CN102624387A - 一种原子频标的短期稳定度参数优化的方法和装置 - Google Patents

一种原子频标的短期稳定度参数优化的方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN102624387A
CN102624387A CN2012100879471A CN201210087947A CN102624387A CN 102624387 A CN102624387 A CN 102624387A CN 2012100879471 A CN2012100879471 A CN 2012100879471A CN 201210087947 A CN201210087947 A CN 201210087947A CN 102624387 A CN102624387 A CN 102624387A
Authority
CN
China
Prior art keywords
point
frequency
parameter
microwave power
experimental
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2012100879471A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102624387B (zh
Inventor
詹志明
雷海东
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jianghan University
Original Assignee
Jianghan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jianghan University filed Critical Jianghan University
Priority to CN201210087947.1A priority Critical patent/CN102624387B/zh
Publication of CN102624387A publication Critical patent/CN102624387A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102624387B publication Critical patent/CN102624387B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明公开了一种原子频标的短期稳定度参数优化的方法和装置，属于原子频标领域。方法：设置多个工作参数点；每个工作参数点包括多个实验点且每个实验点对应不同的待优化参数，每个待优化参数对应多个实验点且对应的实验点数量相同，与同一个待优化参数相对应的实验点均匀分布在待优化参数的取值范围内且包括取值范围的两端点，每两个工作参数点中最多只有一个实验点相同，且各个实验点在所有工作参数点中出现的次数相等；待优化参数包括调制深度、调制频率和微波功率；根据各工作参数点分别调节调制深度、调制频率和微波功率；计算各工作参数点对应的原子频标的鉴频斜率，选择最佳工作参数点。本发明提高原子频标的短期稳定度。

Description

一种原子频标的短期稳定度参数优化的方法和装置
技术领域
本发明涉及原子频标领域，特别涉及一种原子频标的短期稳定度参数优化的方法和装置。
背景技术
原子频标的参数优化包括原子频标的长期稳定度参数优化和短期稳定度参数优化。短期稳定度参数优化是通过相关优化试验获取影响短期稳定度的所有系统参数的最佳工作参数点。影响短期稳定度的系统参数主要包括调制深度和调制频率。
现有的短期稳定度参数优化的实验即以调制深度和调制频率为待测系统参数，然后将待测系统参数逐个优化。例如，首先优化调制频率：固定调制深度的值，对调制频率进行小范围调节，测量原子频标的输出频率信号的稳定度，选择短期稳定度最高时的调制频率值作为调制频率的最优工作取值；然后优化调制深度：将已优化的调制频率固定在其最优工作取值，对调制深度进行小范围调节，测量原子频标的输出频率信号的稳定度，获取调制深度的最优工作取值；最后将两者的最优工作取值的组合作为前述原子频标短期稳定度的所有系统参数的最佳工作参数点。
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：
改变待测系统参数逐个优化的顺序，如预先固定调制频率而不是调制深度，会产生另外的最佳工作参数点。这是由于现有的参数优化实验是采取预先固定某些系统参数的方法，忽略了各系统参数之间存在交互作用的影响，所以最终得到的最佳工作参数点不准确，进而限制了原子频标的短期稳定度的进一步提高。
发明内容
为了提高原子频标的短期稳定度，本发明实施例提供了一种原子频标的短期稳定度参数优化的方法和装置。所述技术方案如下：
一种原子频标的短期稳定度参数优化的方法，所述方法包括：
设置多个工作参数点；每个所述工作参数点包括多个实验点且每个所述实验点对应不同的待优化参数，每个所述待优化参数对应多个实验点且对应的所述实验点数量相同，与同一个待优化参数相对应的实验点均匀分布在所述待优化参数的取值范围内且包括所述取值范围的两端点，每两个所述工作参数点中最多只有一个所述实验点相同，且各个所述实验点在所有所述工作参数点中出现的次数相等；所述待优化参数包括调制深度、调制频率和微波功率；
根据各所述工作参数点分别调节所述原子频标的调制深度、调制频率和微波功率；
计算各所述工作参数点对应的原子频标的鉴频斜率，并根据所述鉴频斜率选择最佳工作参数点。
