专利名称：一种被动铷原子频标伺服系统及量子鉴频方法
技术领域：
本发明属于铷原子频标技术领域，具体涉及一种被动铷原子频标伺服系统及量子鉴频方法。
背景技术：
被动型铷原子频标光电检测环路的核心部件包括物理系统、综合、同步鉴相等，由于包括物理系统中微波腔的C场不均匀在内的各种因素的影响导致原子谱线不对称，尽管压控晶振的频率输出经射频倍频、综合、微波倍频、混频后获得的实际频率可以精确等于理论上谱线的峰值频率，但由于实际原子谱线不对称，经过伺服环路对物理系统输出鉴频信号的处理后，输出的纠偏电压中就具有调制频率的基波分量，该基波分量是一个伪误差电压，会使压控晶振频率拉偏。从而使经射频倍频、综合、微波倍频、混频后获得的实际频率并不能等于理论上谱线的峰值频率，会存在着一个频移量。对于一台具体的原子频标面言，若方波调频的深度保持不变，则这个频移量也不变，在伺服系统设计时仍然需要给出不同微波探询频率f\、f2对应的误差输出电压'、V2的具体差值Λ V,并将Λ V的值作为整个物理系统是否闭环锁定的判断依据，的值由微处理器存储并由它来判断，同时系统将同步鉴相工作在某一时刻获得的同步鉴相误差信号AW传递至微处理器，微处理器将同步鉴相误差信号AW与微波探询频率f\、f2对应的误差输出电压Vp V2的差值Λ V进行比较，当AW大于AV时，微处理器将输出相应的量子纠偏信号作用于压控晶振，使其输出频率值上升；同样，当AW小于Δν时,微处理器将输出相应的量子纠偏信号作用于压控晶振,使其输出频率值下降，最终动态的使AW=AV。还有就是在原子基态0-0跃迁中心频率fo处的图形会出现一定的烧孔现象微波射频源输出的微波探询信号锁定只是动态锁定在烧孔附近频率范围上。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种提供一种能判断纠偏需求类型能准确完成铷原子频标伺服系统闭环锁定的被动型铷原子频标伺服系统及量子鉴频方法。为解决上述技术问题，本发明的技术方案为:一种铷原子频标伺服系统，包括微处理器、压控晶振、同步鉴相器、微波射频源、综合器、微波腔，微波腔内装有光电池，所述微波腔两端分别放置同一型号的第一光电池、第二光电池，所述第一光电池发出量子鉴频信号给第一同步鉴相器，所述第二光电池发出量子鉴频信号给第二同步鉴相器，所述第一同步鉴相器、第二同步鉴相器分别与所述微处理器连接。优选的，所述第一光电池与第二光电池对称地安装在微波腔中心轴线的两侧。优选的，所述压控晶振为高稳晶振。一种铷原子频标的量子鉴频方法，分别启动第一同步鉴相器、第二同步鉴相器，将第一同步鉴相器获得相应的频率fn、f21处对应的电压值vn、V12和第二同步鉴相器获得相应的频率f12、f22处对应的电压值v21、V22存储于所述微处理器中；
设定其中一个同步鉴相器为主同步鉴相器，另一个为辅助同步鉴相器；
将主同步鉴相器获得的同步鉴相误差信号Λ W±传递至微处理器，微处理器计算Aff主一AV主；
将辅同步鉴相器获得的同步鉴相误差信号AWif传递至微处理器，微处理器计算AW 辅-AVifl;
根据比较求得的主AW主AV主和AW辅-AV辅的计算结果，判断是否需要改变压控晶振的频率。
优选的，铷原子频标的量子鉴频方法，所述综合器发送到所述微波射频源的调制信号与发送到所述第一同步鉴相器的第一同步信号、发送到所述第二同步鉴相器的第二同步信号是相干的三路信号。可保证同步鉴相的时序关系。
更优选的，微处理器比较AW主-AV主和AW辅-AV辅，当AW主-AV主大于O同时AWif-A Vif小于O时，判断不改变压控晶振的频率；当小于O同时AWif-AVif大于O时，判断不改变压控晶振的频率。此时系统是由于外围电路的干扰出现了不同的纠偏需求。
