邵作健[1]2000年在《被动型铷原子频标工作参数优化及其相关新技术》文中研究说明原子频标工作参数的选择对频标性能具有十分重要的影响。本文研究被动型铷原子频标工作参数选择的问题。作者首先综述了原子频率标准的发展历史和研究现状，然后，对铷原子频标的控制环路特性、环路噪声对输出频率稳定度的影响、量子系统的参数选择进行了理论分析和实验研究。最后结合对频标输出稳定度的一些影响因素，提出并部分实现了数字化技术在铷原子频标中的一些应用方案。对被动型铷原子频标的控制环路以及环路的噪声在频域内进行了分析，并进行了频域和时域之间的转换。分析表明，对于不同指标的量子系统和压控晶体振荡器，必须选用相应的环路时间常数以获得最优的输出频率的相位噪声指标和时域稳定度。对环路的分析结果表明，调制频率稳定度、调制指数以及调制所引入的相移对于频标的频率稳定度和准确度都有较大的影响。在此基础上，本文提出并实现了一种新的数字调制和数字软件移相的方法。应用环路的线性模型和噪声理论，本文在理论和实验上对系统的短期稳定度及其影响因素进行了分析。系统的短期稳定度主要取决于量子系统的鉴频斜率和光电池的输出噪声，而鉴频斜率又和系统的调制度有密切的关系。对于一定的量子系统存在着一最佳的调制度。对于铷频标的频率漂移指标，在进行参数优化的基础上，加入了对部分部件进行预先老化的工艺，并给出了实验的装置和试验结果。为了确定频标稳定度指标与各部件指标的相关性，建立了一套多参数与频率相关性的计算机数据采集测量系统，系统可以对原子钟的吸收泡温度、谱灯温度、谱灯光强、谱灯激励电流、C场电流、加热电流、环境温度和输出频率进行长期的监测，以期发现它们之间的关联性，为进一步改善指标提供实验依据。同时，该系统还具有灵活、方便、高精度、大容量、连续性和实时性等优点。在新技术方面，本论文提出并部分实现了一些新的数字化的技术方案。包括，使用DDS(Direct Digital Synthesizer)直接数字综合技术的数字调频方法、数字软件移相方法、具有极低噪声的自相关频率倍增技术以及基于微控制器的智能频标技术，使用此技术可以期望能够大大降低频标的环境敏感性和输出频率漂移。
杨杰辉[2]2005年在《小型化铷原子频率标准相关电路的研究与设计》文中指出本论文主要研究被动型铷原子频标的调制电路和倍频电路。铷原子频标具有优良的频率和时间准确度及稳定度，已在导航、通信、守时授时和科学研究等领域应用广泛。同时，有些应用领域对铷原子频标提出一些新的要求，如减小铷原子频标的体积、重量、功耗等，即希望能够有性能优良的小型化铷原子频标。本文在实验室已有的小型化物理系统的基础上，对相关电路部件进行研究和设计并小型化。首先本文综述了原子频率标准的发展历史和研究现状，叙述了铷原子频标的一些基本原理和环路的控制过程，然后对铷原子频标的控制环路特性、锁频环路噪声对输出频率稳定度的影响进行了理论分析。铷原子频标中，调制电路的频率稳定度、调制深度以及调制所引入的相移对频标的频率稳定度和准确度都有较大的影响，首先从理论上分析了调制信号对原子跃迁谱线的影响得到物理系统鉴频曲线与调制信号频率和幅度的关系。在此基础上，我们设计了一种间接调频电路，对136Hz调制信号积分后调相实现了间接调频。通过此方案实现了低噪声低失真高稳定的调频波，并通过测试得到本电路系统的最佳调制深度。倍频电路是铷原子频标一个重要的部件，其噪声是系统噪声的主要来源之一，在小型化设计中问题更为突出。我们首先分析了倍频器在铷原子频标中的作用，其性能对铷原子频标的性能有很大的影响，重点分析了低噪声、高性能设计的要点和方法。我们设计的低噪声倍频电路采用晶体三极管低噪声差动倍频链方案，经实验测试，该倍频器输出信号的功率可达+18dBm，谐杂波抑制大于+38dBc，均满足设计要求。
