本发明属于技术领域，特别涉及一种闭环电子线路系统、仿真方法及装置。
背景技术：
在被动型铷原子频标的伺服控制环路中，量子系统、相敏检波器、压控振荡器等均具有非线性特性，因此环路分析非常复杂。在实际的控制环路构成中，各部件都会对环路引入各自相应的噪声，这些噪声通过控制环路必将对频标的输出带来相应的影响。
在搭建一台标准的原子频标整机工作中，我们需要对组成频标中的各个环节做大量的调试工作来完善整机的性能，就目前而言，各个环节的调试人员在调试独立的相关环节时，都需要借助整机来进一步完成调试工作，即使独立的模块完成后，需要团队一起将模块拼结，共同完善整机的指标。鉴于此，如何提出一种全新的原子频标仿真方法或装置或系统，是本发明继续解决的技术问题。
技术实现要素：
本发明提供一种闭环电子线路系统、仿真方法及装置，解决了或部分解决了现有技术中上述技术问题。
依据本发明的一个方面，提供了一种仿真方法，应用于原子频标，所述仿真方法包括：基于Kenschaft模型获取量子系统的鉴频斜率Kr；依据所述Kr获取环路增益G(f)，并建立模型来评估原子频标性能；根据所述G(f)建立至少包括如下的仿真模型：量子系统仿真模型、压控晶体本振VCXO与倍频链仿真模型、和/或伺服环路仿真模型。
可选的，所述鉴频斜率Kr的计算公式为：
其中，ω0：原子跃迁频率；Δν：线宽；S0：线高；ωS：载波角频率；νm：调频频率的最大频偏。
可选的，所述G(f)的计算公式为：G(f)＝(M-Z)*Kr*Kf(f)*Kv；其中，Kr：量子系统的鉴频斜率；Kf(f)：伺服环路的传递函数；Kv：压控振荡器的压控斜率；M:倍频器的频率变换系数；Z：综合器的频率变换系数。
依据本发明的又一方面，还提供了一种仿真装置，包括：鉴频斜率Kr获取模块，被配置为基于Kenschaft模型获取量子系统的鉴频斜率Kr；环路增益G(f)获取模块，被配置为依据所述Kr获取环路增益G(f)，并建立模型来评估原子频标性能；模型建立模块，被配置为根据所述G(f)建立至少包括如下的仿真模型：量子系统仿真模型、压控晶体本振VCXO与倍频链仿真模型、和/或伺服环路仿真模型。
可选的，所述鉴频斜率Kr获取模块中，所述鉴频斜率Kr的计算公式是：
其中，ω0：原子跃迁频率；Δν：线宽；S0：线高；ωS：载波角频率；νm：调频频率的最大频偏。
可选的，所述环路增益G(f)获取模块中，所述G(f)的计算公式为：G(f)＝(M-Z)*Kr*Kf(f)*Kv；其中，Kr：量子系统的鉴频斜率；Kf(f)：伺服环路的传递函数；Kv：压控振荡器的压控斜率；M:倍频器的频率变换系数；Z：综合器的频率变换系数。
依据本发明的再一方面，提供了一种闭环电子线路系统，应用于上述的方法，所述系统包括：倍频器；量子系统；伺服环路；压控振荡器；综合控制器；其中，所述量子系统与所述伺服环路连接，所述伺服环路与所述压控振荡器连接，所述压控振荡器分别与所述倍频器和所述综合控制器连接，所述倍频器和所述综合控制器分别与所述量子系统连接。
有益效果：
本发明提供的一种闭环电子线路系统，通过将所述量子系统与所述伺服环路连接，所述伺服环路与所述压控振荡器连接，所述压控振荡器分别与所述倍频器和所述综合控制器连接，所述倍频器和所述综合控制器分别与所述量子系统连接。有效的解决了现有技术中当需要对组成频标中的各个环节做调试工作来完善整机的性能时，各个环节的调试人员必须要借助整机才能完成调试工作的技术缺陷，具有结构简单、适用性广的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的闭环电子线路系统的整体结构框图；
图2为本发明实施例提供的闭环电子线路系统的线性示意图；
图3为本发明实施例提供的仿真方法中，量子系统仿真模型示意图；
图4为本发明实施例提供的仿真方法中，压控晶体本振VCXO与倍频链仿真模型示意图；
图5为本发明实施例提供的仿真方法中，伺服环路仿真模型示意图一；
图6为本发明实施例提供的仿真方法中，伺服环路仿真模型示意图二；
图7为本发明实施例提供的仿真方法中，伺服环路仿真模型示意图三；
图8为本发明实施例提供的仿真方法的流程示意图；
图9为本发明实施例提供的仿真装置的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围；其中本实施中所涉及的“和/或”关键词，表示和、或两种情况，换句话说，本发明实施例所提及的A和/或B，表示了A和B、A或B两种情况，描述了A与B所存在的三种状态，如A和/或B，表示：只包括A不包括B；只包括B不包括A；包括A与B。
同时，本发明实施例中，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本发明实施例中所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明目的，并不是旨在限制本发明。