更优选的，微处理器比较AW主-AV主和AW辅-AV辅，当Λ W主_ Λ V主为0，同时Λ W不为O时，判断不改变压控晶振的频率。以对主同步鉴相模块的判断为准，不进行纠偏操作。
更优选的，微处理器比较AW主-AV主和AW辅-AV辅，当AW主-AV主大于O同时AWif-A Vif大于O时，判断改变压控晶振的频率；当小于O同时于O时，判断改变压控晶振的频率。此时系统由于物理系统部分原因需要纠偏。
更优选的，微处理器比较AW主-AV主和AW辅-AV辅，当AW主-AV主不为0，而AWO时，改变压控晶振的频率。以对主同步鉴相模块的判断为准，进行纠偏操作。
本发明的有益效果是是可以通过两个同步鉴相器与两块光电池的配合，可以减少对于纠偏需求的误判，更快更准确的完成整个铷原子频标伺服系统的闭环锁定。
图1为本发明实施例铷原子频标伺服系统的原理图。
具体实施方式
一种铷原子频标伺服系统，如图1所示，包括微处理器7、高稳晶振1、第一同步鉴相器61、第二同步鉴相器62、微波射频源2、综合器4、微波腔3，微波腔3中心轴线分别放置同一型号的第一光电池51、第二光电池52，第一光电池51发出量子鉴频信号给第一同步鉴相器61，第二光电池52发出量子鉴频信号给第二同步鉴相器62，第一同步鉴相器61、第二同步鉴相器62分别与微处理器7连接。
一种铷原子频标的量子鉴频方法，采用如图1所示的铷原子频标伺服系统，首先分别启动第一同步鉴相器61、第二同步鉴相器62，完成整个物理系统中原子吸收谱线的扫频，将第一同步鉴相器61获得相应的频率fn、f21处对应的电压值Vn、V12和第二同步鉴相器62获得相应的频率f12、f22处对应的电压值V21、V22存储于所述微处理器7中；设定第一同步鉴相器61为主同步鉴相器，第二同步鉴相器62为辅助同步鉴相器；将主同步鉴相器获得的同步鉴相误差信号记为AWf并传递至微处理器7，将第一同步鉴相器61获得相应的频率fn、f21处对应的电压值Vn、V12差值记为Λ V±,微处理器计算;将辅同步鉴相器获得的同步鉴相误差信号记为△评“专递至微处理器7，将第二同步鉴相器62获得相应的频率f12、f22处对应的电压值V21、V22差值记为AVif，微处理器计算AWif-AVif ;根据比较求得的主AW±八￥±和Λ Wif-Λ Vif的计算结果，判断是否需要改变高稳晶振I的频率，具体如下:微处理器7比较Λ W主-AV主和Λ W辅-AV辅，当Λ W主-AV主大于O同时Λ W辅-AV辅小于O时，判断不改变高稳晶振I的频率；当小于O同时Λ Wif-Λ Vif大于O时，判断不改变高稳晶振I的频率。微处理器7比较AW主AV主和AW辅-AV辅，当Λ W主-Λ V主为0，同时Λ W辅-Λ V辅不为O时，判断不改变高稳晶振I的频率。微处理器7比较AW主-AV主和AW辅-AV辅，当AW主-AV主大于O同时AW辅-AV辅大于O时，判断改变高稳晶振I的频率；当0同时AWif-A Vif小于O时，判断改变高稳晶振I的频率。微处理器7比较AW主-AV主和AW辅AV辅，当AW主-AV主不为0，而AW辅-AV辅为O时，改变高稳晶振I的频率。综合器4发送到微波射频源2的调制信号与发送到第一同步鉴相器61的第一同步信号、发送到第二同步鉴相器62的第二同步信号是相干的三路信号。最后所应说明的是，以上具体实施方式
仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细 说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种铷原子频标伺服系统，包括微处理器、压控晶振、同步鉴相器、微波射频源、综合器、微波腔，微波腔内装有光电池，其特征是，所述微波腔两端分别放置同一型号的第一光电池、第二光电池，所述第一光电池发出量子鉴频信号给第一同步鉴相器，所述第二光电池发出量子鉴频信号给第二同步鉴相器，所述第一同步鉴相器、第二同步鉴相器分别与所述微处理器连接。