具体地，所述调制深度的取值范围为250Hz～450Hz，所述调制频率的取值范围为79Hz～99Hz，所述微波功率的取值范围为-40dBm～-30dBm。
其中，所述计算各所述工作参数点对应的原子频标的鉴频斜率，并根据所述鉴频斜率选择最佳工作参数点，包括：
调节输入至所述原子频标中压控晶振的压控电压的大小；
采集每次调节所述压控晶振后，所述原子频标的伺服电路同步鉴相后输出的量子纠偏电压信号，获得纠偏电压；
根据所述压控晶振的输出频率与所述量子纠偏电压信号得到鉴频斜率曲线，并根据所述鉴频斜率曲线计算各所述工作参数点对应的所述原子频标的鉴频斜率；
比较计算出的所有所述鉴频斜率，将鉴频斜率最大的工作参数点，作为与所述原子频标短期稳定度对应的所述最佳工作参数点。
其中，所述方法还包括：
先改变所述原子频标的C场电流，再进一步调节所述原子频标的所述微波功率，同时保持所述最佳工作参数点中除所述微波功率对应的实验点外的其余实验点不变，测量所述原子频标输出频率与标准时钟源的频率差值，并根据所述差值确定最佳工作参数点中对应所述微波功率的最优实验点、以及所述C场电流。
具体地，所述C场电流的变化范围为1mA-2.5mA；所述微波功率的调节范围为所述最佳工作参数点中对应的微波功率与原子频标长期稳定度的最佳工作参数点中对应的微波功率之间；及
所述C场电流的改变量为0.5mA；所述微波功率的调节量为0.5dBm。
一种原子频标的短期稳定度参数优化的装置，所述装置包括：
设置模块，用于设置多个工作参数点；每个所述工作参数点包括多个实验点且每个所述实验点对应不同的待优化参数，每个所述待优化参数对应多个实验点且对应的所述实验点数量相同，与同一个待优化参数相对应的实验点均匀分布在所述待优化参数的取值范围内且包括所述取值范围的两端点，每两个所述工作参数点中最多只有一个所述实验点相同，且各个所述实验点在所有所述工作参数点中出现的次数相等；所述待优化参数包括调制深度、调制频率和微波功率；
调制深度调节模块，用于根据各所述工作参数点中对应调制深度的实验点，调节原子频标的综合器的调制深度；
调制频率调节模块，用于根据各所述工作参数点中对应调制频率的实验点，调节所述综合器的调制频率；
微波功率调节模块，用于根据各所述工作参数点中对应微波功率的实验点，调节输入至物理系统的微波信号的微波功率；
计算模块，用于计算各所述工作参数点对应的原子频标的鉴频斜率，并根据所述鉴频斜率选择最佳工作参数点；
所述设置模块分别与所述调制深度调节模块、所述调制频率调节模块、所述微波功率调节模块和所述计算模块相连；所述调制深度调节模块和所述调制频率调节模块分别与所述综合器相连；所述微波功率调节模块与所述原子频标的微波倍、混频相连；所述计算模块分别与所述原子频标的压控晶振和伺服电路相连。
其中，所述装置还包括C场电流调节模块，
所述C场电流调节模块与所述计算模块相连，用于改变所述原子频标的C场电流；
相应地，所述微波功率调节模块还用于，
在改变所述C场电流后，调节所述原子频标的所述微波功率；
相应地，所述计算模块还用于，
同时保持所述最佳工作参数点中除所述微波功率对应的实验点外的其余实验点不变，测量所述原子频标输出频率与标准时钟源的频率差值，并根据所述差值确定最佳工作参数点中对应所述微波功率的最优实验点、以及所述C场电流。
其中，所述计算模块包括：
调节单元，用于调节输入至所述原子频标中压控晶振的压控电压的大小；
采集单元，用于采集每次调节所述压控晶振后，所述原子频标的伺服电路同步鉴相后输出的量子纠偏电压信号，获得纠偏电压；
计算单元，用于根据所述压控晶振的输出频率与所述量子纠偏电压信号得到鉴频斜率曲线，并根据所述鉴频斜率曲线计算各所述工作参数点对应的所述原子频标的鉴频斜率；
比较单元，用于比较计算出的所有所述鉴频斜率，将鉴频斜率最大的工作参数点，作为与所述原子频标短期稳定度对应的所述最佳工作参数点；
所述调节单元分别与所述压控晶振和所述计算单元相连；所述采集单元分别与所述伺服电路和所述计算单元相连；所述计算单元与所述比较单元相连。
进一步地，所述计算模块包括计算机和微控制器。
其中，所述装置还包括显示模块，
所述显示模块与所述计算模块相连，用于显示所述鉴频斜率和所述最佳工作参数点。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过设置工作参数点，并使得工作参数点中对应的待优化参数的实验点在待优化参数的取值范围内分布均匀；根据各所述工作参数点分别调节所述原子频标的调制深度、调制频率和微波功率；计算各工作参数点对应的原子频标的鉴频斜率，并根据鉴频斜率选择最佳工作参数点；能够解决现有的原子频标的短期稳定度参数优化实验中系统参数之间存在交互作用的问题，使得到的最佳工作参数点更加准确，提高了原子频标的短期稳定度；进一步平衡了长期稳定度，提高了原子频标整机的稳定度。
附图说明
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。
图1是本发明实施例1中提供的一种原子频标的短期稳定度参数优化的方法的流程图；
图2是本发明实施例2中提供的一种原子频标的短期稳定度参数优化的方法的流程图；
图3是本发明实施例2中提供的工作参数点分布的示意图；
图4是本发明实施例2中提供的鉴频斜率曲线的示意图；
图5是本发明实施例2中提供的微波功率与频率差的关系示意图；
图6是本发明实施例3中提供的原子频标的示意图；
图7是本发明实施例3中提供的一种原子频标的短期稳定度参数优化的装置的示意图；
图8是本发明实施例4中提供的一种原子频标的短期稳定度参数优化的装置的示意图；
图9是本发明实施例4中提供的C场电流调节模块工作原理的示意图。