屈八一[3]2010年在《CPT原子钟、星载钟及时频测控领域的新技术研究》文中研究指明基于CPT(Coherent Population Trapping,相干布居囚禁)现象的原子钟是近年来国际国内的一个研究热点。基于CPT现象可以开发出两种不同的原子钟即CPT-Maser型原子钟和被动型CPT钟,前者的特点是结构复杂但是准确度和稳定度却很高,后者的特点是结构非常简单,是可以实现微型化的原子钟之一。在描述了Rb CPT maser原子钟的工作原理,三个子系统的功能,设计及测试等内容后,对电路子系统中的有关内容进行重点研究和实现。CPT-Maser钟中频率链电路的作用是联系用户频率(通常是5MHz和10MHz)和调制激光器的频率(通常是原子基态超精细能级跃迁频率的一半)。在高性能原子钟中都采用低噪声频率合成技术。在CPT-Maser钟中设计和实现了用户频率到100MHz锁相式倍频电路和100MHz到3.417GHz频综电路,该频综电路的性能达到了国内先进水平。CPT-Maser原子钟是通过检测CPT-Maser信号的功率变化来实现锁定的,而CPT-Maser信号通常在-90dBm以下,频率约为6.834GHz,因此设计了外差式接收机和检波电路实现功率检测。该电路中对检波分辨率,温度稳定性有很高的要求,通过选择高性能的器件来解决上述问题。分析说明了这部分电路与整机闭环后输出的频率准确度和稳定度之间存在的关系。伺服电路将检波电路输出的误差信号处理成本振的控制电压。设计和实现了主要由A/D,单片机,D/A构成的数字伺服,它的主要优点是利用软件便能完成调试和具有一些传统模拟伺服原子钟不具有的功能例如软件补偿和扩捕功能。针对10-13的频率准确度和稳定度,理论分析了数字伺服的设计方法。原子钟的频率温度系数是一个重要参数,目前国外星载铷钟的该参数已达10-14量级,而CPT-Maser的为10-12量级。设计和实现了基于软件补偿频率温度系数的方法。扩捕电路能解决传统的原子钟中出现的当本振频率偏出原子钟的捕获带时环路不能锁定的问题。设计和实现了CPT-Maser原子钟扩捕电路。围绕被动型CPT钟的微型化设计了适宜于微型化要求的整机设计方案,它在细节上它具有以下四个特点:一是采用了VCSEL激光器;二是采用了小型化的频率链电路;三是采用了数字式的锁激光器和锁本振电路;四是利用一个铷泡的输出同时实现锁激光器和锁本振。基于DDS,单片机,锁相环芯片等研制了一个适应于小型化CPT钟或其它小型化原子钟的频综电路。它借助了高速数字化器件,简化了频综设计,具有数字化,输出频率可高精度软件调节,软件产生FSK调制和同时可输出同步解调信号等优点。研究了被动型CPT钟的智能化和数字化,理论上数字化原子钟具有便于生产,测试,软件补偿等优势,对频率温度系数的补偿,原子钟的非实时控制,基于相位重合点检测实现的锁频环等内容作了实验研究。阐述了星载钟设计的特点,国外星载钟的主要性能和主要研究单位,我国星载钟的研制水平和国外的差距,国外星载钟研制的技术细节等内容,同时提出了一些有望提高我们星载钟研制水平的建议。时频测试设备的研制和新型时频信号处理技术是时频领域的另一个研究方向。时间量化技术是很多测试设备的一个基础,目前对其分辨率的要求已达ps量级。基于CMOS门延迟的时间量化技术实现起来比较复杂,继续采用该技术提高分辨率将会很困难。研究了利用信号在介质中传输时会出现延迟这种现象来进行时间量化的可行性及其特点。首先分析采用该技术的进行时间量化时理论上的分辨率和误差,及各种影响稳定度的因素,然后对导线延迟的分辨力,准确度,线性度做了实验验证,并对温度,信号衰减和色散等量对延迟稳定度的影响做了实验研究。分析和实验表明,基于传输延迟的时间量化技术是一种新的可以获得高分辨的时间量化技术,同时指出了该方法的一些特点及其应用。设计了一种新的时钟插入技术以实现高分辨率的时间间隔测量仪。