一种秒脉冲闸门控制装置及控制方法与流程

本发明涉及原子频标技术领域，具体涉及一种秒脉冲闸门控制装置及控制方法。

背景技术：

被动型铷原子频标中，量子系统是整个原子频标的核心部件，它提供一个频率稳定、线宽较窄的原子共振吸收线。经综合调制后，电子线路产生的源于压控石英晶体振荡器（vcxo）的带调制的微波探询信号作用于量子系统，经量子鉴频后，通过伺服电路对量子鉴频信息的处理，最终将本振的输出频率锁定在铷原子的基态超精细0－0跃迁中心频率上。现有大多数伺服电路根据综合提供的同步鉴相信号对量子鉴频信号进行同步鉴相，并根据鉴相结果信息采用独立的d/a压控本振的方式来实现整机的闭环锁定，最终通过本振输出稳定度较高的频率信号。gps同步校准的推广，对现有原子钟可谓是提供了一个新的舞台，我们完全可以将原子钟的长期运行指标跟gps同步，而短期指标保留现有技术，这样就可以避免由于系统内部原因造成的整机漂移带来的输出信号频率变化。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提出一种可以提高vcxo输出频率精度和稳定度的秒脉冲闸门控制装置及控制方法。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案（一）是：一种秒脉冲闸门控制装置，包括vxco模块，还包括gps信号接收机、相位累积模块、dds分频模块、压控修正模块和伺服模块；

所述gps信号接收机适于接收gps信号且其信号输出端连接到所述相位累积模块的信号输入端；

所述dds分频模块的信号输入端连接到所述vxco模块的信号输出端，所述dds分频模块的信号输出端连接到所述相位累积模块的信号输入端；

所述相位累积模块的信号输出端连接到所述伺服模块的信号输入端，所述相位累积模块适于通过累积计算来自gps信号接收机的同步参考信号与来自vcxo的分频信号之间的相位差，并将相位差转换成频率差，再将频率差通过压控斜率关系换算成直流纠偏电压，最终将直流纠偏电压输出到伺服模块；

所述伺服模块适于对所述vcxo模块所作用的量子系统进行检测以计得初始修正电压，再在初始修正电压结合直流纠偏电压后通过压控修正模块对vcxo模块进行压控修正。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案（二）是：一种秒脉冲闸门控制方法，包括以下特征步骤：

a、通过接收机获得gps卫星信号并经转换处理后得到gps秒脉冲信号f0，所述gps秒脉冲闸门信号f0的频率为1hz即宽度为t=1秒，基于所述gps秒脉冲闸门信号f0产生1khz的同步参考信号f1，将所述信号f0和信号f1送至相位累积模块中；

b、将vcxo的输出信号经dds分频后得到分频信号f2并送至相位累积模块中；

c、在gps秒脉冲闸门信号f0在高电平时，开始所述信号f1与分频信号f2的相位差累积计算，并记录所述信号f1与所述信号f2的相位差的具体数值；

d、在经过m次t=1秒的采样且=0时，将m*t时间内获得的相位差数据转换成对应所述信号f1和信号f2的频差值；

e、根据预设的vcxo的压控斜率值将频差值转化成为直流纠偏电压值；

f、通过压控修正模块根据公式对所述vcxo进行压控修正，v0为伺服模块输送至压控修正模块的电压值，v为实际直接作用于vcxo的纠偏电压。

进一步的，还包括步骤g、设置所述vcxo输出频率的最高值和最低值分别为并记录与之相对应的电压值上、下限v1、v2，判断所述纠偏电压v与所述电压值v1、v2的大小关系，当所述v>v1或v<v2时，所述v=v0；当所述v2<v<v1时，所述。

进一步的，还包括步骤h、设定vcxo的压控斜率值a，通过a*=b，b为每天vcxo的老化漂移数据，将b补偿到vcxo因老化漂移引起的频率变化中。

进一步的，所述分频信号f2与所述同步参考信号f1频率具有相近的粗频率值。

进一步的，在所述步骤b中对分频信号f2进行dds分频处理时，采用的dds为ad9852，通过其技术参考书确定dds通讯用的分频数值，结合公式：

其中，f为通过走时计数器计数、单片机运算得到的被测信号的粗频率值，f为1khz；

将所述分频数值写入dds缓存区，经dds后得到1khz的频率信号，将所得的频率信号再送至低通滤波模块后得到最终的1khz频率信号输出。

进一步的，在所述步骤c中，在gps秒脉冲闸门信号f0在高电平时，经t1时间后，vcxo的分频信号f2第一个脉冲的上升沿，使相位累积有效，当t秒后，gps秒脉冲闸门高电平再次到来时，经过t2时间后，等到随后而至的分频信号f2的上升沿到来时，即时刻参考信号f1与vcxo分频信号的相位差累积计算过程一直持续。