具体实施方式
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。
实施例1
参见图1，本发明实施例1提供了一种原子频标的短期稳定度参数优化的方法，具体包括：
101：设置多个工作参数点；每个工作参数点包括多个实验点且每个实验点对应不同的待优化参数，每个待优化参数对应多个实验点且对应的实验点数量相同，与同一个待优化参数相对应的实验点均匀分布在待优化参数的取值范围内且包括取值范围的两端点，每两个工作参数点中最多只有一个实验点相同，且各个实验点在所有工作参数点中出现的次数相等；该待优化参数包括调制深度、调制频率和微波功率。
其中，调制深度的取值范围为250Hz～450Hz，调制频率的取值范围为79Hz～99Hz，微波功率的取值范围为-40dBm～-30dBm。
102：根据各工作参数点分别调节原子频标的调制深度、调制频率和微波功率。
103：计算各工作参数点对应的原子频标的鉴频斜率，并根据鉴频斜率选择最佳工作参数点。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过设置工作参数点，并使得工作参数点中对应的待优化参数的实验点在待优化参数的取值范围内分布均匀；根据各工作参数点分别调节原子频标的调制深度、调制频率和微波功率；计算各工作参数点对应的原子频标的鉴频斜率，并根据鉴频斜率选择最佳工作参数点；能够解决现有的原子频标的短期稳定度参数优化实验中系统参数之间存在交互作用的问题，使得到的最佳工作参数点更加准确，提高了原子频标的短期稳定度；进一步平衡了长期稳定度，提高了原子频标整机的稳定度。
实施例2
参见图2，本发明实施例2提供了一种原子频标的短期稳定度参数优化的方法，该方法包括：
201：设置多个工作参数点；每个工作参数点包括多个实验点且每个实验点之间对应不同的待优化参数，每个待优化参数对应多个实验点且对应的实验点数量相同，与同一个待优化参数相对应的实验点均匀分布在待优化参数的取值范围内且包括取值范围的两端点，每两个工作参数点中最多只有一个实验点相同，且各个实验点在所有工作参数点中出现的次数相等；该待优化参数包括调制深度、调制频率和微波功率。
具体地，该步骤可以分为以下三步：
第一步：确定待优化参数及各待优化参数的取值范围。
如表1所示，在本实施例中，该待优化参数包括调制深度、调制频率和微波功率。其中，原子频标短期稳定度主要由量子系统的系数谱线的优值Q和信噪比决定。一方面，在长期稳定度的最优工作参数点确定的情况下，影响优值Q和信噪比的系统参数主要包括调制深度和调制频率。另一方面，由于量子系统的物理机理的限制，为使最终获取的短期稳定度更加准确，在实施例中，还考虑到微波功率对短期稳定度的影响。
其中，本实施例分别为调制深度、调制频率和微波功率确定一个取值范围。调制深度的取值范围为250Hz～450Hz，调制频率的取值范围为79Hz～99Hz，微波功率的取值范围为-40dBm～-30dBm。为每一个待优化参数确定一个取值范围，目的是为了减少实验次数。因为在实际操作中，要进行全面的实验是比较困难的。
其中，调制深度的取值应该小于物理系统中原子的线宽。而对于较窄线宽，取值范围为100Hz-500Hz。为方便均匀取值，本实施例选取了250Hz～450Hz作为调制深度的取值范围。调制频率的取值应该避开市电50Hz的整数倍，本实施例选取了79Hz～99Hz作为调制频率的取值范围。微波功率的取值范围要考虑信噪比及饱和增宽的影响，本实施例中微波功率的取值范围为-40dBm～-30dBm。为方便说明，下文中分别用A、B和C表示调制深度、调制频率和微波功率。
表1
  待优化参数   取值范围
  A(调制深度)   250Hz～450Hz
  B(调制频率)   79Hz～99Hz
  C(微波功率)   -40dBm～-30dBm
第二步：在各待优化参数的取值范围中选取各待优化参数的实验点。
其中，每个待优化参数对应多个实验点且每个待优化参数对应的实验点数量相同，与同一个待优化参数相对应的实验点均匀分布在待优化参数的取值范围内且包括该取值范围的两端点。
这种选取实验点的方式可以保证各待优化参数的对应的实验点在其自身的取值范围内分布均匀，提高实验测量结果的精确度。
表2
  待优化参数   实验点   差值
  A   250Hz、350Hz、450Hz   100Hz
  B   79Hz、89Hz、99Hz   10Hz
  C   -40dBm、-35dBm、-30dBm   5dBm
在本实施例中，如表2所示，调制深度、调制频率和微波功率对应的实验点各为3个；按照实验点的大小，A包括A1、A2、A3；B包括B1、B2、B3；C包括C1、C2、C3。调制深度、调制频率和微波功率对应的实验点均包括了自身取值范围的端点且均匀分别在自身取值范围内。调制深度的相邻实验点之间的差值为100Hz，调制频率的相邻实验点相邻之间的差值为10Hz，微波功率的相邻实验点间的差值为5dBm。
第三步：根据实验点设置原子频标的工作参数点。
其中，每个工作参数点包括多个实验点且每个实验点间对应不同的待优化参数，每两个工作参数点中最多只有一个实验点相同，且各个实验点在所有工作参数点中出现的次数相等。
这种设置方式能保证所有的工作参数点在所有待优化参数的取值范围内分布均匀，进一步提高实验测量结果的精确度。
本实施例按前述设置的方式，根据实验点设置了9个工作参数点，具体如表3所示，
表3
  工作参数点号  A(调制深度)  B(调制频率)   C(微波功率)
  ①  250Hz  79Hz   -40dBm
  ②  250Hz  89Hz   -35dBm
