一种原子频标及其设置方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及原子频率标准技术领域，特别涉及一种原子频标及其设置方法。
【背景技术】
[0002] 通常光抽运式频率标准是一种二级标准，由于其结构简单、体积小、重量轻、价格 低廉，且其指标能够满足大部分应用需要，所以拥有全球90%以上的市场占有量。随着科学 技术的发展，工程应用(如多普勒测速、跟踪、动态定位)不仅对光抽运式频率标准的长稳指 标有要求，也对光抽运式频率标准的短稳指标提出了高的要求。因此，如何使得光抽运式频 率标准在保持较好的长稳指标的同时，短稳指标也得到最大提升满足实际需要，成为研究 领域的一个重要议题。
[0003] 谱灯抽运频率标准具有良好的长期漂移率与稳定度，其长稳、长漂的远期发展态 势可望与商品铯束频标媲美。而激光抽运频率标准由于其抽运光具有良好的单色性及高的 抽运效率，因此其短稳发展前景良好，实验室内其秒级稳定度目前已达(5~7)X1(T13/S，有 人提出将谱灯抽运频率标准与激光抽运频率标准组合成一台频标的方案。
[0004] 然而，上述两台独立的频标组合毕竟增大了体积、重量、功耗，不利于工程应用，且 由于激光稳频、激光可靠性等方面的技术原因，怎样设置原子频标中的各个组件的相关参 数以使得原子频标具有合适的环路增益仍待优化。
【发明内容】
[0005] 为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种原子频标及其设置方法，技 术方案如下：
[0006] -方面，本发明实施例提供了 一种原子频标，所述原子频标包括射频倍频器、微波 倍频器、伺服系统、综合器、控温器、C场恒流源、物理系统、压控晶体振荡器以及隔离放大 器，所述物理系统分别与控温器、C场恒流源、微波倍频器、伺服系统连接，所述伺服系统分 别与所述综合器、所述压控晶体振荡器连接，所述隔离放大器分别与所述压控晶体振荡器、 所述综合器、所述射频倍频器连接，所述微波倍频器分别与所述控温器及所述射频倍频器 连接，
[0007] 所述射频倍频器和所述微波倍频器的倍频次数叠加后的频率变换系数为M，所述 综合器的频率变换系数为Z，所述物理系统的鉴频斜率为Kr，所述压控晶体振荡器的压控斜
率为Kv，所述原子频标的伺服环路等效的环路滤波器截止频率为fn 其中，tl为预设定的所述环路滤波器的时间常数，所述时间常数tl的取值范围是1-lOms。
[0008] 进一步地，所述伺服系统由79Hz选频放大电路、方波整形器、第一锁存驱动电路、 第二锁存驱动电路、第一锁存器、第二锁存器、走时计数器、单片机、数模转换器组成，
[0009] 所述79Hz选频放大电路、所述方波整形器、所述第一锁存驱动电路、所述第一锁存 器、所述走时计数器依次连接，所述第二锁存驱动电路、所述第二锁存器、所述走时计数器 依次连接，所述单片机分别与所述第一锁存驱动电路、所述第二锁存驱动电路、所述第一锁 存器、所述第二锁存器、所述数模转换器连接。
[0010]进一步地，所述第一锁存驱动电路由相互连接的D触发器和所述第一锁存器组成， 所述D触发器的信号端与整形后的79Hz鉴频信号连接，所述D触发器的时钟端与5Hz时钟连 接，所述D触发器的输出端与所述第一锁存器连接；
[0011]所述第二锁存驱动电路由相互连接的所述D触发器和所述第二锁存器组成，所述D触发器的信号端与7 9Hz同步参考信号连接，所述D触发器的时钟端与5MHz时钟连接，所述D 触发器的输出端与第二锁存器连接。
[0012] 进一步地，所述伺服系统中还设置有移相器，所述移相器分别与所述方波整形器 和所述第一锁存驱动电路连接。
[0013] 进一步地，所述移相器的相位移动范围是0-45度。
[0014]另一方面，本发明实施例还提供一种原子频标的设置方法，所述方法包括：
[0015]预设定原子频标的伺服环路等效的环路滤波器截止频率fn以及所述环路滤波器 的时间常数11，其中，所述时间常数11的取值范围是1 -10ms;
[0016] 确定射频倍频器和微波倍频器的倍频次数叠加后的频率变换系数Μ;
