子鐘的實(shí)際輸出頻率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的“頻率字”，并根據(jù)相應(yīng)的“頻率字”輸出DDS頻率合成模塊的輸出頻率，并將DDS頻率合成模塊的輸出頻率送入所述的FPGA可編程模塊與倍頻后的空間銣原子鐘的標(biāo)準(zhǔn)頻率進(jìn)行混頻；

所述的銣原子鐘物理模塊用于將所述的激勵(lì)信號(hào)和頻率漂移信號(hào)進(jìn)行放大；

所述的異頻相位處理模塊用于根據(jù)所述的銣原子鐘物理模塊放大后的激勵(lì)信號(hào)和頻率漂移信號(hào)產(chǎn)生誤差電壓信號(hào)即所述的壓控晶體振蕩器模塊的輸出頻率控制信號(hào)；

所述的壓控晶體振蕩器模塊用于在所述的誤差電壓信號(hào)的控制下，將由溫度引起的頻率漂移實(shí)時(shí)補(bǔ)償，并獲得空間銣原子鐘的信號(hào)頻率；

所述的顯示模塊用于顯示空間銣原子鐘的信號(hào)頻率。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于北斗空間銣原子鐘的高精度信號(hào)頻率控制系統(tǒng)，其特征在于：所述的環(huán)境溫度探測(cè)模塊采用設(shè)置在空間銣原子鐘內(nèi)部的板卡的DBS1820型多溫度傳感器組，所述的DBS1820型多溫度傳感器組包括主多溫度傳感器組和備份多溫度傳感器組。