  ③  250Hz  99Hz   -30dBm
  ④  350Hz  79Hz   -35dBm
  ⑤  350Hz  89Hz   -30dBm
  ⑥  350Hz  99Hz   -40dBm
  ⑦  450Hz  79Hz   -30dBm
  ⑧  450Hz  89Hz   -40dBm
  ⑨  450Hz  99Hz   -35dBm
从图3可以看出，表3中9个工作参数点均匀地分布在调制深度、调制频率和微波功率的取值范围内。
202：根据各工作参数点分别调节原子频标的调制深度、调制频率和微波功率。
具体地，首先，在表3中选择一个待测工作参数点；其次，将与该工作参数点中每个实验点对应的原子频标的系统参数的取值调节为对应的实验点的取值。例如，选择了工作参数点①，那么，根据工作参数点①，分别将原子频标的调制深度调节为250Hz、调制频率调节为79Hz、以及微波功率调节为-40dBm。
203：计算各工作参数点对应的原子频标的鉴频斜率，并根据鉴频斜率选择最佳工作参数点。
其中，根据选择的工作参数点完成调节调制深度、调制频率和微波功率后，运行原子频标整机，计算并记录一次选择的工作参数点对应的原子频标的鉴频斜率。具体包括：
a、调节输入至原子频标中压控晶振的压控电压的大小。
具体地，在本步骤开始前已经做出压控电压与压控晶振输出频率的压控斜率曲线，并认为在量子系统线宽范围内改变压控电压，压控晶振的频率输出是线性的，故可以直接根据具体压控电压值，获取对应的压控晶振的输出频率。其中，压控电压的大小取决于压控晶振的输出频率，该输出频率应在原子0-0跃迁中心频率附近。
b、采集每次调节压控晶振后，原子频标的伺服电路同步鉴相后输出的量子纠偏电压信号，获得纠偏电压。
具体地，压控晶振的输出频率信号经隔离放大器送至原子频标中综合、微波倍、混频环节完成6.8346875MHz频率信号的制备作用于物理系统，经物理系统的量子鉴频作用，得到光检信号送至伺服电路的前级放大器完成信号放大后，再送至伺服电路的锁相放大完成同步鉴相后输出量子纠偏电压信号。此为现有技术，不再详述。
值得说明的是，量子纠偏电压信号与a中记录的压控电压成一一对应的关系，即，量子纠偏电压信号与压控晶振的输出频率成一一对应的关系。
c、根据压控晶振的输出频率与量子纠偏电压信号得到鉴频斜率曲线，并根据鉴频斜率曲线计算各工作参数点对应的原子频标的鉴频斜率。
具体地，以获取的压控晶振的输出频率为X轴，以量子纠偏电压信号为Y轴，根据输出频率与纠偏电压信号的一一对应关系绘制鉴频斜率曲线。参见图4，本实施例得到的鉴频斜率曲线中，波谷对应的X值用f1表示，波峰对应的X值用f2表示。与f1对应的Y值用VL表示，与f2对应的Y值用VH表示。计算鉴频斜率的方法具体为，在VL-VH范围内，通过软件的判断方法选择一个最接近于0的点，同时记录其X轴的值，将此点位置定为原点(0、0)，依此点分别向X轴左、右边各取相同的点(例如取20个点)，对这41个点数据进行曲线拟合，得出相应的斜率值计为鉴频斜率。此为现有技术，不再详述。
d、比较计算出的所有鉴频斜率，将鉴频斜率最大的工作参数点，作为与原子频标短期稳定度对应的最佳工作参数点。
参见表4，完成了本发明实施例2中所有工作参数点的测量后，计算出所有鉴频斜率。
表4
  工作参数点号  A(调制深度)  B(调制频率)   C(微波功率)   鉴频斜率
  ①  250Hz  79Hz   -40dBm   2.575V/Hz
  ②  250Hz  89Hz   -35dBm   2.856V/Hz
  ③  250Hz  99Hz   -30dBm   1.982V/Hz
  ④  350Hz  79Hz   -35dBm   3.278V/Hz
  ⑤  350Hz  89Hz   -30dBm   2.478V/Hz
  ⑥  350Hz  99Hz   -40dBm   2.178V/Hz
  ⑦  450Hz  79Hz   -30dBm   3.078V/Hz
  ⑧  450Hz  89Hz   -40dBm   1.778V/Hz
  ⑨  450Hz  99Hz   -35dBm   1.845V/Hz
在本实施例中，使用了鉴频斜率反映原子频标整机的短期稳定度。实验的结果选择了鉴频斜率最大的工作参数点④，即调制深度选择在350Hz，调制频率选择在79Hz，微波功率选择在-35dBm。
值得说明的是，调节完一个待测工作参数点后，将测量该待测工作参数点对应的频率差；然后继续调节其他的待测工作参数点，以及测量对应的频率差。
204：先改变原子频标的C场电流，再进一步调节原子频标的微波功率，同时保持最佳工作参数点中除微波功率对应的实验点外的其余实验点不变，测量原子频标输出频率与标准时钟源的频率差值，并根据该差值确定最佳工作参数点中对应微波功率的最优实验点、以及C场电流。
其中，C场电流的变化范围为1mA-2.5mA；微波功率的调节范围为原子频标长期稳定度的最佳工作参数点中对应的微波功率与短期稳定度的最佳工作参数点中对应的微波功率之间。
其中，用C短表示202中选择的最佳工作参数点中对应的微波功率最佳值；用C长表示长期稳定度中获取的最佳工作参数点中对应的微波功率最佳值。为了解决长、短稳参数优化实验中得到的不同微波功率最佳值的问题，本实施例通过改变C场电流的大小来进行平衡。具体地，先改变一次C场电流，改变后固定该C场电流，再调节微波功率(范围为C长～C短之间)，测量原子频标整机频率信号输出的差频值变化；接着又改变一次C场电流，固定后再对微波功率进行调节，测量原子频标整机频率信号输出的差频值变化；依次类推，寻找微波功率对频率差的拐点。
值得说明的是，C场电流的改变量为0.5mA；微波功率的调节量为-0.5dBm。
