原子频标伺服控制方法及原子频标的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及原子频标领域，特别涉及一种原子频标伺服控制方法及原子频标。
【背景技术】
[0002]为获得大自然中比较稳定的时间频率，人们通过对铷、铯、氢等原子施加弱磁场，使其原子能级由基态转变为激发态，利用不受外界磁场干扰的基态超精细结构0-0跃迀中心频率作为参照时间频率值。
[0003]在原子频标中，压控晶振输出的探测信号经过综合模块处理得到微波探询信号，微波探询信号包括fl、f2两个边带;物理系统对微波探询信号进行鉴频，将会得到两个鉴频信号V1、V2，如果VI等于V2，说明fl、f2恰好处于原子谱线中心频率fo左右两侧且正好对称，此时微波探询信号对准了原子跃迀中心频率;而当VI不等于V2时，伺服模块根据鉴频信号产生纠偏电压作用于压控晶振，以调整压控晶振的输出频率;通过上述结构单元，最终将压控晶振的输出频率锁定在原子跃迁中;L.、频率上。
[0004]在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题:
[0005]由于物理系统中微波腔中原子所加磁场可能受电子线路(压控晶振、综合模块、伺服模块等)影响，微波腔中各个部位的原子的共振频率会有差别，而实际的原子谱线是各部分原子谱线的叠加，原子谱线形状反映了微波腔中磁场分布的情况，在这种情况下，原子谱线由于施加磁场的不均匀、不对称，就会导致实际的原子谱线出现畸变，在原子谱线畸变的情况下，当Π和f2处于fo的两侧时，检测到的两个电压VI和V2是不相等的，也就是说，在现有技术中，认为对准原子跃迀中心频率fo时，S卩V1=V2时，实际上并没有真实地反映中心频率值。因此，现有技术无法准确的锁定原子跃迀中心频率。
【发明内容】
[0006]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伺服控制方法及原子频标。所述技术方案如下:
[0007]第一方面，本发明实施例提供了一种原子频标伺服控制方法，所述方法包括:
[0008]将未经调制的探测信号作用于物理系统上，所述物理系统包括对称设置在微波腔中的第一光电池和第二光电池；
[0009]通过扫频技术拟合出与所述第一光电池对应的第一原子谱线图以及与所述第二光电池对应的第二原子谱线图；
[0010]将经过调制的探测信号作用于所述物理系统上，通过同步鉴相技术分别得到与所述第一光电池对应的第一误差信号A W1以及与所述第二光电池对应的第二误差信号Δ W2;
[0011]在所述第一原子谱线图上查找所述经过调制的探测信号两个边带对应的电压值VII和V12，在所述第二原子谱线图上查找所述经过调制的探测信号两个边带对应的电压值V21和V22;
[0012]计算AVI 和 AV2，Δ VI =V11-V12-Δ ffl, Δ V2 = V21-V22-Δ ff2 ；
[0013]当所述ΔVI和Δ V2的乘积为正时，对原子频标进行纠偏；当所述Δ VI和Δ V2的乘积为负时，不对所述原子频标进行纠偏；当所述A VI和△ V2的乘积为0，且所述△ VI不为0时，对所述原子频标进行纠偏；当所述A VI和△ V2的乘积为0，且所述△ VI为0时，不对所述原子频标进行纠偏。
[0014]在本发明实施例的一种实现方式中，所述通过扫频技术拟合出与所述第一光电池对应的第一原子谱线图以及与所述第二光电池对应的第二原子谱线图，包括:
[0015]控制所述未经调制的探测信号进行扫频；
[0016]采集所述第一光电池输出的鉴频信号的第一电压以及与所述第一电压一一对应的探测信号频率值，拟合出所述第一原子谱线图；采集所述第二光电池输出的鉴频信号的第二电压以及与所述第二电压一一对应的探测信号频率值，拟合出所述第二原子谱线图。
[0017]在本发明实施例的另一种实现方式中，所述通过同步鉴相技术分别得到与所述第一光电池对应的第一误差信号△ W1以及与所述第二光电池对应的第二误差信号△ W2，包括:
[0018]获取所述物理系统产生的第一鉴频信号和第二鉴频信号，所述第一鉴频信号由第一光电池输出，所述第二鉴频信号由第二光电池输出；
