銣原子頻標(biāo)的時(shí)頻處理技術(shù)研究.pdf

1、原子鐘利用原子的超精細(xì)能級(jí)間躍遷所輻射的頻率對(duì)時(shí)間進(jìn)行度量。由于它計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，原子鐘在過(guò)去的五十年中已成為航空航天、導(dǎo)航定位、通信以及科學(xué)測(cè)量等領(lǐng)域中不可或缺的器件之一。原子鐘主要包括物理部分和線(xiàn)路部分，是高穩(wěn)定度晶體振蕩器的物理鎖定系統(tǒng)，其性能主要取決于物理部分和線(xiàn)路部分的配合。通常情況下，物理部分由于受到外界溫度變化和自身老化等因素的影響而不能達(dá)到理想的效果，同時(shí)由于線(xiàn)路部分需要通過(guò)多級(jí)倍頻、混頻、合成等復(fù)雜頻率變換，將物

2、理部分躍遷頻率鎖定到高穩(wěn)定度晶體振蕩器上，在這個(gè)過(guò)程中，會(huì)引入附加噪聲，影響了原子鐘的短期穩(wěn)定度指標(biāo)。針對(duì)物理部分和線(xiàn)路部分的不足，可以分別利用線(xiàn)路部分的補(bǔ)償以及精密頻率鏈接等時(shí)頻信號(hào)處理技術(shù)來(lái)解決。本文基于廣泛使用的銣原子鐘，針對(duì)以上情況完成了以下幾個(gè)方面的工作：
　　1.針對(duì)銣原子鐘溫度漂移問(wèn)題進(jìn)行了溫度補(bǔ)償技術(shù)研究。本文利用原子鐘的輸出隨溫度變化的重現(xiàn)性的穩(wěn)定性，采用直接數(shù)字頻率合成器對(duì)銣鐘進(jìn)行補(bǔ)償，在沒(méi)有對(duì)被補(bǔ)償頻率源的自

3、身短期穩(wěn)定度產(chǎn)生太大影響的前提下，減小了銣原子鐘的溫度系數(shù)。驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)方法的可行性和有效性。
　　2.針對(duì)銣原子鐘長(zhǎng)期漂移造成頻率準(zhǔn)確度降低的問(wèn)題進(jìn)行了研究。本文利用GPS接收機(jī)輸出的1PPS信號(hào)的長(zhǎng)期平均無(wú)漂移的的特性，設(shè)計(jì)了基于GPS的1PPS的銣原子鐘馴服系統(tǒng)。對(duì)比馴服前后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)輸出頻率的準(zhǔn)確度得到了提高。
　　3.針對(duì)傳統(tǒng)銣原子鐘進(jìn)行了線(xiàn)路簡(jiǎn)化研究。在研究傳統(tǒng)線(xiàn)路的基礎(chǔ)上，根據(jù)周期性信號(hào)間相位比對(duì)過(guò)程中的

4、相位群規(guī)律性變化，提出了對(duì)線(xiàn)路鏈接部分的簡(jiǎn)化處理技術(shù)，即將一個(gè)特殊頻率值為13.669375MHz的VCOCXO，經(jīng)過(guò)500倍頻后可直接得到銣原子能級(jí)躍遷的激勵(lì)信號(hào)，再經(jīng)過(guò)鐘伺服對(duì)VCOCXO進(jìn)行鎖定，從而改善了13.669375MHz VCOCXO的輸出頻率信號(hào)指標(biāo)。但13.669375MHz的信號(hào)往往不能直接被使用，可進(jìn)一步通過(guò)基于周期性信號(hào)間的精密頻率鏈接技術(shù)，將擁有銣原子能級(jí)躍遷指標(biāo)的13.669375MHz VCOCXO信號(hào)的