本实施例中，短期稳定度中获取的最佳工作参数点中对应的微波功率最佳值为-35dBm。假设长期稳定度中获取的最佳工作参数点中对应的微波功率最佳值为-40dBm。参见图5，微波功率为-38dBm时，频率差出现了明显的拐点，这时的C场电流为1.5mA。因此，最佳工作参数点中对应微波功率的最优实验点为-38dBm，C场电流为1.5mA。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过设置工作参数点，并使得工作参数点中对应的待优化参数的实验点在待优化参数的取值范围内分布均匀；根据各工作参数点分别调节原子频标的调制深度、调制频率和微波功率；计算各工作参数点对应的原子频标的鉴频斜率，并根据鉴频斜率选择最佳工作参数点；能够解决现有的原子频标的短期稳定度参数优化实验中系统参数之间存在交互作用的问题，使得到的最佳工作参数点更加准确，提高了原子频标的短期稳定度；进一步平衡了长期稳定度，提高了原子频标整机的稳定度。
实施例3
为便于对本发明所述装置的描述，下面首先对原子频标的结构进行介绍。参见图6，原子频标一般包括物理系统1和电子线路。物理系统1包括C场线圈1a和微波腔1b等。电子线路主要包括隔离放大器2、微波倍、混频3、综合器4、伺服电路5和压控晶振6。伺服电路6包括前级放大器和锁相放大。基于此，参见图7，本发明实施例3提供了一种原子频标的长期稳定度参数优化的装置，该装置具体包括：
设置模块301、调制深度调节模块302、调制频率调节模块303、微波功率调节模块304和计算模块305；其中，设置模块301分别与调制深度调节模块302、调制频率调节模块303、微波功率调节模块304和计算模块305相连；调制深度调节模块302和调制频率调节模块303分别与综合器4相连；微波功率调节模块304与原子频标的微波倍、混频3相连；计算模块305分别与原子频标的压控晶振6和伺服电路5相连。
设置模块301，用于设置多个工作参数点；每个工作参数点包括多个实验点且每个实验点对应不同的待优化参数，每个待优化参数对应多个实验点且对应的实验点数量相同，与同一个待优化参数相对应的实验点均匀分布在待优化参数的取值范围内且包括取值范围的两端点，每两个工作参数点中最多只有一个实验点相同，且各个实验点在所有工作参数点中出现的次数相等；该待优化参数包括调制深度、调制频率和微波功率。
调制深度调节模块302，用于根据各工作参数点中对应调制深度的实验点，调节原子频标的综合器4的调制深度。
调制频率调节模块303，用于根据各工作参数点中对应调制频率的实验点，调节综合器4的调制频率。
微波功率调节模块304，用于根据各工作参数点中对应微波功率的实验点，调节输入至物理系统1的微波信号的微波功率。
计算模块305，用于计算各工作参数点对应的原子频标的鉴频斜率，并根据鉴频斜率选择最佳工作参数点。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过设置工作参数点，并使得工作参数点中对应的待优化参数的实验点在待优化参数的取值范围内分布均匀；根据各工作参数点分别调节原子频标的调制深度、调制频率和微波功率；计算各工作参数点对应的原子频标的鉴频斜率，并根据鉴频斜率选择最佳工作参数点；能够解决现有的原子频标的短期稳定度参数优化实验中系统参数之间存在交互作用的问题，使得到的最佳工作参数点更加准确，提高了原子频标的短期稳定度；进一步平衡了长期稳定度，提高了原子频标整机的稳定度。
实施例4
参见图8，本发明实施例4提供了一种原子频标的短期稳定度参数优化的装置，该装置具体包括：设置模块401、调制深度调节模块402、调制频率调节模块403、微波功率调节模块404和计算模块405；其中，设置模块401分别与调制深度调节模块402、调制频率调节模块403、微波功率调节模块404和计算模块405相连；调制深度调节模块402和调制频率调节模块403分别与综合器4相连；微波功率调节模块404与原子频标的微波倍、混频3相连；计算模块405分别与原子频标的压控晶振6和伺服电路5相连。
设置模块401，用于设置多个工作参数点；每个工作参数点包括多个实验点且每个实验点对应不同的待优化参数，每个待优化参数对应多个实验点且对应的实验点数量相同，与同一个待优化参数相对应的实验点均匀分布在待优化参数的取值范围内且包括取值范围的两端点，每两个工作参数点中最多只有一个实验点相同，且各个实验点在所有工作参数点中出现的次数相等；该待优化参数包括调制深度、调制频率和微波功率。
调制深度调节模块402，用于根据各工作参数点中对应调制深度的实验点，调节原子频标的综合器4的调制深度。
具体地，在综合器4中DDS的寄存器中预置f0、f1。对应于输入至DDS的调制频率的上升沿、下降沿，DDS输出f0、f1。其中，f0与f1的差值即为调制深度。此为现有技术，不再详述。
调制频率调节模块403，用于根据各工作参数点中对应调制频率的实验点，调节综合器4的调制频率。
具体地，控制并调节综合器4中微处理器输出至DDS的调制频率的大小。此为现有技术，不再详述。
微波功率调节模块404，用于根据各工作参数点中对应微波功率的实验点，调节输入至物理系统1的微波信号的微波功率。
具体地，控制并调节微波倍、混频3输入至物理系统1的微波信号的大小，间接调节微波信号的微波功率大小。
计算模块405，用于计算各工作参数点对应的原子频标的鉴频斜率，并根据鉴频斜率选择最佳工作参数点。
其中，计算模块405包括：调节单元、采集单元、计算单元和比较单元；其中，调节单元分别与压控晶振6和计算单元相连；采集单元分别与伺服电路5和计算单元相连；计算单元与比较单元相连。