该时钟插入技术利用信号在传输时会有稳定的、规律的延迟特性,用一段传输线对时钟信号延迟,在传输线上根据设计分辨率的大小设置一些离散的检测点,用D触发器完成对延迟后的时钟信号与被测时间间隔开始或者结束信号的重合检测,根据重合点出现的位置推算出时钟信号与被测时间间隔开始或者结束信号的时差大小。采用FPGA芯片EP2C5Q204和上述时钟插入技术实现了一个高精度时间间隔测量仪.实现的时间间隔测量仪具有分辨力高,稳定性好等优点。目前对稳定度测试设备有较大的需求量。主要基于DDS技术和测差频周期法研制了一个稳定度测量仪器。它的本底稳定度优于4.5×10~(-13)/1s,1.5×10~(-13)/10s,它的测量范围是1MHz到30MHz。与国外的主要产品比较,它主要具有低成本高分辨率的优点。目前的时间比对中通常采用时间间隔测量仪作为测量仪器,在这种条件下时间间隔测量仪的分辨力制约时间比对的分辨力。分析了时间比对过程中的时间比对和频率源比相之间的关系,提出了利用频率源比相测量间接完成时间比对的思路并完成了验证上述思路的实验,同时指出了这种间接测量的优势。分析了双频信号的相对相位变化特点,提出了一种新的秒信号的产生方式即利用两个频率信号的周期性的相位重合点作为标准时间信号。完成了利用双频信号的相位重合点获得标准时间信号的说明及初步实验,结果是该方法能用来产生秒信号且产生的秒信号稳定性优于200ps。阐述了新方法在授时过程中的优势并指出了进一步研究内容。采用目前广泛应用的锁相环技术来实现两频率间的锁定时,由于它们的频率关系往往不相关以至于实现时必须借助于频率变换电路,将两不相关频率信号处理成具有同频或者是有整倍数的关系的信号。两任意频率信号间会出现周期性的相位重合现象且相位重合周期和两频率信号的频率关系密切联系,基于此原理实现了一种新型的锁频环。它较一般的锁相环的优点是原理先进,输出频率调整容易。对该方法做了理论说明和实验研究,实验结果与理论预期相符。文中同时叙述了有关电路的工作原理和设计。
何栋培[4]2009年在《铷原子频标的电路设计及其低相噪技术研究》文中研究指明原子频标是一种具有优良稳定度和准确度的频率源,已广泛应用于卫星定位和导航、守时授时、通信、仪器仪表以及天文等领域。铷原子频率标准(铷原子频标)因其具有体积小、重量轻、功耗低、成本低等优势而成为目前应用最为广泛的原子频标。本文是在实验室已有的铷量子物理模块的基础上,对铷原子频标的基本原理进行研究;设计出铷原子频标的硬件电路,实现了铷原子能级跃迁频率对压控晶体振荡器的锁频,得到了与铷原子跃迁频率同样准确和稳定的标准输出信号;研究了伺服环路各个部件对输出信号的影响,从而得出改善相位噪声的方法。本论文的主要内容有:1、研究了被动型铷原子频标的基本量子原理、光抽运和光检测原理和伺服环路的控制过程。2、研究了每个部件在铷原子频标伺服环路的作用,给出了铷原子频标电路的设计。包括了对微弱的误差信号进行处理的伺服电路,对频率偏移纠正并提供输出的压控晶体振荡器,实现频率倍增综合的倍频器、综合器电路以及频率调制电路等主要电路的原理仿真和实际电路设计。3、研究了伺服环路各个部件的噪声对频标输出频率的影响,得出了铷原子频标的相位噪声主要由压控晶体振荡器的相位噪声决定的结论。得出了优化压控晶体振荡器的相位噪声的方法,从而改善铷原子频标输出的相位噪声。本设计的铷原子频标的标准输出信号为10MHz,实验测试的相位噪声为-125dB/Hz@100Hz。