本发明的有益效果是：

本发明通过引入gps信号作为同步参考信号，在t=1秒的脉冲信号宽度内进行同步参考信号与分频信号进行相位累积计算，并通过相位差最终计得直流纠偏电压，通过将和由伺服模块测得的初始修正电压v0结合后对vcxo模块进行压控修正，提高了vcxo模块的频率输出精度。

值得一提的是，在相位积累计算时，通过在秒脉冲时间闸门内设定在t1时间后相位累积有效和在秒脉冲时间闸门之外的t2时间内仍进行相位累积计算，使得相位累积计算结果与实际更加符合，进一步的提高了修正精度。

附图说明

下面结合附图对本发明的秒脉冲闸门控制装置及控制方法作进一步说明。

图1是本发明中秒脉冲闸门控制装置的结构框图；

图2是对分频信号f2进行处理的示意图；

图3是在相位累积计算示意图；

图4是vcxo输出频率的范围调整示意图。

具体实施方式

实施例

根据图1所示，本发明中的秒脉冲闸门控制装置，包括vxco模块，还包括gps信号接收机、相位累积模块、dds分频模块、压控修正模块和伺服模块。

gps信号接收机适于接收gps信号且其信号输出端连接到相位累积模块的信号输入端。

dds分频模块的信号输入端连接到vxco模块的信号输出端，dds分频模块的信号输出端连接到相位累积模块的信号输入端。

相位累积模块的信号输出端连接到伺服模块的信号输入端，相位累积模块适于通过累积计算来自gps信号接收机的同步参考信号与来自vcxo的分频信号之间的相位差，并将相位差转换成频率差，再将频率差通过压控斜率关系换算成直流纠偏电压，最终将直流纠偏电压输出到伺服模块。

伺服模块适于对vcxo模块所作用的量子系统进行检测以计得初始修正电压，再在初始修正电压结合直流纠偏电压后通过压控修正模块对vcxo模块进行压控修正。

在上述控制装置中进行的秒脉冲闸门控制方法，包括以下步骤：

a、通过接收机获得gps卫星信号并经转换处理后得到gps秒脉冲信号f0，gps秒脉冲闸门信号f0的频率为1hz即宽度为t=1秒，基于gps秒脉冲闸门信号f0产生1khz的同步参考信号f1，将信号f0和信号f1送至相位累积模块中；

b、将vcxo的输出信号经dds分频后得到分频信号f2并送至相位累积模块中；

c、如图3所示，在gps秒脉冲闸门信号f0在高电平时，开始信号f1与分频信号f2的相位差累积计算，并记录信号f1与信号f2的相位差的具体数值；

d、在经过m次t=1秒的采样且=0时，将m*t时间内获得的相位差数据转换成对应信号f1和信号f2的频差值；

e、根据预设的vcxo的压控斜率值将频差值转化成为直流纠偏电压值；

f、通过压控修正模块根据公式对vcxo进行压控修正，v0为伺服模块输送至压控修正模块的电压值，v为实际直接作用于vcxo的纠偏电压。

可以作为优选的是：如图4所示，还包括步骤g、设置vcxo输出频率的最高值和最低值分别为并记录与之相对应的电压值上、下限v1、v2，判断纠偏电压v与电压值v1、v2的大小关系，当v>v1或v<v2时，v=v0；当v2<v<v1时，。

可以作为优选的是：还包括步骤h、设定vcxo的压控斜率值a，通过a*=b，b为每天vcxo的老化漂移数据，将b补偿到vcxo因老化漂移引起的频率变化中。

可以作为优选的是：分频信号f2与同步参考信号f1频率具有相近的粗频率值。

可以作为优选的是：如图2所示，在步骤b中对分频信号f2进行dds分频处理时，采用的dds为ad9852，通过其技术参考书确定dds通讯用的分频数值，结合公式：

其中，f为通过走时计数器计数、单片机运算得到的被测信号的粗频率值，f为1khz；

将分频数值写入dds缓存区，经dds后得到1khz的频率信号，将所得的频率信号再送至低通滤波模块后得到最终的1khz频率信号输出。

如图3所示，在步骤c中，在gps秒脉冲闸门信号f0在高电平时，经t1时间后，vcxo的分频信号f2第一个脉冲的上升沿，使相位累积有效，当t秒后，gps秒脉冲闸门高电平再次到来时，经过t2时间后，等到随后而至的分频信号f2的上升沿到来时，即时刻参考信号f1与vcxo分频信号的相位差累积计算过程一直持续。

本发明的不局限于上述实施例，本发明的上述各个实施例的技术方案彼此可以交叉组合形成新的技术方案，另外凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。