调节单元，用于调节输入至原子频标中压控晶振6的压控电压的大小。
采集单元，用于采集每次调节压控晶振6后，原子频标的伺服电路同步鉴相后输出的量子纠偏电压信号，获得纠偏电压。
计算单元，用于根据压控晶振6的输出频率与量子纠偏电压信号得到鉴频斜率曲线，并根据鉴频斜率曲线计算各工作参数点对应的原子频标的鉴频斜率。
比较单元，用于比较计算出的所有鉴频斜率，将鉴频斜率最大的工作参数点，作为与原子频标短期稳定度对应的最佳工作参数点。
其中，计算模块405包括计算机和微控制器。
其中，该装置还包括C场电流调节模块406，
该C场电流调节模块与计算模块405相连，用于改变原子频标的C场电流。
具体地，参见图9，C场线圈1a绕制在整个微波腔1b的腔体壁上，并与外围通电导线1c构成回路；C场电流调节模块406通过控制通电导线1c的电流大小，来控制整个C场线圈1a中的电流大小。
相应地，微波功率调节模块404还用于，在改变C场电流后，调节原子频标的微波功率。
相应地，计算模块405还用于，同时保持最佳工作参数点中除微波功率对应的实验点外的其余实验点不变，测量原子频标输出频率与标准时钟源的频率差值，并根据差值确定最佳工作参数点中对应微波功率的最优实验点、以及C场电流。
其中，该装置还包括显示模块407，
该显示模块407与计算模块405相连，用于显示鉴频斜率和最佳工作参数点。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过设置工作参数点，并使得工作参数点中对应的待优化参数的实验点在待优化参数的取值范围内分布均匀；根据各工作参数点分别调节原子频标的调制深度、调制频率和微波功率；计算各工作参数点对应的原子频标的鉴频斜率，并根据鉴频斜率选择最佳工作参数点；能够解决现有的原子频标的短期稳定度参数优化实验中系统参数之间存在交互作用的问题，使得到的最佳工作参数点更加准确，提高了原子频标的短期稳定度；进一步平衡了长期稳定度，提高了原子频标整机的稳定度。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种原子频标的短期稳定度参数优化的方法，其特征在于，所述方法包括：
设置多个工作参数点；每个所述工作参数点包括多个实验点且每个所述实验点对应不同的待优化参数，每个所述待优化参数对应多个实验点且对应的所述实验点数量相同，与同一个待优化参数相对应的实验点均匀分布在所述待优化参数的取值范围内且包括所述取值范围的两端点，每两个所述工作参数点中最多只有一个所述实验点相同，且各个所述实验点在所有所述工作参数点中出现的次数相等；所述待优化参数包括调制深度、调制频率和微波功率；
根据各所述工作参数点分别调节所述原子频标的调制深度、调制频率和微波功率；
计算各所述工作参数点对应的原子频标的鉴频斜率，并根据所述鉴频斜率选择最佳工作参数点。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调制深度的取值范围为250Hz～450Hz，所述调制频率的取值范围为79Hz～99Hz，所述微波功率的取值范围为-40dBm～-30dBm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算各所述工作参数点对应的原子频标的鉴频斜率，并根据所述鉴频斜率选择最佳工作参数点，包括：
调节输入至所述原子频标中压控晶振的压控电压的大小；
采集每次调节所述压控晶振后，所述原子频标的伺服电路同步鉴相后输出的量子纠偏电压信号，获得纠偏电压；
根据所述压控晶振的输出频率与所述量子纠偏电压信号得到鉴频斜率曲线，并根据所述鉴频斜率曲线计算各所述工作参数点对应的所述原子频标的鉴频斜率；
比较计算出的所有所述鉴频斜率，将鉴频斜率最大的工作参数点，作为与所述原子频标短期稳定度对应的所述最佳工作参数点。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
先改变所述原子频标的C场电流，再进一步调节所述原子频标的所述微波功率，同时保持所述最佳工作参数点中除所述微波功率对应的实验点外的其余实验点不变；测量所述原子频标输出频率与标准时钟源的频率差值，并根据所述差值确定最佳工作参数点中对应所述微波功率的最优实验点、以及所述C场电流。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述C场电流的变化范围为1mA-2.5mA；所述微波功率的调节范围为所述最佳工作参数点中对应的微波功率与原子频标长期稳定度的最佳工作参数点中对应的微波功率之间；及
所述C场电流的改变量为0.5mA；所述微波功率的调节量为0.5dBm。
6.一种原子频标的短期稳定度参数优化的装置，其特征在于，所述装置包括：
设置模块，用于设置多个工作参数点；每个所述工作参数点包括多个实验点且每个所述实验点对应不同的待优化参数，每个所述待优化参数对应多个实验点且对应的所述实验点数量相同，与同一个待优化参数相对应的实验点均匀分布在所述待优化参数的取值范围内且包括所述取值范围的两端点，每两个所述工作参数点中最多只有一个所述实验点相同，且各个所述实验点在所有所述工作参数点中出现的次数相等；所述待优化参数包括调制深度、调制频率和微波功率；
调制深度调节模块，用于根据各所述工作参数点中对应调制深度的实验点，调节原子频标的综合器的调制深度；
调制频率调节模块，用于根据各所述工作参数点中对应调制频率的实验点，调节所述综合器的调制频率；
微波功率调节模块，用于根据各所述工作参数点中对应微波功率的实验点，调节输入至物理系统的微波信号的微波功率；
计算模块，用于计算各所述工作参数点对应的原子频标的鉴频斜率，并根据所述鉴频斜率选择最佳工作参数点；