李智奇[5]2012年在《时频信号的相位比对与处理技术》文中进行了进一步梳理周期性信号之间的相位比对是时频测控领域中解决高分辨率测量技术的重要手段，周期性信号之间相位差的变化体现了频率信号之间相位量化步进的规律性现象。周期性信号之间相位差的规律性变化的研究，在时频测量领域中具有良好的应用和发展前景。通过对任意频率信号之间相位关系的分析和研究，完成对频率信号的超高分辨率相位差、相位噪声、频率及频率稳定度测量。温度和频漂是影响原子频标性能的固有特性。通过对原子频标温度和漂移特性的分析，研究通过数字化补偿技术实现原子频标性能的提高。取得的主要研究成果为：1.对标称值不同的信号之间相位关系进行了研究，提出了任意信号之间具有相位可比性。提出了标称值呈倍数关系的周期性信号之间具有和标称值相同信号的等效比对关系，而且由于对应的量化相移分辨率更小，体现出来的分辨率更高。通过引入标称最小公倍数周期，解决了标称值不同且不具有倍数关系的信号之间的信号之间的直接比对。实现了任意信号之间的直接相位比对，并推导出相应的比对公式，简化频率变化链中复杂的频率变化。2.对高分辨率相位差测量技术进行了研究，提出了通过相位差群同步消除任意周期性信号相位比对测量中的量化误差。在等效鉴相频率、最小公倍数周期和等效比对等概念和理论基础之上，引入公共振荡源，利用相位差群同步和标称值呈倍数关系的周期性信号之间的相位比对关系，实现高分辨率的相位差测量。针对10MHz的比对源，实现10ps相位差测量分辨率测量。3.对超高分辨率的频率测量技术进行了研究，利用相位差群同步的概念，在不需要通过复杂的频率变换处理，将相位比对和处理的方法推广到任意频率情况下实现了超高分辨率的频率测。将信号间的量化相移分辨率与频率合成技术相结合，能够在宽范围内获得自校情况下10-15/s的测量分辨率，在互比的测量情况下，测量分辨率则能够达到10-13/s量级。4.对高分辨率的线性相位比对技术进行了研究，提出利用线性相位比对技术实现距离的测量。利用了线性比相-单路分频控制鉴相法和比对信号之间的倍数关系，控制鉴相区域，保证比对的高线性度。采用脉冲平均的方法和简单的信号处理电路器件的优化选择，来减小触发误差。采用高精度数字电压表测量，通过对电压表积分时间的控制减小源噪声对测量结果的影响，来实现距离的测量，针对空间距离测量，分辨率能够达到30μm。5.对相位噪声测量技术进行了研究。利用标称值呈倍数关系的相位比对的等效性，通过对信号之间相位量化的和相位差群同步现象的分析，提出利用周期性信号的相位量化关系，通过对合适频率关系的相位差群同步现象的高精度捕捉，选择相应的响应时间，利用对闸门时间抖动的测量，实现宽范围的相位噪声测量。6.对频率基准铷原子频标的温度和漂移特性进行了研究，针对铷原子频标受温度和漂移的影响，研究铷原子频标温度漂移补偿方案。铷原子钟的温度和漂移均属于系统误差。温度特性具有一定的重复性，对温度特性进行非实时补偿；漂移有一定的离散性，规律性较明显的铷原子频标漂移率相对较大，能够引入数字补偿处理，提高原子频标的特性指标。
张雍[6]2010年在《螺旋线慢波结构特性研究与应用设计》文中指出螺旋线慢波结构是最重要的宽频带高增益行波管慢波系统,良好的色散特性、低的相速度、高的耦合阻抗、简单的制造工艺,使其广泛应用于通信系统、现代雷达和电子对抗等军事领域。螺旋线慢波结构的慢波特性研究对提升行波管的工作带宽与增益有重要意义；而它的选频及贮能特性研究是铷原子频标星载小型化所需考虑的重要方面。本博士学位论文围绕螺旋线慢波结构的理论分析与应用设计展开研究工作,详细分析了螺旋线慢波结构以及它的变型：加载介质夹持杆和金属翼的螺旋线慢波结构。从分析电磁慢波系统开始,以螺旋导电面理论为基础,采用场匹配方法,建立了单螺旋绕线慢波结构理论模型、加载圆柱形和矩形夹持杆螺旋线慢波结构理论模型、加载扇形金属翼与T型金属翼螺旋线慢波结构理论模型。利用VBA自编程序处理计算数据。根据CST MWS软件建模结果,在实验结果验证的基础上,对色散特性和耦合阻抗特性进行了比对分析,总结出各项结构参量对慢波特性的具体影响,为行波管的慢波结构设计提供参考。同时,在此基础上,详细分析了螺旋线慢波结构在铷原子频标中的电磁波传播特性,研究螺距和介质材料对特性的影响程度,从而对现有结构进行改进性设计,实现了铷原子频标星载小型化之目的。