请参阅图1，本发明的一个实施例提供的一种闭环电子线路系统，包括倍频器104；量子系统101；伺服环路102；压控振荡器103；综合控制器105。其中，所述量子系统101与所述伺服环路102连接，所述伺服环路102与所述压控振荡器103连接，所述压控振荡器103分别与所述倍频器104和所述综合控制器105连接，所述倍频器104和所述综合控制器105分别与所述量子系统101连接。
在本发明实施例中，由于一台完整的原子频标系统实际上当环路锁定以后，各部件都只工作在中心频率附近的很小的线性区内。因此，为了简化对环路动态特性的分析，可以将其线性化。此时，本发明实施例提供的环电子线路系统中环路各部件可以用各自的传递函数来表示。请图图2所示，其中，Kr为量子系统101的鉴频斜率；Kf(f)为伺服环路102的传递函数；Kv为压控振荡器103的压控斜率；M和Z分别为倍频器104和综合控制器105的频率变换系数。且[ν0-νql(M-Z)]×KrKfKv+νqf＝νql，此式在本发明实施例中可以作为式1。式1中，νql、νqf分别为闭环、开环时压控振荡器103输出频率。在本发明实施例中作为式2，式2说明环路锁定以后，闭环频差减小到了开环频差的1/(1+G(f))。
由于(M-Z)KrKfKv》1，所以G(f)为环路增益：G(f)＝(M-Z)*Kr*Kf(f)*Kv，此式在本发明实施例中可以作为式3。根据式(3)建立模型来评估原子频标性能。
需要说明的是，在本发明实施例中，式3中的参量M、Z、Kf(f)、Kv可以根据实际电路中的相应元件参数来搭建仿真模型，而Kr为量子系统101的鉴频斜率，无法直接建立模型。因此，在本发明实施例中，根据Kenschaft模型有：此式在本发明实施例中可以作为式4，其中ω为微波输入信号，ω0为原子跃迁频率，Δν为线宽，S0为线高。在本发明实施例中，由式4可知原子吸收线为洛伦兹线形，它描述了光输入信号随输入微波频率信号的变化关系。当整个原子频标处于闭环锁定时，应用泰勒级数得到Kenschaft模型的展开为：
此式在本发明实施例中可以作为式7。此式，将式7带入到3中，即可建立模型来评估原子频标性能。
例如，对于量子系统仿真模型，请参阅图3所示，量子系统仿真模型根据公式7完成微波探询信号的输入与量子鉴频信号的输出转换。
再如，对于压控晶体本振VCXO与倍频链仿真模型，请参阅图4所示，压控晶体本振VCXO与倍频链仿真模型完成微波探询信号的制备。
再如，对于伺服环路仿真模型，请参阅图5-7所示，仿真模型包括前置放大、选频放大、二次陷波及同步鉴相。其中，前置放大完成量子系统中光谱灯的抽运光进过集成滤光共振吸收泡量子鉴频后在光电池400上产生的电信号的放大，选频放大完成自光电池400产生的光检信号经前置放大后信号选频，输出与调制同频的信号参与同步鉴相。二次陷波及同步鉴相完成光检信号与调制参考信号的同步鉴相，得到量子纠偏信号(图4中的VCXO压控电压)作用于压控晶体本振VCXO。
请参阅图8所示，本发明的又一实施例提供了一种仿真方法，应用于原子频标，所述仿真方法至少包括如下步骤：
步骤301，基于Kenschaft模型获取量子系统的鉴频斜率Kr；
步骤302，依据所述Kr获取环路增益G(f)，并建立模型来评估原子频标性能；
步骤303，根据所述G(f)建立至少包括如下的仿真模型：量子系统仿真模型、压控晶体本振VCXO与倍频链仿真模型、和/或伺服环路仿真模型。
对于步骤301而言，所述鉴频斜率Kr的计算公式为：
其中，ω0：原子跃迁频率；Δν：线宽；S0：线高；ωS：载波角频率；νm：调频频率的最大频偏。
对于步骤302而言，所述G(f)的计算公式为：G(f)＝(M-Z)*Kr*Kf(f)*Kv；其中，Kr：量子系统的鉴频斜率，单位是V/Hz；Kf(f)，伺服环路的传递函数；Kv：压控振荡器的压控斜率，单位是Hz/V；M：倍频器的频率变换系数；Z：综合器的频率变换系数。
与本发明的方法实施例相对于，本发明的再一实施例还提供了一种仿真装置，包括：鉴频斜率Kr获取模块，被配置为基于Kenschaft模型获取量子系统的鉴频斜率Kr；环路增益G(f)获取模块，被配置为依据所述Kr获取环路增益G(f)，并建立模型来评估原子频标性能；模型建立模块，被配置为根据所述G(f)建立至少包括如下的仿真模型：量子系统仿真模型、压控晶体本振VCXO与倍频链仿真模型、和/或伺服环路仿真模型。
需要说明的是，本发明方法实施例、装置实施例和本发明的设备实施例相对应，方法实施例、装置实施例未详述部分请参阅设备实施例，此处不再赘述。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上对本发明所提供的闭环电子线路系统、仿真方法及装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。