[0017] 确定综合器的频率变换系数Ζ;
[0018]
获取物理系统的鉴频斜率和压控晶体振荡器的压控 斜率的乘积关系，其中，Kr为物理系统的鉴频斜率，KV为压控晶体振荡器的压控斜率；
[0019]根据获取到的所述乘积关系分别设置所述鉴频斜率和所述压控斜率。
[0020] 进一步地，其特征在于，在设置所述鉴频斜率和所述压控斜率之后，所述设置方法 还包括：
[0021 ]对所述物理系统的鉴频斜率信号进行相位检测，以获取所述鉴频斜率信号相对于 所述同步信号的相移，通过移相器反馈所述相移给所述同步信号，使所述同步信号与所述 鉴频斜率信号保持相位相同。
[0022]进一步地，其特征在于，所述同步信号产生相位移动时，相位移动的范围是0-45 度。
[0023]进一步地，所述频率变换系数Μ的取值范围为170-690。
[0024]进一步地，所述频率变换系数Ζ的取值范围为0.5-5。
[0025]本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：
[0026]原子频标的总环路增益与低通/高通滤波器的截止频率主要都是由物理系统的鉴 频斜率和压控晶体振荡器的压控斜率的乘积来决定，且其他相关参数的影响较小，因此可 以认定总环路增益等效于截止频率。在调制原子频标具有合适的环路增益时，通过预设定 合适的截止频率，依次设置原子频标中射频倍频器和微波倍频器的频率变换系数、综合器 的频率变换系数、物理系统的鉴频斜率、以及压控晶体振荡器的压控斜率，可以获得较佳的 环路增益。
【附图说明】
[0027]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使 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。
[0028]图1是本发明实施例1提供的一种原子频标的组成框图；
[0029]图2是本发明实施例1提供的伺服系统的组成框图；
[0030]图3是本发明实施例1提供的第一锁存电路原理图；
[0031 ]图4是本发明实施例1提供的第二锁存电路原理图；
[0032]图5是本发明实施例1提供的同步鉴相信号图；
[0033]图6是本发明实施例1提供的仿真物理模型；
[0034]图7是本发明实施例1提供的伺服系统增益取1时的仿真实验结果；
[0035]图8是本发明实施例1提供的伺服系统增益取0.04时的仿真实验结果；
[0036]图9是本发明实施例1提供的一种原子频标的实验结果；
[0037]图10是本发明实施例2提供的一种原子频标的设置方法流程图；
[0038]图11是本发明实施例2提供的无噪声和漂移时控制环路的理想线性模型；
[0039]图12是本发明实施例2提供的考虑噪声之后的控制环路的线性模型。
【具体实施方式】
[0040]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方 式作进一步地详细描述。
[0041 ] 实施例1
[0042] 参见图1，本发明实施例提供了一种原子频标，该原子频标包括射频倍频器1、微波 倍频器2、伺服系统3、综合器4、控温器5、C场恒流源6、物理系统7、压控晶体振荡器8以及隔 离放大器9,物理系统7分别与控温器5、C场恒流源6、微波倍频器2、伺服系统3连接，伺服系 统3分别与综合器4、压控晶体振荡器8连接，隔离放大器9分别与压控晶体振荡器8、综合器 4、射频倍频器1连接，微波倍频器2分别与控温器5及射频倍频器1连接，
[0043]射频倍频器1和微波倍频器2的倍频次数叠加后的频率变换系数为M，综合器4的频 率变换系数为Z，物理系统7的鉴频斜率为Kr，压控晶体振荡器8的压控斜率为Kv，原子频标的 伺服环路等效的环路滤波器截止频率为fn，
>其中，tl为预设定的环路 滤波器的时间常数，时间常数tl的取值范围是1-lOms。
[0044] 具体地，控温器5为物理系统7的光谱灯及吸收泡提供控温，C场恒流源6为物理系 统7提供原子共振跃迀所需的磁场，物理系统7的量子鉴频信号送至伺服系统3用作同步鉴 相，物理系统7和综合器4分别