2.根据权利要求1所述的铷原子频标伺服系统，其特征在于，所述第一光电池与第二光电池对称地安装在微波腔中心轴线的两侧。
3.根据权利要求1或2所述的铷原子频标伺服系统，其特征在于，所述压控晶振为高稳晶振。
4.一种使用权利要求1所述铷原子频标的量子鉴频方法，其特征是，分别启动所述第一同步鉴相器、第二同步鉴相器，将所述第一同步鉴相器获得相应的频率fn、f21处对应的电压值Vn、V12和所述第二同步鉴相器获得相应的频率f12、f22处对应的电压值V21、V22存储于所述微处理器中； 设定其中一个同步鉴相器为主同步鉴相器，另一个为辅助同步鉴相器； 将所述主同步鉴相器获得的同步鉴相误差信号ΔWf传递至所述微处理器，所述微处理器计算ΔW主-ΔV主； 将所述辅同步鉴相器获得的同步鉴相误差信号ΔWif传递至所述微处理器，所述微处理器计算ΔW辅-ΔV辅； 根据比较求得的主ΔW主-ΔV主和ΔW辅-ΔV辅的计算结果，判断是否需要改变所述压控晶振的频率。
5.根据权利要求4所述铷原子频标的量子鉴频方法，其特征在于，所述综合器发送到所述微波射频源的调制信号与发送到所述第一同步鉴相器的第一同步信号、发送到所述第二同步鉴相器的第二同步信号是相干的三路信号。
6.根据权利要求4或5所述的铷原子频标的量子鉴频方法，其特征在于，所述微处理器比较ΔW主-ΔV主和ΔW辅-ΔV辅，当ΔW主-ΔV主大于O同时Δ W辅-Δ V辅小于O时，判断不改变压控晶振的频率；当V±小于O同时ΔWif-ΔVif大于O时，判断不改变压控晶振的频率。
7.根据权利要求4或5所述铷原子频标的量子鉴频方法，其特征在于，所述微处理器比较 ΔW主—ΔV主 口 ΔW辅一ΔV辅，当 ΔW主_ΔV±%0，同Bi ΔW辅—Δ乂辅$力 O压控晶振的频率。
8.根据权利要求4或5所述铷原子频标的量子鉴频方法，其特征在于，所述微处理器比较ΔW主-ΔV主和ΔW辅-ΔV辅，当ΔW主-ΔV主大于O同时Δ W辅-Δ V辅大于O时，判断改变所述压控晶振的频率；当小于O同时ΔWif-ΔVif小于O时，判断改变所述压控晶振的频率。
9.根据权利要求4或5所述铷原子频标的量子鉴频方法，其特征在于，所述微处理器比较ΔW主-ΔV主和ΔW辅-ΔV辅，当ΔW主-ΔV主不为O，而ΔW辅-ΔV辅为O时，改变所述压控晶振的频率。传递至所述微处理器，所述微处理器计算AW辅-AV辅； 根据比较求得的主ΔW主-AV主和AW辅-AV辅的计算结果，判断是否需要改变所述压控晶振的频率。
全文摘要
本发明属于铷原子频标技术领域，具体涉及一种被动铷原子频标伺服系统及量子鉴频方法。铷原子频标伺服系统包括微处理器、压控晶振、同步鉴相器、微波射频源、综合器、微波腔，微波腔内装有光电池，微波腔两端分别放置同一型号的第一光电池、第二光电池，第一光电池发出量子鉴频信号给第一同步鉴相器，第二光电池发出量子鉴频信号给第二同步鉴相器，第一同步鉴相器、第二同步鉴相器分别与所述微处理器连接。设定一个同步鉴相器为主同步鉴相器，另一个为辅助同步鉴相器；根据比较求得的主ΔW主-ΔV主和ΔW辅-ΔV辅的计算结果，判断是否需要改变压控晶振的频率。本发明可以减少对于纠偏需求的误判，更准确的完成铷原子频标伺服系统的闭环锁定。
文档编号H03L7/26GK103152038SQ20131003901
公开日2013年6月12日 申请日期2013年1月31日 优先权日2013年1月31日
发明者雷海东 申请人:江汉大学