所述设置模块分别与所述调制深度调节模块、所述调制频率调节模块、所述微波功率调节模块和所述计算模块相连；所述调制深度调节模块和所述调制频率调节模块分别与所述综合器相连；所述微波功率调节模块与所述原子频标的微波倍、混频相连；所述计算模块分别与所述原子频标的压控晶振和伺服电路相连。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括C场电流调节模块，
所述C场电流调节模块与所述计算模块相连，用于改变所述原子频标的C场电流；
相应地，所述微波功率调节模块还用于，
在改变所述C场电流后，调节所述原子频标的所述微波功率；
相应地，所述计算模块还用于，
同时保持所述最佳工作参数点中除所述微波功率对应的实验点外的其余实验点不变，测量所述原子频标输出频率与标准时钟源的频率差值，并根据所述差值确定最佳工作参数点中对应所述微波功率的最优实验点、以及所述C场电流。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述计算模块包括：
调节单元，用于调节输入至所述原子频标中压控晶振的压控电压的大小；
采集单元，用于采集每次调节所述压控晶振后，所述原子频标的伺服电路同步鉴相后输出的量子纠偏电压信号，获得纠偏电压；
计算单元，用于根据所述压控晶振的输出频率与所述量子纠偏电压信号得到鉴频斜率曲线，并根据所述鉴频斜率曲线计算各所述工作参数点对应的所述原子频标的鉴频斜率；
比较单元，用于比较计算出的所有所述鉴频斜率，将鉴频斜率最大的工作参数点，作为与所述原子频标短期稳定度对应的所述最佳工作参数点；
所述调节单元分别与所述压控晶振和所述计算单元相连；所述采集单元分别与所述伺服电路和所述计算单元相连；所述计算单元与所述比较单元相连。
9.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述计算模块包括计算机和微控制器。
10.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括显示模块，
所述显示模块与所述计算模块相连，用于显示所述鉴频斜率和所述最佳工作参数点。
CN201210087947.1A 2012-03-29 2012-03-29 一种原子频标的短期稳定度参数优化的方法和装置 Expired - Fee Related CN102624387B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210087947.1A CN102624387B (zh) 2012-03-29 2012-03-29 一种原子频标的短期稳定度参数优化的方法和装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210087947.1A CN102624387B (zh) 2012-03-29 2012-03-29 一种原子频标的短期稳定度参数优化的方法和装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102624387A true CN102624387A (zh) 2012-08-01
CN102624387B CN102624387B (zh) 2014-08-06

Family

ID=46564088

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210087947.1A Expired - Fee Related CN102624387B (zh) 2012-03-29 2012-03-29 一种原子频标的短期稳定度参数优化的方法和装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102624387B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103326719A (zh) * 2013-05-31 2013-09-25 江汉大学 一种用于原子频标的压控晶振装置
CN104539289A (zh) * 2014-11-26 2015-04-22 江汉大学 一种原子频标频率短期稳定度的评估方法和装置
CN105450225A (zh) * 2014-11-27 2016-03-30 江汉大学 一种原子频标及其设置方法
CN110996424A (zh) * 2019-11-25 2020-04-10 西安空间无线电技术研究所 一种基于外场参数测控的无极谱灯性能优化装置及方法
CN111722084A (zh) * 2020-06-29 2020-09-29 济南浪潮高新科技投资发展有限公司 一种超导量子芯片参数自动校准方法及相关组件
CN113300781A (zh) * 2021-05-11 2021-08-24 山东浪潮科学研究院有限公司 一种超导量子比特读取脉冲的优化方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020175767A1 (en) * 2001-07-09 2002-11-28 John Kitching Method of minimizing the short-term frequency instability of laser-pumped atomic clocks