主要工作和结论如下：(1)以电磁慢波系统为基础,建立单螺旋绕线慢波结构的螺旋线导电面模型。同时以有限积分理论为基础,利用数值模拟方法,对单螺旋绕线慢波结构进行建模设计。结合理论模型和建模结果,首次呈现该结构的电磁场分布状态,为将螺旋线慢波结构应用到铷原子频标中提供理论基础。(2)针对加载介质夹持杆螺旋线慢波结构,建立了考虑螺旋带厚度、螺旋带宽度、以及夹持杆形状的螺旋带模型。利用等效介质圆环计算等效介电常数。通过场匹配法得到加载圆柱形和矩形块夹持杆慢波系统的色散关系和耦合阻抗。比对不同管壳半径、夹持杆材料、几何形状、螺旋带厚度和宽度对系统慢波特性的具体影响,提出了优化结构参量之方法,为含有夹持杆的螺旋线慢波结构设计提供指导。(3)针对加载金属翼螺旋线慢波结构,提出采用傅里叶空间转换方法,将金属翼片所在区域转换为傅氏空间,建立电磁场方程,求解系统色散关系和耦合阻抗。利用此种方法使分析加载金属翼片螺旋线慢波结构的理论模型计算精度得到提高,相比有限厚度翼片螺旋导电面模型,其精度提高了一倍。在此基础上分析了加载扇形翼片与T型翼片系统的慢波特性,得出对于相同结构参数的两种翼片慢波系统,加载T型金属翼的螺旋线慢波结构特性优于加载扇形金属翼；同时首次提出通过调节翼片参数可以使得系统呈现出正性或负性的色散关系,为应用在超高频带宽的螺旋线慢波结构设计提供指导。(4)在利用CST MWS模拟圆柱型谐振腔体的基础上,研究了应用在铷原子频标中TE111腔体的电磁场分布状态,得到了腔体品质因数和设计参数,设计了加载介质的TE111模谐振腔体,使腔体体积得以压缩,为铷原子频标星载小型化提供设计思路。(5)以螺旋线导电面模型为基础,首次分析了应用在铷原子频标中的螺旋线慢波结构腔体的电磁场方程,求解了色散关系和耦合阻抗,比对了不同螺距和介电常数对慢波特性的影响。同时沿着在腔体中添加介质层用以压缩体积的思路,设计出改进型螺旋线慢波结构腔体。利用更小的螺距及恰当的介质使得腔体体积进一步压缩。利用温控电路用以减小改进型螺旋线慢波腔体的腔牵引效应。通过将该腔体应用于铷原子频标中,获得其腔体谐振吸收线、铷原子频标的频率稳定度,信噪比,及温度稳定度,这些关键参量能够达到星载铷原子频标小型化设计要求。
杜保强[7]2011年在《基于异频信号的群相位量子化处理及其关键技术研究》文中研究指明在时频信号的测量、比对、控制、锁相环路、频率变换及合成、相位噪声测量以及原子频标的信号处理中,提高精度、简化设备等是发展的方向。因为时频信号的测量、比对、控制是建立在相互关系的基础之上的,所以从信号的相互关系入手来考察获得高精度的特性的内容是很有必要的。传统的高精度的处理方法是建立在信号连续相位(或者频率)比对处理、频率的归一化等途径的基础上即通常的相位比对和处理均要求频率标称值相等或者具有较为严格的相互频率关系。在某些情况下,为了在宽的频率范围或者特定的频率标称值不同的频率信号之间进行比对,还必须引入复杂的频率变换,这样就限制了相位比对的精度和应用的广泛性。近年来,国外在这方面技术的发展,一方面借助于微电子技术的发展从线路上进行改进,另一方面借助于微处理技术从算法上进行优化。但是传统的最具有发展潜力的时频信号处理技术通常采用的是相位处理的方法。这里,无论采用了哪些算法和处理方法都是建立在同频信号的基础上才能进行的相位比对；对于有频率差别的信号只能通过频率变换等方法进行处理。因此,如果在宽的频率范围要完成测量中所必须的相位比对就必须结合使用高精度的频率合成器。这样不但设备复杂,而且在各变换环节容易引入合成线路的附加误差,这是传统的相位处理方法不可避免的缺陷。而在本论文中,这些缺陷会在异频信号的一系列新概念和理论的支持下发生根本性的改变并可以有效地得到解决。