[0019]将所述第一鉴频信号与参考信号进行同步鉴相，得到所述第一误差信号AW1，将所述第二鉴频信号与所述参考信号进行同步鉴相，得到所述第二误差信号A W2。
[0020]第二方面，本发明实施例还提供了一种原子频标，所述原子频标包括:压控晶振、综合模块、物理系统、同步鉴相模块和中央处理器，所述物理系统包括对称设置在微波腔内的第一光电池和第二光电池；
[0021 ]所述压控晶振，用于提供一探测信号；
[0022]所述综合模块，用于对所述探测信号进行调制并将经过调制的探测信号作用于所述物理系统上；
[0023]所述同步鉴相模块，用于通过同步鉴相技术分别得到与所述第一光电池对应的第一误差信号A W1以及与所述第二光电池对应的第二误差信号Δ W2;
[0024]所述中央处理器，用于在第一原子谱线图上查找所述经过调制的探测信号两个边带对应的电压值VII和V12，在第二原子谱线图上查找所述经过调制的探测信号两个边带对应的电压值V21 和V22;计算 Δ VI和 Δ V2，Δ VI =V11-V12- Δ W1，Δ V2 = V21_V22_ Δ W2;当所述Δ VI和△ V2的乘积为正时，对所述原子频标进行纠偏；当所述△ VI和△ V2的乘积为负时，不对所述原子频标进行纠偏；当所述△ VI和△ V2的乘积为0，且所述△ VI不为0时，对所述原子频标进行纠偏；当所述△ VI和△ V2的乘积为0，且所述△ VI为0时，不对所述原子频标进行纠偏；
[0025]所述中央处理器中存储有所述第一原子谱线图和所述第二原子谱线图，所述第一原子谱线图和所述第二原子谱线图是将未经调制的探测信号作用于物理系统上，通过扫频技术拟合得到的，所述第一原子谱线图和所述第一光电池对应，所述第二原子谱线图和所述第二光电池对应。
[0026]在本发明实施例的一种实现方式中，所述第一光电池和所述第二光电池为相同的光电池。
[0027]在本发明实施例的另一种实现方式中，所述第一光电池和第二光电池关于所述微波腔的中轴线对称。
[0028]在本发明实施例的另一种实现方式中，所述物理系统还包括:光谱灯、绕设在所述微波腔上的C场线圈、与所述C场线圈电连接的恒流源、设于所述微波腔内的集成滤光共振泡、以及设于所述微波腔尾部的耦合环，所述集成滤光共振泡和所述光电池均设在所述光谱灯的光路上，且所述集成滤光共振泡位于所述光谱灯和所述光电池之间，所述微波腔尾部是指所述微波腔内远离所述光谱灯的一端。
[0029]在本发明实施例的另一种实现方式中，所述第一光电池和所述第二光电池为在800nm有最强感光效应的硅光电池。
[0030]在本发明实施例的另一种实现方式中，所述同步鉴相模块包括第一同步鉴相单元和第二同步鉴相单元，所述第一同步鉴相单元与所述第一光电池电连接，所述第二同步鉴相单元与所述第二光电池电连接。
[0031]在本发明实施例的另一种实现方式中，所述综合模块包括隔离放大器、射频倍频单元、微波倍混频单元、微处理器和频率合成器，所述微处理器分别与所述同步鉴相模块、所述隔离放大器和所述频率合成器电连接，所述隔离放大器分别与所述压控晶振和所述射频倍频单元电连接，所述微波倍混频单元分别与所述射频倍频单元、所述频率合成器及所述物理系统电连接。
[0032]其中，所述频率合成器为直接式数字频率合成器。
[0033]本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:
[0034]在本发明实施例中，物理系统中设置有两个光电池，我们采用未经调制的探测信号分别通过这两个光电池拟合出第一原子谱线和第二原子谱线，此时，物理系统未受到电子线路干扰，因此拟合出的原子谱线不包括电子线路干扰成分。在纠偏时，采用调制的探测信号的两个边带分别从第一原子谱线和第二原子谱线查找对应值，并分别计算出两个电压差V11-V12和V21-V22，而此时通过鉴频和同步鉴相同时得到对应第一光电池的第一误差信号 Δ W1 和第二误差信号 Δ W2。分别计算 Δ VI和 Δ V2，Δ VI = V11-V12- Δ W1，Δ V2 = V21_V22_