CN202602619U (zh) * 2012-03-29 2012-12-12 江汉大学 原子钟短稳优化装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020175767A1 (en) * 2001-07-09 2002-11-28 John Kitching Method of minimizing the short-term frequency instability of laser-pumped atomic clocks
CN202602619U (zh) * 2012-03-29 2012-12-12 江汉大学 原子钟短稳优化装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《国外电子测量技术》 20110531 詹志明等 原子频标参数优化新方法 第29页至第31页，第44页 1-10 第30卷, 第5期 *
詹志明等: "原子频标参数优化新方法", 《国外电子测量技术》, vol. 30, no. 5, 31 May 2011 (2011-05-31) *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103326719A (zh) * 2013-05-31 2013-09-25 江汉大学 一种用于原子频标的压控晶振装置
CN104539289A (zh) * 2014-11-26 2015-04-22 江汉大学 一种原子频标频率短期稳定度的评估方法和装置
CN105450225A (zh) * 2014-11-27 2016-03-30 江汉大学 一种原子频标及其设置方法
CN110996424A (zh) * 2019-11-25 2020-04-10 西安空间无线电技术研究所 一种基于外场参数测控的无极谱灯性能优化装置及方法
CN110996424B (zh) * 2019-11-25 2022-09-27 西安空间无线电技术研究所 一种基于外场参数测控的无极谱灯性能优化装置及方法
CN111722084A (zh) * 2020-06-29 2020-09-29 济南浪潮高新科技投资发展有限公司 一种超导量子芯片参数自动校准方法及相关组件
CN111722084B (zh) * 2020-06-29 2021-07-20 浪潮集团有限公司 一种超导量子芯片参数自动校准方法及相关组件
CN113300781A (zh) * 2021-05-11 2021-08-24 山东浪潮科学研究院有限公司 一种超导量子比特读取脉冲的优化方法
CN113300781B (zh) * 2021-05-11 2022-09-06 山东浪潮科学研究院有限公司 一种超导量子比特读取脉冲的优化方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102624387B (zh) 2014-08-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN202602619U (zh) 原子钟短稳优化装置
CN102624387B (zh) 一种原子频标的短期稳定度参数优化的方法和装置
JP2013243925A5 (zh)
CN101713829A (zh) 一种射线能谱仪的快速稳谱方法和装置
CN202563269U (zh) 原子钟长稳优化装置
CN103728553A (zh) 一种电能计量芯片的验证方法
CN106844611A (zh) 一种基于ccp协议和传感器的新能源汽车动力性自动标定的系统和方法
CN102611448B (zh) 一种原子频标的长期稳定度参数优化的装置
AU2018200779A1 (en) Operation plan creating apparatus, operation plan creating method, and program
CN102135563B (zh) 一种电能的计算方法、系统及电能表
CN106604517A (zh) 功率和频率控制组件以及相应的控制磁控管的方法
CN104155590A (zh) 二极管正向恢复参数综合测试分析平台
CN102520630B (zh) 功率及调幅度自动控制电路和功率调整方法
CN103152041B (zh) 一种精细结构常数变化测量方法及应用该方法的系统
CN102789192A (zh) 一种反馈控制系统及其频率响应测量装置
CN103299199B (zh) 瞬态恢复电压测量装置、瞬态恢复电压测量方法以及瞬态恢复电压测量程序
CN103323708B (zh) 一种信号源的测试方法
RU2668231C1 (ru) Система управления неустойчивостью внутреннего срыва плазмы в режиме реального времени в установках типа токамак
CN204465512U (zh) 一种铷原子频标漂移校正系统
CN113702896B (zh) 一种基于电压参考测量直流电能标准表误差的系统及方法
CN100573184C (zh) 一种电能表精度的调节方法
CN105577185A (zh) Osc频率自动校准电路及自动校准方法
US20160020720A1 (en) Drive control system and drive control method
CN103378785A (zh) 控制变速发电机的速度的方法
CN103166218A (zh) Agc机组调节过程分段方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20140806