这些新的概念和理论包括相位量子、群相位量子、相位差群、群相位差、群相移、群周期、群同步、群周期相位比对及群相位控制等,它们是建立在异频信号间的最大公因子频率、最小公倍数周期、等效鉴相频率、量化相移分辨率等表征相互频率关系的重要参数基础之上的,所以异频信号间的群相位量子化处理的方法更适合于高精度的频率信号处理,其关键技术可能会影响到时频测控技术的发展。因此,基于群相位量子化的相关概念及相应的信号处理方案把信号之间必须基于同频才能进行的测量、比对、处理及控制推广到了更具有普遍意义的任意频率信号之间,这方面的贡献主要包括以下几点：1.根据异频信号之间最基本的相位关系,提出了群相位量子的基本概念并深入分析了群相位差变化的基本规律、群相位量子的特点以及基于群相位重合检测消除±1个计数误差的根源。将这些新概念及其特点用于时频信号的测量和处理中,结合群相位重合点及其检测的基本理论,能够获得高的测量分辨率。2.在群相位量子等群概念的基础上,提出了群周期相位比对的方法。该方法揭示了周期性信号相互间的固有关系及相位差变化的规律,把这些规律应用率信号相互关系的处理中,无须频率归一化也可完成相互间的相位比对及处实验结果表明了该方法的科学性和先进性,以群相位量子为基础的测量、比对及控制可以达到10-12/s量级的分辨率。3.在群周期相位比对技术的基础上,提出了一种基于异频相位处理的高精度频率测量方法。利用群相位量子变化的规律性及异频信号间群相位重合点的分布规律,在两群相位重合点处建立测量闸门,克服了传统频率测量中存在的±1个计数误差的问题。通过脉宽调整电路减少相位重合点簇中的脉冲个数并借助相位控制电路有效地捕捉最佳相位重合点,进而降低实际测量闸门开启和关闭的随机性,大大提高了系统的测量精度。为了保证任意信号的可测量性,同时提出了一种具有自适应能力的频率测量方案。通过引入DDS,以被测信号的粗测值为参考自动合成一个与被测信号具有一定频率关系的频标信号,确保被测信号与频标信号具有相位关系的可控性,使系统最终实现了在宽范围内任意频率信号的高精度测量。在此基础上,如果改进DDS输出信号的稳定度,降低系统的本底噪声,提高群相位重合点捕捉的准确度,进一步完善群相位量子处理中存在的问题,则获得皮ps量级以上的超高测量分辨率是完全有可能的。实验结果表明其实际测量精度可达到10-13/s量级,与传统频率测量系统相比,新方案具有测量精度高,电路结构简单,成本低廉及系统稳定性高的优点。4.根据信号间的频率关系及群相位差周期性变化的规律性,提出了一种基于异频相位处理的相位噪声测量系统。通过异频鉴相获取相位差信息,经低通滤波及相关信号处理后得到参考源的压控信号,进而实现相位锁定并在锁定后提取被测信号的相位噪声信息,然后送入频谱分析仪,从而实现了相位噪声的高精度测量。该系统可以用一个参考源完成任意频率信号的相位噪声测量而且参考源的相位噪声低,频率稳定度高,压控范围宽。将异频相位处理应用于相位噪声测量系统中,这在相噪测量领域是一个新的突破,它不再是单纯依靠线路上的改进来提高测量精度,而是利用自然界中周期性信号相互间的固有关系及变化规律,把这些关系和规律应用于相位噪声测量中,不必使它们频率相同也可完成相互间的线性相位比对,进而在抑制载频的情况下提取被测信号的噪声信息。在此基础上作为异频相位噪声测量的进一步研究,提出了基于群相位量子的无间隙数字化相位噪声测量新方案。根据参考信号经过合适倍频及简单合成变换后与被测信号的频率进行相位重合点检测,通过对重合点之间的无间隙计数,由两相邻重合点之间计数值的变化或相位起伏的变化反映相位噪声的变化,最后经计算机数据处理和离散傅立叶变换算法来计算单边带相位噪声,实现数字化高精度相噪测量。5.根据电磁波信号在特定媒质中传播的时延稳定性这一自然现象,提出了一种基于时空转换的高分辨率短时间间隔测量方法。该方法将被测时间间隔量化,结合相位重合检测技术,使对时间量的测量转化为对空间长度量的测量。将时空转换原理应用于精密时间间隔测量中,这在短时间间隔测量中是一个新的突破,它不再是单纯依赖线路上的改进来提高系统的测量精度,而是利用电磁信号在导线中传输不会产生畸变仅在时间上发生延迟的规律性,把这些规律和特性应用于测量中。因此,它是一种完全不同于已有技术途径的新的测量原理和方法。6.基于时空关系的测量方法具有很高的测量分辨率,但测量范围窄,因而限制了其应用的广泛性。为了进一步扩宽其测量范围,提出了一种基于延时复用技术的短时间间隔测量方案。根据基于时空关系的时间间隔测量原理,将若干延时单元组成延迟链,延迟链的输出被反馈到系统输入端并与输入信号进行单稳态触发逻辑判断,判断结果被重新送回到重合检测电路中去,实现一个延迟链可以多次复用的循环检测,扩展了基于时空关系的时间间隔测量范围,提高了测量系统的稳定性。实验结果表明其测量分辨率可达到十皮秒至皮秒量级。7.在基于时空关系的短时间间隔测量方法的基础上,结合长度游标法的基本原理,提出了基于长度游标的时频测量新方法。利用长度游标法测量时间间隔是一种新原理的技术,它主要是利用了时间和空间的关系进行对时间间隔的高分辨率测量,已经被证明了容易实施、有很高的测量分辨率。用这种方法构成的装置已经表现出了数十ps的测量分辨率,而且也很有希望得到更高的精度。将此方法应用于时间同步技术中,保证了时间的严格同步、高稳定输出,对于提高设备体系的整体性能具有很大的意义。8.提出了一种基于异频相位处理的主动型氢原子频标锁相系统的设计方案。该方案从原理上改进和简化锁相环路,利用频率信号间群相位差和群相位量子变化的规律性,实现了异频鉴相锁相。以此解决了主动型原子频标中的微波跃迁频率信号和压控晶体振荡器之间的直接相位比对、控制或者在更短的频率变换链情况下的处理和控制。这样,不仅可以降低整个锁相系统的复杂性和成本,而且还有利于进一步减小系统的本底噪声。9.提出了一种基于GPS的新型二级频标锁定系统。利用信号的时延稳定性和群相位量子变化的规律性,产生一种基于长度游标的高精度时间间隔测量方法。将该方法应用于二级频标锁定系统中,通过对被测时间间隔进行多尺度卡尔曼滤波,在MCU控制下算出GPS与二级频标分频信号之间的相对频差；根据二级频标的频-压控制特性得到补偿电压,将该电压进行D/A转换后送到二级频标的压控端,调整输出频率,进而形成二级频标锁定系统。实验结果表明其锁定精度可达10-12/s量级,与传统频标锁定系统相比具有电路简单,成本低廉,附加噪声小,锁定精度高等特点。
殷花[8]2011年在《铷原子频标伺服电路的研究与改进》文中指出原子频率标准是目前最为精准的计时仪器,除了卫星导航、电子网络、通讯同步都离不开精确计时以外,当今民用手机、电子邮件、车载GPS等都需要原子频率标准精确的计时系统。被动型铷原子频率标准以其体积小、重量轻、结构简单、可靠性高等优势逐步走向商业化,是现阶段各国原子频率标准研究的一个热点。本文从被动型铷原子频标工作的基本原理出发,给出了被动型铷原子频标的整体结构方框图,具体分析了其伺服环路的工作过程,并提出了伺服环路主要工作器件的设计方案,通过伺服环路实现了对被动型铷原子频标输出频率的锁定,最后提出了改进伺服环路的相关措施,以提高被动型铷原子频标的频率稳定度、频率复现度、温度系数等性能指标。本文研究的主要内容如下:一是研究了被动型铷原子频标量子系统的工作原理,包括量子跃迁原理、共振吸收谱线、光抽运、光检测原理的研究,主要研究了伺服环路的工作原理,包括调制原理、环路原理、控制原理的研究,其中分析了伺服环路的瞬变过程以及噪声与干扰对伺服环路造成的影响。二是研究了伺服环路的各个组成部分的工作原理,并提出了主要工作器件的设计方案,包括信号发生器、选频放大器、鉴相器、直流放大器、压控晶体振荡器、倍频器及频率综合器,频率调制器,并且分析了其工作过程与仿真结果。在实际电路中,测量了相应的波形和参数,并对测量结果作了必要的分析。三是结合伺服环路的工作原理,提出了被动型铷原子频标伺服环路的改进措施,包括控制方式的改进、鉴相方式的改进、调制方式的改进,并给出了相应的电路方框图。在此基础上,对被动型铷原子频标的发展状况作出了展望及相关设想。
陈娇[9]2014年在《原子钟相位群处理及钟差预报研究》文中提出随着国内外原子频率标准的准确度和稳定度的不断提高，原子频标的应用范围越来越广泛，对原子频标的测量和比对技术的精度要求也越来越高。两个异频信号在进行相位比对时，传统的方法是采用频率归一化，这种方法需要比较复杂的频率变换电路，且复杂电路所带来的噪声也需要处理。然而，异频信号直接比对的结果也是有规律的，表现为相位群同步和群连续特性，本文提出了一种基于异频信号相位群连续特性的相位群处理方法，该方法可以实现频率差异很大的两个信号的高精度测量和比对。将该技术应用到原子钟线路改进中，不仅可以大大简化线路，而且量子部分的高准确度和长期稳定度可以完全的传递到线路部分的输出信号中，输出信号也保留了晶体振荡器的高短期稳定度指标，从而实现了异频信号的高精密频率链接，可以获得超过一般商用原子钟的准确度和稳定度指标。随着该技术的发展和完善，相位群处理技术将会在原子频标系统结构的改进中得到非常广泛的应用。将相位群处理技术应用到异常情况下的钟差预报中，可以准确判断出钟差发生何种异常（调频还是调相），针对各类异常，分别采用不同的异常处理，为异常情况下钟差预报提供条件，获得较高的预报精度。异常情况下钟差预报算法可以实现利用异常情况发生后的1小时钟差预报之后的2小时钟差预报精度优于1ns。
李晓宇[10]2012年在《铷原子钟的补偿处理及驯服保持技术》文中研究说明温度和老化漂移会使铷原子钟的输出频率变得不稳定，影响原子钟输出频率的准确度和稳定度。本文通过对铷原子钟的温度特性分析建立了数学模型，然后运用单片机控制DDS，对铷钟的温度进行数字化补偿。另外，通过对铷钟老化特性的分析，研究漂移率补偿算法，建立补偿模型，从而证明了铷钟老化漂移补偿的可行性。通过时频生成与保持系统对基准源输出的10MHz进行补偿修正，系统中数字化的高分辨率DDS根据反馈信息对输出基准信号进行修正，减少老化漂移、环境温度等因素对频率源的影响，然后利用数字锁相环将晶体振荡器锁至铷原子钟后，保持了晶体振荡器自由运行状态下较好的相位噪声水平，大幅度改善了铷原子钟原有的近端相位噪声水平，从而保证系统最终输出高稳定、低相噪的10.23MHz信号。
参考文献：
[1]. 被动型铷原子频标工作参数优化及其相关新技术[D]. 邵作健. 中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所）. 2000
[2]. 小型化铷原子频率标准相关电路的研究与设计[D]. 杨杰辉. 中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所）. 2005
[3]. CPT原子钟、星载钟及时频测控领域的新技术研究[D]. 屈八一. 西安电子科技大学. 2010
[4]. 铷原子频标的电路设计及其低相噪技术研究[D]. 何栋培. 电子科技大学. 2009
[5]. 时频信号的相位比对与处理技术[D]. 李智奇. 西安电子科技大学. 2012
[6]. 螺旋线慢波结构特性研究与应用设计[D]. 张雍. 兰州大学. 2010
[7]. 基于异频信号的群相位量子化处理及其关键技术研究[D]. 杜保强. 西安电子科技大学. 2011
[8]. 铷原子频标伺服电路的研究与改进[D]. 殷花. 电子科技大学. 2011
[9]. 原子钟相位群处理及钟差预报研究[D]. 陈娇. 西安电子科技大学. 2014
[10]. 铷原子钟的补偿处理及驯服保持技术[D]. 李晓宇. 西安电子科技大学. 2012